1、管路阻力的測定09動物生物技術2 蘇唐輝 200930380217一 實驗目的1. 學習管路阻力損失hf ,管路摩擦系數及管件、閥門的局部阻力系數的測定方法，并通過實驗了解它們的變化規律，鞏固對流體阻力基本理論的認識；2. 測定直管摩擦系數與雷諾數Re 的關系，驗證在一般湍流區內與Re 的關系曲線。3. 測定管件、閥門的局部阻力系數。4. 學會倒U形壓差計和渦輪流量計的使用方法。5. 識辨組成管路的各種管件、閥門，了解其作用。二 實驗原理流體通過由直管、管件和閥門等組成的管路系統時，由于粘性剪應力和渦流的存在，要損失一定的機械能。流體流經直管時所造成機械能損失稱為直管阻力損失。流體通過管件、閥

2、門時因流體運動方向和速度大小改變所引起的機械能損失稱為局部阻力損失。1. 直管阻力摩擦系數的測定。 流體在水平等徑直管中穩定流動時，阻力損失為： （3-1）即， （3-2）式中：直管阻力摩擦系數，無因次；d直管內徑，m； Pf流體流經l米直管的壓力降，Pa；l直管長度，m； Hf單位質量流體流經l米直管的機械能損失，J/kg； u流體在管內流動的平均流速，m/s；流體密度，kg/m3.層流時， （3-3） （3-4）式中：Re雷諾準數，無因次；流體粘度，kg/(m.s).湍流時是雷諾準數Re和相對粗糙度（/d）的函數，須由實驗確定。由式（3-2）可知，欲測定，需確定L、d，測定Pf、u、等參數

3、。L、d為裝置參數，、通過測定流體溫度，再查有關手冊而得，u通過測定流體流量，再由管徑計算得到。例如本裝置采用渦輪流量計測流量V（m3/h）。 （3-5）Pf可用U型管、倒置U型管、測壓直管等液柱壓差計測定，或采用差壓變送器和二次儀表顯示。（1） 當采用倒置U型管液柱壓差計時， （3-6）式中：R水柱高度，m。（2） 當采用U型管液柱壓差計時， （3-7）式中：R液柱高度，m；0指示液密度，kg/m3。根據實驗裝置結構參數L、d，指示液密度0，流體溫度t0，及實驗室時測定的流量V、液柱壓差計的讀數R，通過式（3-5）、（3-6）或（3-7）、（3-4）和（3-2）求取Re和，再將Re和標繪在雙

4、對數坐標圖上。2. 局部阻力系數的測定。局部阻力損失通常有兩種表示方法，即當量長度法和阻力系數法。本實驗采用阻力系數法。阻力系數法：流體通過某一管件或閥門時的機械能損失表示為流體在小管徑內流動時平均動能的某一倍數，局部阻力的這種計算方法，稱為阻力系數法。即： （3-8）故 （3-9）式中：局部阻力系數，無因次；Pf局部阻力壓強降，Pa； 流體密度，kg/m3； g重力加速度，9.81m/s2；根據連接管件或閥門兩端管徑中小管的直徑d，指示液密度0，流體溫度t0，及實驗室時測定的流量V、液柱壓差計的讀數R，通過式（3-5）、（3-6）或（3-7）、（3-9）求取管件或閥門的局部阻力系數。三、實驗

5、裝置與流程1. 實驗裝置實驗裝置LB201D如圖3-1所示1- 離心泵；2-進口壓力變送器；3-鉑熱電阻（測量水溫）；4-出口壓力變送器；5-電器儀表控制箱；6-均壓環；7-粗糙管；8-光滑管（離心泵實驗中充當離心泵管路）；9-局部阻力管；10-管路選擇球閥；11-渦輪流量計；12-局部阻力管上的閘閥；13-電動調節閥；14-差壓變送器；15-水箱圖3-1 管路阻力實驗裝置流程示意圖實驗對象部分是由貯水箱，離心泵，不同管徑、材質的水管，各種閥門、管件，渦輪流量計和倒U型壓差計等所組成的。管路部分有三段并聯的長直管，分別為用于測點局部阻力系數，光滑管直管阻力系數和粗糙管直管阻力系數。測定局部阻力

6、部分使用不銹鋼管，其上裝有待測管管件（閘閥）；光滑管直管阻力的測定同樣使用內壁光滑的不銹鋼管，而粗糙管直管阻力的測定對象為管道內壁較粗糙的鍍鋅管。水的流量使用渦輪流量計測量，管路和管件的阻力采用差壓變送器將差壓信號傳遞給無紙記錄儀。2.裝置參數裝置參數如表3-1所示。由于管子的材質存在批次的差異，所以可能會產生管徑的不同，所以表3-1中的管內徑只能作為參考。表3-1 管路阻力實驗裝置參數表裝置1名稱材質管內徑（mm）測量長度（cm）管路號管內徑局部阻力閘閥1A20.095光滑管不銹鋼管1B20.0100粗糙管鍍鋅鐵管1C21.0100四 實驗步驟1泵啟動：首先對水箱進行灌水，然后關閉出口閥，打

7、開總電源和儀表開關，啟動水泵，待電機轉動平穩后，把出口閥緩緩開到最大。2 實驗管路選擇：選擇實驗管路，把對應的進口閥打開，并在出口閥最大開度下，保持全流量流動5-10min3 流量調節：通過離心泵變頻器調節管路流量，讓流量從1到4m³/H范圍內變化，建議每次實驗變化0.5m³/h左右。每次改變流量，待流動到達穩定后，記下對應的壓差值，自控狀態，流量控制界面設定流量值或設定電動調節閥開度，待流量穩定記錄相關數據即可。4 計算：裝置確定時，根據p和u的實驗測定值，可計算入和，在等溫條件下，雷諾數Re=du/=Au，其中A為常數，因此只要調節管路流量，即可得到一系列入Re曲線。5

