1、流 體 阻 力 測 定 實 驗實 驗 指 導 書環境與市政工程學院2015年11月一、實驗目的：1.學習直管摩擦阻力,直管摩擦系數的測定方法。2.掌握直管摩擦系數與雷諾數和相對粗糙度之間的關系及其變化規律。3.掌握局部摩擦阻力,局部阻力系數的測定方法。4.學習壓強差的幾種測量方法和提高其測量精確度的一些技巧。二、實驗內容:1.測定實驗管路內流體流動的阻力和直管摩擦系數。2.測定實驗管路內流體流動的直管摩擦系數與雷諾數和相對粗糙度之間的關系曲線。3.測定管路部件局部摩擦阻力和局部阻力系數。三、實驗原理:1.直管摩擦系數l與雷諾數Re的測定:直管的摩擦阻力系數是雷諾數和相對粗糙度的函數，即，對一定

2、的相對粗糙度而言，。流體在一定長度等直徑的水平圓管內流動時，其管路阻力引起的能量損失為： （1）又因為摩擦阻力系數與阻力損失之間有如下關系（范寧公式） （2）整理（1）（2）兩式得 （3） （4）式中： 管徑，m； 直管阻力引起的壓強降，Pa；管長，m； 流速，m / s；流體的密度，kg / m3； 流體的粘度，N·s / m2。 在實驗裝置中，直管段管長l和管徑d都已固定。若水溫一定，則水的密度和粘度也是定值。所以本實驗實質上是測定直管段流體阻力引起的壓強降Pf與流速u（流量V）之間的關系。 根據實驗數據和式（3）可計算出不同流速下的直管摩擦系數，用式（4）計算對應的Re，整理出

3、直管摩擦系數和雷諾數的關系，繪出與Re的關系曲線。2局部阻力系數的測定 式中： 局部阻力系數，無因次； 局部阻力引起的壓強降，Pa；局部阻力引起的能量損失，Jkg。圖-1 局部阻力測量取壓口布置圖局部阻力引起的壓強降 可用下面方法測量：在一條各處直徑相等的直管段上，安裝待測局部阻力的閥門，在上、下游各開兩對測壓口a-a'和b-b如圖-1，使 abbc ； abbc，則 Pf，a b Pf，bc ； Pf，ab= Pf，bc在aa之間列柏努利方程式 PaPa =2Pf，a b+2Pf，ab+Pf (5)在bb之間列柏努利方程式： PbPb = Pf，bc+Pf，bc+Pf = Pf，a

4、b+Pf，ab+Pf （6）聯立式(5)和(6)，則：2(PbPb)(PaPa)為了實驗方便，稱(PbPb)為近點壓差，稱(PaPa)為遠點壓差。其數值用差壓傳感器來測量。四、實驗裝置的基本情況: 1.實驗裝置流程示意圖:圖-2 流動過程綜合實驗裝置流程示意圖1-水箱；2-水泵；3-入口真空表；4-出口壓力表；5、16-緩沖罐；6、14-測局部阻力近端閥；7、15-測局部阻力遠端閥；8、17-粗糙管測壓閥；9、21-光滑管測壓閥；10-局部阻力閥；11-觀測段；12-壓力傳感器；13-渦流流量計；18、25、26-閥門；19-普通管閥；20-粗糙管閥；22-小轉子流量計；23-大轉子流量計；

5、24水箱放水閥；27- 倒U型管放空閥；28-倒U型管；30、32-倒U型管排水閥；29、31-倒U型管平衡閥實驗裝置流程簡介流體阻力測量：水泵2將儲水槽1中的水抽出，送入實驗系統，經玻璃轉子流量計22、23測量流量，然后送入被測直管段測量流體流動阻力，經回流管流回儲水槽1。被測直管段流體流動阻力P 可根據其數值大小分別采用變送器12或空氣水倒置型管來測量。2.實驗設備主要技術參數：表-1實驗設備主要技術參數序號名稱規格材料1玻璃轉子流量計LZB25 1001000（L/h）VA1015F 10100（L/h）2壓差傳感器型號LXWY 測量范圍0200 KPa不銹鋼3離心泵型號WB70/055

6、不銹鋼4實驗管路管徑0.045m實驗管路5真空表測量范圍-0.1-0MPa 精度1.5級,真空表測壓位置管內徑d1=0.041m真空表6壓力表測量范圍00.6MPa 精度1.5級壓強表測壓位置管內徑d2=0.041m壓力表7渦輪流量計型號LWY-40 測量范圍220m3/h渦輪流量計表-2 實驗設備主要技術參數光滑管：管徑d-0.008(m) 管長L-1.70(m) 粗糙管：管徑d-0.010(m) 管長L-1.70(m)真空表與壓強表測壓口之間的垂直距離h0=0.41m3.實驗裝置面板圖： 圖-3 實驗裝置儀表面板圖五、實驗方法及步驟：1流體阻力測量（1）向儲水槽內注水至水滿為止。(最好使用

