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7流体阻力实验
重庆师范大学
化工基础实验报告
实验名称:
管道流体阻力的测定
姓名
成绩
班级
学号
同组姓名
实验日期
年月日
指导教师
批改日期
年月日
一、实验预习(30分)
1、实验装置预习(10分)
_____年____月____日
指导教师______(签字);成绩
2、实验仿真预习(10分)
_____年____月____日
指导教师______(签字);成绩
3、预习报告(10分)
指导教师______(签字):
成绩
(一)、实验目的
1、学习管路能量损失(hf),直管摩擦系数(λ)的测定方法。
2、掌握直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间关系及其变化规律。
3、学习压强差的几种测量方法和技巧。
4、掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。
(二)、实验原理
当不可压缩流体在圆形导管中流动时,在管路系统中任意两个界面之间列出机械能衡算方程为
J·kg–1
(1)
或
m液柱
(2)
式中:
Z—流体的位压头,m液柱;
P—流体的压强,Pa;
u—流体的平均流速,m·s–1;
ρ-流体的密度,kg·m–3;
hf-流动系统内因阻力造成的能量损失,J·kg–1;
Hf-流动系统内因阻力造成的压头损失,m液柱。
符号下标1和2分别表示上游和下游截面上的数值。
假若:
(1)水作为实验物系,则水可视为不可压缩流体;
(2)实验导管是按水平装置的,则Z1=Z2;
(3)实验导管的上下游截面上的横截面积相同,则u1=u2。
因此
(1)和
(2)两式分别可简化为
J·kg–1(3)
m水柱(4)
由此可见,因阻力造成的能量损失(压头损失),可由管路系统的两界面之间的压力差(压头差)来测定。
当流体在圆形直管内流动时,流体因磨擦阻力所造成的能量损失(压头损失),有如下一般关系式:
J·kg–1(5)
或
m液柱(6)
式中:
d-圆形直管的直径,m;
l-圆形直管的长度,m;
λ-摩擦系数,(无因次)。
大量试验研究表明:
摩擦系数λ与流体的密度ρ和粘度μ管径d、流速u和管壁粗糙度ε有关。
应用因次分析的方法,可以得出摩擦系数与雷诺数和管壁相对粗糙度ε/d存在函数关系,即
(7)
通过实验测得λ和Re数据可以在双对数坐标上标绘出试验曲线。
当Re<2000时,摩擦系数λ与管壁粗糙度ε无关。
当流体在直管中呈湍流时,λ不仅与雷诺数有关,而且与管壁相对粗糙度有关。
当流体流过管路系统时,因遇各种管件、阀门和测量仪表等而产生局部阻力,所造成的能量损失(压头损失),有如下一般关系式:
J·kg–1
或
m液柱
式中:
u-连接管件等的直管中流体的平均流速,m·s–1;
ζ-局部阻力系数(无因次)。
由于造成局部阻力的原因和条件极为复杂,各种局部阻力系数的具体数值,都需要通过实验直接测定。
(三)、实验装置流程
图1管路流体阻力实验装置流程
1、循环水泵2、光滑试验管3、粗糙试验管4、扩大与缩小试验管
5、孔板流量计6、阀门7、转换阀组8、高位排气水槽
作为实验用水,用循环水泵或直接用自来水由循环水槽送入试验管路系统,由下而上依次流经各种流体阻力试验管,最后流入高位排气水槽。
由高位排气水槽流出的水,返回循环水槽。
水在试验管路中的流速,通过调节阀加以调节。
流量由试验管路中的孔板流量,计测量并由压差计显示读数。
(四)、实验步骤
实验前准备工作需按如下步骤顺序进行操作:
(1)先将水灌满循环水槽,然后关闭试验导管入口的调节阀,再启动循环水泵。
待泵运转正常后,先将实验导管中的旋塞阀全部打开,并关闭转换组中的全部旋塞,然后缓慢开启实验导管的入口调节阀。