8、 實驗結束：關閉出口閥，關閉水泵和儀表電源，清理裝置。五、實驗數據分析實驗日期： 實驗人員：蘇唐輝 學號：200930380217直管基本參數： 光滑管徑20.0mm 光滑管長度100cm 光滑管材質 不銹鋼管粗糙管徑21.0mm 粗糙管長度100cm 粗糙管材質 鍍鋅鐵管局部阻力（閘閥）： 管徑20.0mm 開度100%表32 管路阻力實驗原始數據及其處理管路類型實驗次數流量（m³/h）流速（m/s）壓降P（KPa）溫度（）hfRe光滑管11.010.8930.2931.10.2920.014622259721.501.3260.6931.10.6940.01578335543 2

9、.001.7671.2530.91.2560.016094471442.502.2111.9230.91.9290.015795594953.002.6532.7331.12.7430.015596713463.513.1043.6031.23.6230.015027854773.993.5284.4931.24.5130.014508927684.493.9715.5831.25.6080.0142310048694.734.1836.1631.66.1910.01413107925粗糙管11.000.800.5731.60.5730.037582167221.491.201.2631.41

10、.2660.036933187432.001.602.3531.42.3620.038754251242.502.013.9131.73.9280.040845445253.032.436.3631.66.3890.045456583163.522.827.5331.77.5650.039957639673.983.199.6531.79.6950.040018642084.483.5912.3131.712.3670.040309725694.643.7213.1631.913.2210.04013100778管路類型實驗次數流量（m³/h）流速（m/s）壓降P（KPa）溫度（）h

11、f'Re局部阻力管1 1.030.910.4231.80.0430.10392347821.491.320.9131.80.0930.10703405732.001.771.6131.70.1650.10534566742.502.212.4731.70.2530.1036570205 3.002.633.6531.80.3740.10816785663.503.104.8831.70.4500.1040799827 4.003.546.1932.10.6340.10129133584.503.987.8032.00.7990.10091026879 4.894.339.0932.10

12、.9310.09931117182計算過程舉例1） 流速的計算u=0.8932） 直管阻力摩擦系數的計算通過查閱有關數據水在31的物性為：.=0.01462=0.2915J/kg=225973) 局部阻力系數的測定=0.1039=0.0430J/kg3根據粗糙管實驗結果，在雙對數坐標紙上標繪制曲線得：lgRelg曲線4根據光滑管實驗結果，對照布拉修斯方程，計算其誤差。對光滑管實驗結果使用布拉修斯方程=計算結果如下表：實驗次數Re布拉休斯方程計算結果誤差10.01462225970.0258143.36%20.01578335540.0233832.51%30.01609447140.02176

13、26.06%40.01579559490.0205723.24%50.01559671340.0195124.64%60.01502785470.0188920.49%70.01450892760.0183020.77%80.014231004860.0177719.92%90.014131079250.0174619.05%5根據局部阻力實驗結果，在雙對數坐標紙上標繪實測的Re曲線。求出閘閥一定開度時的平均值。Re曲線6對實驗現象和實驗結果進行分析討論。（1）由本Re曲線圖可知,在一定的范圍內，隨著Re的增大, 摩擦系數也是隨之增大的，增大到一定值后，其摩擦系數隨著減小。但是標準的Re曲線是

14、隨著Re的增大，值是逐漸減小且到一定值后是平緩下降的。因此，本實驗存在著較大的誤差。可能的原因如下：1. 測定時儀器壓力沒有平衡好導致讀數產生誤差，從而引起實驗誤差。2. 實驗裝置本身存在問題，在測定時，其儀器上讀數呈現不穩定狀態，會忽高忽低。（2）由-Re曲線圖可知，隨著Re的增大,阻力系數先增大,后再下降,再上升，最后再下降。此圖與書本上的圖相比，大概趨勢不太相同，可能又是壓力沒有平衡好導致讀數產生誤差，從而引起實驗誤差。六、思考題1.在對裝置做排氣時，是否一定要關閉流程尾部的出口閥？為什么？答：應該關閉。 應為這樣可以把管道中的氣泡全部排出。2.如何檢測管路中的空氣已經被排除干凈？答：在

15、流動測定中氣體在管路中，對流動的壓力測量產生偏差，在實驗中一定要排出氣體，讓流體在管路中流動，這樣流體的流動測定才能準確。當流出的液體無氣泡是就可以證明空氣已經排干凈了。3.以水做介質所測得的Re關系能否適用于其他流體？如何應用？答：可以用于牛頓流體的類比，牛頓流體的本構關系一致。應該是類似平行的曲線，但雷諾數本身并不是十分準確，建議取中間段曲線，不要用兩邊端數據。雷諾數本身只與速度，粘度和管徑一次相關，不同流體的粘度可以查表。4.在不同設備上（包括不同管徑），不同水溫下測定的Re數據能否關聯在同一條曲線上？答: 一次改變一個變量，是可以關聯出曲線的，一次改變多個變量時不可以的。另外，不要奢望可以做出一個多項式之類的好的曲線，這是不可2.一次改變一個變量，是可以關聯出曲線的，一次改變多個變量時不可以的。5.如果測啞口、孔邊緣有毛刺或安裝不垂直，對靜壓的測量有何影響？答：沒有