管内沿程阻力系数测定

实验六 管内沿程阻力系数测定

(一) 实验目的：

通过实验掌握管内沿程阻力的测试方法。

(二) 基本原理：

流体沿内径均匀的管道流动时，由于流体的粘性沿程水头损失f h 的大小与管长l 、管径d 、管壁粗糙度Δ、流体的平均流速V 密度ρ和粘度μ有关。跟据相似原理分析，f h 可由以下关系式表示：

g V d L d R f h e f 22

∙

⎪⎭⎫ ⎝

⎛

∆∙= (8—1) 令 ⎪⎭

⎫ ⎝

⎛

∆∙

=d R f e λ (8—2)

则 g

V

d

l h f 22

∙

=λ

(8—3)

沿程阻力系数λ是雷诺数和管壁对粗糙度Δ/的函数，它可以由理论推导及用实验的方法获得实验曲线或经验公式求得。对于层流流动沿程阻力系数是用分析方法推导出来，并且以为实验所证实，而对于湍流流动, 沿程阻力系数的计算公式，则是人们在实验的基础上提出某些假设，经过分析和根据实验进行修正.而归纳出来的半径验公式，下面简单介绍一些常用公式：

1． 层流区： e R <232∆

e

R 64=λ (8—4)

2.湍流光滑管区:

3

7

98.262320⎪⎭⎫

⎝⎛∆<

3.湍流粗糙管过渡区:

85

.03

72416198.26⎪

⎭

⎫

⎝⎛∆<<⎪⎭⎫ ⎝⎛∆d R d e

e

R d

88.20096.0/

=

∆

+

=λ (8—6)

式中/

∆ 代表一种正比于圆壁平均凹凸的粗糙长度。

4.湍流粗糙平方阴力区:

85

.024160⎪

⎭

⎫

⎝⎛∆>d R e

2

22874.1-⎪

⎭

⎫ ⎝⎛

∆+=d λ (8—7)

在教学实验条件的限制下，只能就一种特定

d

∆的管道，在不同的e R 下做若干个实验点，把这些实验点

联成一条()e R f =λ曲线，这条曲线的某一段可以用一个经验公式来表达。

本实验中流速V 可由流量计测得流量后经计算而得，沿程损失f h 可用差压计测得，水平安装的管道，沿程损失水头损失与管道两端压差关系为:

g

p p h f ρ2

1-=

(8—8) 用所求得的流速V 和沿程损失f h 及管道直径d ，管道长度L 即可求得管道沿程阻力系数λ，同时也可求出ν

Vd

R e =

,即可画出λ与e R 的关系曲线。

(三) 实验设备

如图8-1所示，主要由保持恒定水位的水箱，实验管段和测量Ⅰ, Ⅱ两处阻力损失的差压变送器以及测量水流量的涡轮流量计, 显示仪表等组成。

9

1-显示仪表 2-差压变送器 3.4-排气阀门 5-流量调节阀门 6-涡轮流量计 7-水泵 8-高位水箱 9-地下水池 10-地沟 11-实验管段

图8—1 沿程阻力实验

(四)实验方法与步骤：

1.实验前应开启3，4阀门排除差压计连接软管中可能存在的空气，使显示仪表的读数为零。

2.将阀门5开至最大，使管中尽可能通过最大流量，等到水流平稳后记录差压仪表读数1U 及涡轮流量计读数f ，由1U 值可求出压差)(501a KP U P =∆，f 值可以求出流量)/(S L f

Q ξ

=

，ξ称为仪表常数。

3.逐次关小出水阀门5，当管内通过不同流量时，分别记录差压计读数1U 和流量计读数f ，共进行十次。

4.测量水温，并通过查表计算求得液体粘度。

(五)实验注意事项：

1.每次调整流量的幅度应使十次的实验点能较均匀地分布。

2.每次调节阀门改变流量后，为使水流稳定，须待2-3分钟再读数据。 (六)实验数据记录:

实验段直径=d CM 实验段管长=L CM

水温=T C

(七)实验结果处理：

1. 根据测量数据计算Q 、ν、和e R ，并把计算结果列成表。

2. 从求得的λ和e R ，绘制纵坐标为λ，横坐标为e R 的)(e R f =λ曲线。

(八)思考题：

1. 从实验曲线)(e R f =λ判断流动属哪一种流动区域，并与相应区域的理论公式比较。

2. 分析误差产生的原因。