流体力学综合实验流体流动阻力的测定

流体力学综合实验-流体流动阻力的测定

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实验报告

课程名称： 过程工程原理实验(乙) 指导老师: 成绩：＿__＿__＿_＿＿_＿＿＿____

实验名称: 流体力学综合实验——流体流动阻力的测定 同组学生姓名: 实验类型： 流体力学实验 一、实验目的和要求（必填） ﻩ 二、实验内容和原理(必填)

三、实验材料与试剂(必填) 四、实验器材与仪器(必填) 五、操作方法和实验步骤（必填） 六、实验数据记录和处理ﻩﻩ 七、实验结果与分析(必填） 八、讨论、心得

一．实验目的

1.掌握测定流体流经直管、管件（阀门）时阻力损失的一般实验方法;

2.测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re 的关系,验证在一般湍流区内λ与Re 的关系曲线；

3.测定流体流经管件(阀门）时的局部阻力系数ζ;

4.识辨组成管路的各种管件、阀门,并了解其作用。

二．实验原理

流体通过由直管、管件（如扩大管、三通和弯头等)和阀门等组成的管路系统时,由于粘性剪应力和涡流应力的存在,要损失一定的机械能。流体流经直管时所造成的机械能损失成为直管阻力损失。流体通过管件、阀门时由于流体运动方向和速度大小的改变所引起的机械能损失成为局部阻力损失。

1.直管阻力摩擦系数λ的测定

流体在水平等径直管中稳定流动时,阻力损失为:

2

22

1u d l p p p h f

f λ

ρ

ρ

=-=

∆=

···

(1)

f 2

2d p u l λρ∆=

(2)

专业：

姓名： 学号：

装 订

公式中：

λ——直管阻力摩擦系数，无因次； d ——直管内径,m;

f

p ∆——流体流经ｌ米直管的压力降,P ａ；

f

h ——单位质量流体流经l 米直管的机械能损失，Ｊ/kg ；

ρ——流体密度，k ｇ／m 3; ｌ——直管长度,ｍ；

u ——流体在管内流动的平均速度，m/s ； 滞流（层流)时：

Re

64

=λ (3)

μ

ρ

du Re = (4)

式中：

R ｅ——雷诺准数，无因次； μ——流体粘度，kg ／(m ·s)。

湍流时λ是R ｅ和相对粗糙度(ε/ d ）的函数，须由实验测定。

由（2）可是，要测定λ，需要确定ｌ、d,测定f p ∆、u 、ρ、μ等参数。l 、d 为装置参数(装置参数表格中给出），ρ、μ通过测定流体温度,再查有关手册而得，ｕ通过测定流体流量，再由管径计算得到。

本装置流量采用涡轮流量计或转子流量计测量，则

2

d

900V

u π=

············(5） 式中：V ——流量计测得的流量，m 3/h 。

f

p ∆可用Ｕ型管、倒置Ｕ型管、测压直管等液柱压差计测定,或采用压差变

送器和二次仪表显示。

根据实验装置结构参数ｌ、ｄ,指示液密度ρ0，流体温度t 0（查流体物性ρ、

装 订

μ），以及实验时测定的流量Ｖ、f

p ∆,求取Re 和λ,再将Re 和λ标绘在双对数

坐标图上。

２ 局部阻力系数ξ的测定

流体通过某一管件或者阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数，局部阻力的这种算法,叫做阻力系数法。即:

21f 'h '2

f

f p p l u l ξρρ∆∆==— ·········(6） 故： 12

'2=f f p p l u l ξρρ∆∆⎛⎫ ⎪⎝⎭

— ··········（7） 式中：——单位质量流体流经某一管件或阀门时的机械能损失，J/kg ； ξ——局部阻力系数,无因次;

——局部阻力压强降，Ｐa ；(本装置中,所测得的压强降应扣除

阀门二端两侧压口间直管段的压降,直管段的压降由相应管路的直管阻力实验结果求取)；

ρ——流体密度，kg/m 3； ｇ——重力加速度,9．81m/s ２;

u ——流体在小截面管中的平均流速,ｍ/ｓ。

根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径d,流体温度t 0（查流体物性ρ、μ)，以及实验时测定的流量V 、f

p ∆，通过式（6)或(7)，求取管件(阀门)的局部阻

力系数ξ。 三．实验仪器 1.实验装置

实验对象部分由贮水箱、离心泵,不同管径、材质的水管，各种阀门、管件，涡轮流量计和倒U 型压差计等所组成。管路部分有三段并联长直管,自上而下分别为用于测定直管层流阻力、粗糙管直管阻力系数、光滑管直管阻力系数。同时在粗糙管直管和光滑管直管上分别装有闸阀和截止阀,用于测定不同种类阀门的局部阻力系数。

装 订

水的流量使用转子流量计或涡流流量计测量,管路直管阻力和阀门的局部阻力采用相应的倒U 型压差计或压差传感器测量。

２.实验流程:实验装置流程图如图１中箭头所示。 3．装置参数

装置参数如下表所示。

名称 类型 管内径 (mm) 测量段长度(mm) 光滑管 不锈钢管 21 1000 粗糙管

镀锌铁管 ２2 1000 光滑管局部阻力 截止阀 ２1 6６０ 粗糙管局部阻力

闸阀 22 680 层流管

不锈钢管

６

2000

图1 流体力学综合实验装置装置流程示意图

四．实验步骤

1.开启仪表柜上的总电源、仪表电源开关;

2.首先对水泵进行灌水，然后关闭泵出口阀,启动水阀，待电机转动平稳后，把泵的出口阀缓缓开到最大;

3.全开流量调节阀,以排除测试管路内的空气。当采用U 型压差计（或倒Ｕ型压差计)测量压差时,应先对Ｕ型压差计（或倒U 型压差计）进行排气和调零，使压差计两端在带压且零流量时的液位高度相等。本装置选用差压变送器测量压差,当使用差压变送器测量压差时，也应先对差压变送器两侧的引压管进行排气操作;

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