当水流满整个试验导管,并在高位排气水槽中有溢流水排出时,关闭调节阀,停泵。
(2)检查循环水槽中的水位,一般需要再补充些水,防止水面低于泵吸入口。
(3)逐一检查并排除实验导管和连接管线中可能存在的空气泡。
排除空气泡的方法是,先将转换阀组中被检一组测压口旋塞打开,然后打开倒置U形水柱压差计顶部的放空阀,直至排净空气泡再关闭放空阀。
必要时可在流体流动状态下,按上述方法排除空气泡。
(4)调节倒置U形压差计的水柱高度。
先将转换阀组上的旋塞全部关闭,然后打开压差及顶部放空阀,再缓慢开启转换阀组中的放空阀,这时压差计中液面徐徐下降。
当压差计中的水柱高度居于标尺中间部位时,关闭转换阀组中的放空阀。
为了便于观察,在临试验前,可由压差及顶部的放空处,滴入几滴红墨水,将压差计水柱染红。
(5)在高位排气水槽中悬挂一支温度计,用以测量水的温度。
(6)实验前需对孔板流量计进行标定,作出流量标定曲线。
实验测定时,按如下步骤进行操作:
(1)先检查实验导管中旋塞是否置于全开位置,其余测压旋塞和实验系统入口调节阀是否全部关闭。
检查完毕启动循环水泵。
(2)待泵运转正常后,根据需要缓慢开启调节阀调节流量,流量大小由孔板流量计的压差计显示。
(3)待流量稳定后,将转换阀组中,与需要测定管路相连的一组旋塞置于全开位置。
这时测压口与倒置U形水柱压差计接通,即可记录由压差计显示出压强降。
(4)当需改换测试部位时,只需将转换阀组由一组旋塞切换为另一组旋塞。
例如,将G1和D1一组旋塞关闭,打开另一组G2和D2旋塞。
这时,压差计与G1和D1测压口断开,而与G2和D2测压口接通,压差计显示读数即为第二支测试管的压强降。
依次类推。
(5)改变流量,重复上述操作,测得各种实验导管中不同流速下的压强降。
(6)当测定旋塞在同一流量不同开度的流体阻力时,由于旋塞开度变小,流量必然会随之下降,为了保持流量不变,需将入口调节阀作相应调节。
(7)每测定一组流量与压降数据,同时记录水的温度。
实验注意事项:
(1)实验前务必将系统内存留的气泡排除干净,否则实验不能达到预期效果。
(2)若实验装置放置不用时,尤其是冬季,应将管路系统和水槽内水排放干净。
二、实验操作及原始数据表(30分)
1、实验数据记录及整理
(1)实验基本参数
实验导管的内径d=17mm;实验导管的测试段长度l=600mm
粗糙管的粗糙度ε=0.4mm;粗糙管的相对粗糙度ε/d=0.0235
孔板流量计的孔径d0=11mm旋塞的孔径dv=12mm
孔流系数C0=0.6613
实验序号
1
2
3
4
5
6
孔板流量计的压差计读数,R/mmHg
水的流量,Vs/m3s–1
水的温度,T/℃
水的密度,ρ/kg·m–1
水的粘度,μ/Pa·s
光滑管压头损失,Hf1/mmH2O
粗糙管压头损失,Hf2/mmH2O
旋塞压头损失,(全开)H′f2/mmH2O
孔板流量计压头损失,H″f2/mmH2O
(2)实验数据
(3)数据整理
实验序号
1
2
3
4
5
6
水的流速,μ/ms–1
雷诺准数,Re/-
光滑管摩擦系数,λ1/-
粗糙管摩擦系数,λ2/-
孔板流量计局部阻力系数,ζ″1/-
旋塞的局部阻力系数,ζ′2/-
计算公式
Vs=C0πd0(2gR)-2;μ=4Vs/πd²;
Re=duρ/ μ; λ=Hf(d/L)(2/u2);ζ″=2gHf/u2;
由上所得数据作图:
四、实验讨论(20分)
(1)测试中为什么需要湍流?
(2)流量调节过程中为什么倒U形压差计两支管中液位上下移动的距离不象U形压差计那样对等升降?
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- 关 键 词:
- 流体 阻力 实验