1、1-2 管内流动阻力实验一、实验目的 1.了解流动阻力的测定方法，测定某一管径（粗糙度 为定值）下摩擦系数 与 Re 的关系； 2.测定局部阻力系数 。 二、原理概述 流体在管内流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，必然引起能量损耗。这种损耗包括流体流径直管的沿程阻力和流经管阀件的局部阻力。 本次实验只是测定直管阻力摩擦系数 。 流体在圆形直管内流动的阻力损失 h fh f = Pfg =l 2 d 2g = 2d Pfl 2式中： l 为直管长度，m； d 为管内径，m； P f 为流体流径 l 米直管的压降，Pa； 为流体平均流速， m,s 1； 为流体密度，kg . m 3 ； 为流体粘度
2、， kg .m-1. s -1 由上式可知，欲测定 ，需知道 l、d ，测定 Pf 、 、 等。 l 与 d 因实验装置而异，由现场实测。l 为两测压点的距离。 欲测定 、 ，只需测流体温度，再查有关手册。 欲测定 u，需先测定流量，再由管径计算流速。常用的流量计有孔板流量计、文丘里流量计、转子流量计和涡轮流量计。 P f 可用 U 型管、倒置 U 型管、测压直管等液柱压差计测定。采用 U 型管压差计时， 可用下式表达=2d Pf /l 2=2d( 0-)gR/l 2倒 U 型压差计两端的压强差为P f=Rg(水 -空 )，如忽略空气密度，则 P f=Rg水实验装置该装置由不锈钢离心泵、水槽、
3、以及不锈钢管路组成。采用涡轮流量计测量系统的流量，压差传感器（或倒测 U 型压差计）测量各测压口的压差（压头损失） 。通过该装置可以测定流体流动时摩擦阻力系数，以及流体在滞流、过渡流、湍流三种流型下直管摩擦阻力 随雷诺准数 Re 的变化关系，并测定球阀、闸阀和弯头的局部阻力，以加深对流体流动阻力的理解；同时可以比较不同粗糙度的直管 Re 曲线的差异。实验中，可以通过调节流量调节阀测定不同流量下的压头损失。设备参数涡轮流量计 0.66m 3/h压差传感器 050kPaAI 人工智能调节器 测量精度：0.5%FS。直管 1 m； m；Le=1.0m21.凹id0168.凸id直管 2 m；Le=1
4、.0m06i测试用管直管 3 m；Le=1.0m5.i单相流体阻力测定装置流程图三、实验步骤1. 关闭装置上的各个阀门，打开离心泵的回流阀。2. 管路排气操作启动离心泵，先缓慢开启流量调节阀，再缓慢打开球阀和闸阀，打开管路排气阀，调小排气截止阀。当排气管内无气泡时结束。3. 倒置 U 型管压差计排气1）将排气阀关闭，打开放液阀和测压阀，让导压管内的水流出并带出导压管中的气泡。2）若认为气泡已经排尽，则先关闭放液阀和测压阀，然后打开排气阀，再缓慢打开放液阀，放出倒置 U 型管内的一部分水，使管内形成气水柱，且使管内液面约在倒置 U 型管高度的中部。3）关闭排气阀和放液阀，在测量管内的流量为零的条
5、件下打开测压阀，检查倒置 U 型管内两液柱高度差是否为零。若不为零，则表明导压管内仍然有气泡存在，应重复上述排气操作。4. 压差传感器的排气打开管路上的阀门（包括排气阀）,然后打开导压管上的排气阀，接着依次打开导压管上的各组测压阀，至导压管的排气管内无气泡为止。5.直管流动阻力的测定5.1 直管 1 流动阻力的测定：1）管路排气结束后，关闭直管 2 转子流量计，使流体流过直管 1，调节流量调节阀至所需流量。2）待涡轮流量计流量显示温度后，打开测压管的排气阀和直管 1L、直管1H 进行排气操作（参见 3） 。3）排气结束后，关闭直管 1L、直管 1H。同时打开两个测压阀，待压差传感器的显示值稳定
6、后，关闭测压管的排气阀，记录压差传感器的显示值P0（调零） 。4）打开直管 1L、直管 1H 进行压差测量操作，待压差传感器的显示值稳定后，记录压差传感器的显示值。5）控制流量由小到大（或由大到小）依次测取数据，重复 1） 、4）操作。6）实验完毕后检查所测数据的合理性，如合理进行下一操作，如不合理重复上述操作重新进行测定。5.2 直管 2 流动阻力的测定1）管路排气结束后，关闭闸阀和球阀，使流体流过直管 2，调节转子流量计至最大流量。2）对倒置 U 型管进行排气操作，具体方法参见 3. 3）调节转子流量计至所需流量，读取倒置 U 型管压差值。4）控制流量由小到大（或由大到小）依次测取数据。5
7、）实验完毕后检查所测数据的合理性，如合理进行下一操作，如不合理重复上述操作重新进行测定。6. 所有实验操作结束后，停泵，关闭所有阀门，打开回流阀。注意事项1）泵应当在流量调节阀关闭的情况下启动。涡轮流量计在每次开始使用时，应先缓慢开启流量调节阀使涡轮流量计内缓慢的充满液体，然后再缓慢开启下游阀门，严禁涡轮流量计处于无液体状态时受到高速液体的冲击。否则涡轮流量计将被损坏！2）实验操作前要熟悉导压管上各个阀门的位置，避免实验时误开阀门造成压差传感器损坏。3）实验前注意检查水槽水位，防止离心泵发生气蚀。4）实验时要记得进行排气操作，否则会影响数据的准确性。在实验开始前，系统要先排净气体，使液体连续流
8、动。首先，启动泵，将流量切换阀和流量调节阀打开，将管路内的气体排净；然后，开启测量面板上相应的压降切换阀，使倒 U 型压差计及压差传感器与系统相连，将测压管内的气体排净；最后，关闭流量调节阀，检查倒 U 型压差计两端的液面。若相平，则可以开始实验，若不平，则需要重新排气（如果倒 U 型压差计液面已调平，但仪表显示的数值不为零，需进行仪表调零） 。5）读取数据时，应注意稳定后再读数。对于直管，测取 10 组左右的数据。6）测完一套管路的数据后，关闭流量调节阀，再次检查倒 U 型压差计的液面是否相平。然后重复以上步骤，测取其他管路的数据。7）系统要先排净气体，以使流体能够连续流动。为了避免传感器进水而损坏，应缓慢打开流量调节阀。附：水的密度与粘度计算公式1、 密度： kg/m 4.10 8725.0 035892. 3tt式中： 水的平均温度t2、 粘度： sPa .3Exp1. t式中： 水的平均温度t数据记录与处理流量计读数 倒 型管压差计 mm 水柱序号 左 右R Pf 103 Re10-412345678实验报告要求在双对数坐标图上，标绘 Re 关系曲线，讨论粗糙管的摩擦阻力系数大小。标绘 Re 关系曲线，查出闸阀、球阀和涡轮流量计的阻力系数，与实验结果进行比较，讨论之。
