1、直管阻力系数与 局部阻力系数的测定实验,一、实验目的,二、实验装置流程,三、实验原理,四、实验操作,五、实验报告要求,六、特别说明,一、实验目的 1、了解实验实验设备、流程、仪器仪表； 2、掌握流体（水）流经直管、管件或阀门等引起压降（阻力损失）及阻力系数（直管摩擦系数与局部阻力系数）的变化规律。并将()与Re的关系标绘在双对数坐标上。 3、结合本实验，初步掌握实验误差来源的分析方法，并估计实验误差大小。 4、了解U形压差计的使用及计算方法。,二、实验装置流程,1、直管与阀门局部阻力测定,2、直管与突缩局部阻力测定,3、直管与弯头局部阻力测定,4、U型管压差计,5、计量槽,6、阀门与离心泵,1
2、、直管与阀门局部阻力测定,2、直管与突缩局部阻力测定,3、直管与弯头局部阻力测定,4、U型管压差计,1、平衡阀作用：排气、防水银冲出操作：排气时打开，让引压管内流体流动而带走气泡；测量时关闭；实验完毕后打开。 2、液面读法水银液面是凸面，应从上切位置读数，且读数值应精确到最小刻度内，最后一位数是估读（如图）。当管内流速很大时，液面上下波动剧烈。读数时应以波动最高的上、下位置中间估读。,水,水银,平衡阀,液面差,5、计量槽,1、测量时计量槽应和秒表结合使用； 2、计量（接水）前，计量槽中必须应有一液面读数，将水放净是错误的。 3、液面计读数与水银压差计不同的是应读管内水的凹底切面。 4、摆头与卡
3、表必须同步。 5、若计量槽内液体未满还可以继续下次接水，可将上次接水后的液面高度作为本次初始液面高度。注意水不能溢出。,出口上弯摆头,导流管,液面计,放水阀,计量槽,6、阀门与离心泵操作,1、阀门操作铜闸阀；（如左图）逆时针为开，顺时针为关。在用常力将阀门开到最大（或关到最小后），不可再特别加力钮大（或钮紧）以求得流量再大（或关死），这样不但达不到效果反而会损坏阀门。2、离心泵操作不锈钢离心泵（其原理第2章讲解）启动时，应先关闭出口阀再启动。停泵时，也应先关闭出口阀再停泵。,三、实验原理,1、直管阻力系数的测定流体在管路中流动，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免的会产生机械能损耗。流体在圆形
4、直管内作定常稳定流动时的摩擦阻力损失为：,可知，只要测得Pf和管内流速u即可求出直管摩擦系数。,(1) 压差损失pf的测定,(2) 平均流速 u 的测定,(3) 直管阻力系数测定的结果,（1）压差损失P0af 的确定,根据柏努里方程知，当两测压点处管径一样，且保证两测压点处速度分布正常时，从教材P37中式1-71可得：,根据 U 型管压差计测压特点，其实际值与指示值的关系为：,根据 U 型管特征，U型管中指示液所示压差P0Pa既为流体流经两测压点处的阻力损失P0af。,（2） 平均流速u的测量,流量的测量有经典法（称重法、体积法）和直接流量计两种。本实验采用体积法测量：,若要求 u2% 由误差
5、均分原则有：t1% 和h1%,测流速u时，误差分析的具体应用：,在某一流速下，根据以上测出的流速u和压差损失pf，可计算出对应流速下管内的直管阻力系数和雷诺数Re：,（3） 直管阻力系数的测定结果,需测出水温求得水的、。 测出不同流速下，对应的Re值，在双对数坐标中作关系图：,Re,对数坐标,对数坐标,2、局部阻力系数的测定,由于流道的急剧变化使流动边界层分离，所产生的大量旋涡消耗了机械能。和直管阻力的沿程均匀分布不同，这种阻力损失是由管件内流道多变所造成。该问题复杂，一般有两种处理办法：一是阻力系数法，二是当量长度法，本实验采用阻力系数法：,可知，只要测得Pf和管内流速u即可求出局部阻力系数
6、。 而管内平均流速u在前述测量直管时已测出。,(1)局部pf的一般测定方法双压差计法,(2)局部pf的特殊测定方法单压差计法,(3)局部阻力系数测定的结果,（1）局部Pf 的一般测定方法双压差计法,以突缩为例：如图流体从右向左通过突缩。分布有4个测压点（保证各测压点处速度分布正常，且之间距离如图示），在B1B2和C1C2之间分别连接一个压差计。根据柏努里方程和压差计特征知：,根据管径分别可计算出u2、u1，由此测出两个U型管压差计读数PB和PCPa，既可计算出流体流经突缩处的局部阻力损失P0。可以说，所有的局部阻力损失，均可由此方法测出。,PC,PB,（2）局部Pf 的特殊测定方法单压差计法,
7、当管径未发生变化，且已知该直管的阻力损失（如本实验测弯头和阀门的局部阻力系数）时，可采用此方法。分布有2个测压点（保证各测压点处速度分布正常），连接一个压差计。根据柏努里方程和压差计特征知：,这种方法是结合已知可测出直管的阻力损失情况下应用的，显然比双压差计法要简单些，但其测量结果的数据精度与双压差计是完全一样的，因为其结果还是由两个压差计来确定的。,PB,在某一流速下，根据以上测出的流速u和压差损失Pf，可计算出对应流速下管件的局部阻力系数和雷诺数Re：,（3） 局部阻力系数的测定结果,需测出水温求得水的、。 测出不同流速下，对应的Re值，在半双对数坐标中作关系图：,Re,对数坐标,直角坐标
8、,理论上： 对闸阀：=0.17 (全开) 对弯头：=0.75 (直角标准弯头) 对突缩：A2/A1 0 0.6 0.7 0.62(本实验) 0.5 0.2 0.15,四、实验操作,1、启动（开车） 全关，全开泵启动： 出口阀 平衡阀 启动泵。若有水流出，说明泵已经正常启动。然后进行压差计排气：排气：出口阀 平衡阀出口阀。若U形管内水银面平齐，说明管路气已排净，可以进行以下数据测量： 2、数据测量数据测量点分布按直管压差计读数进行： 应成倍增加直管压差计：P0HgPa = 100, 200, 400, 800, 1600, 3200, 最大所测量原始数据：实验装置套数： 水温= 水箱截面积=直管
9、数据：管长l= 管径d= 局部数据：管长l1= 管长l2= 管径d1= 管径d2=具体表格见实验讲义。3、停车测量数据完毕后，关闭出口阀，开启压差计平衡阀，停泵。,五、实验报告要求,1、一周后完成上交学习委员收齐，并按学号排，送到实验室；晚交者自己送到实验室。 2、字迹务必工整，便于认识；条理务必清晰，按报告格式顺序书写；卷面务必整洁；这不尽给阅读者一个好心情，还足以反映一个人的气质、作风、态度和修养的综合表现。 3、实验结果的表达方式数据表格、图一组可以一样，可以打印。4、对分析讨论的要求,表格,坐标图,分析讨论,第一次实验需特别说明的事项,1、注意实验室内安全2、请尽量不要带书包和多余的东西如果带书包，请将书包放置在实验室内规定 的桌子上，不得背书包作实验。2、完成实验讲义P87页思考题，相当于预习报告在题下预留的空白处简要答题。,时间安排,2012安全环科化原实验安排.doc,