7、蒸餾水，以保持流體清潔) （2）光滑管阻力測定： 關閉粗糙管路閥門8,17,20，將光滑管路閥門9,19,21全開，在流量為零條件下，打開通向倒置U型管的進水閥29,31，檢查導壓管內是否有氣泡存在。若倒置U型管內液柱高度差不為零，則表明導壓管內存在氣泡。需要進行趕氣泡操作。導壓系統如圖4所示操作方法如下：加大流量，打開U型管進出水閥門29,31，使倒置U型管內液體充分流動，以趕出管路內的氣泡；若觀察氣泡已趕凈，將流量調節閥26關閉，U型管進出水閥29,31關閉，慢慢旋開倒置U型管上部的放空閥26后，分別緩慢打開閥門30、32，使液柱降至中點上下時馬上關閉，管內形成氣水柱，此時管內液柱高度差不

8、一定為零。然后關閉放空閥27，打開U型管進出水閥29,31，此時U型管兩液柱的高度差應為零（12mm的高度差可以忽略），如不為零則表明管路中仍有氣泡存在，需要重復進行趕氣泡操作。圖-4 導壓系統示意圖32、32-排水閥；128-U型管進水閥；12-壓力傳感器；27-U型管放空閥；28-U型管 該裝置兩個轉子流量計并聯連接，根據流量大小選擇不同量程的流量計測量流量。 差壓變送器與倒置U型管亦是并聯連接，用于測量壓差，小流量時用型管壓差計測量，大流量時用差壓變送器測量。應在最大流量和最小流量之間進行實驗操作，一般測取1520組數據。注：在測大流量的壓差時應關閉U型管的進出水閥29,31，防止水利用

9、U型管形成回路影響實驗數據。(3) 粗糙管阻力測定：關閉光滑管閥，將粗糙管閥全開，從小流量到最大流量，測取1520組數據。(4) 測取水箱水溫。待數據測量完畢，關閉流量調節閥，停泵。(5) 粗糙管、局部阻力測量方法同前。六、實驗注意事項1直流數字表操作方法請仔細閱讀說明書，待熟悉其性能和使用方法后再進行使用操作。2啟動離心泵之前以及從光滑管阻力測量過渡到其它測量之前，都必須檢查所有流量調節閥是否關閉。3利用壓力傳感器測量大流量下P時,應切斷空氣水倒置型玻璃管的閥門否則將影響測量數值的準確。 4在實驗過程中每調節一個流量之后應待流量和直管壓降的數據穩定以后方可記錄數據。5. 若之前較長時間未做實

10、驗，啟動離心泵時應先盤軸轉動，否則易燒壞電機。6. 該裝置電路采用五線三相制配電，實驗設備應良好接地。7. 啟動離心泵前，必須關閉流量調節閥，關閉壓力表和真空表的開關，以免損壞測量儀表。8. 實驗水質要清潔，以免影響渦輪流量計運行。七、附數據處理過程舉例：1.光滑管小流量數據( 以表3第16組數據為例) Q70(Lh) h 44(H2O) 實驗水溫=7.8 粘度1.43×10-3 (Pa.s) 密度999.74（kgm3） 管內流速 （m/s）阻力降 =432(Pa)雷諾數 2.165×103阻力系數 2.712×10-2 2.粗糙管、大流量數據(以表4 第8組數

11、據為例)Q300(Lh) P 19.4(kPa) 實驗水溫=7.8粘度1.43×10-3 (Pa.s) 密度999.74（kgm3）管內流速 1.06 （m/s）阻力降 19.4×1000 = 19400（Pa)雷諾數 7.422×103阻力系數 = 0.2033.局部阻力實驗數據(以表5 第2組數據為例)Q800(Lh) 近端壓差37.2 (kPa) 遠端壓差37.7(kPa)管內流速： （m/s）局部阻力： 2(PbPb)(PaPa) =（2×37.2-37.7）×1000=36700（Pa)局部阻力系數： 附：實驗數據表（舉例說明）表3

12、流體阻力實驗數據記錄（光滑管內徑8mm、管長170mm）（液體溫度7.8 液體密度=999.74kg/m 液體粘度=1.43mPa.S）序號流量(l/h)直管壓差PP（Pa）流速u(m/s)Re（kPa）（mmH2O）1100097.4974005.53309240.02999290080.9809004.98278310.03076380067.4674004.42247390.03243470050.0500003.87216460.03142560039.0390003.32185540.03336650027.4274002.76154620.03375740019.2192002.2

13、1123690.03695830011.6116001.6692770.0396992006.464001.1161850.04927101001.515000.5530920.046191190969420.5027830.035801280636180.4424740.029731370444320.3921650.027121460353430.3318550.029361550292840.2815460.035041640252450.2212370.047191730161570.179280.05369182010980.116180.0755119104390.063090.1

14、2081表4 流體阻力實驗數據記錄（直管內徑10mm、管長170mm）（液體溫度27 液體密度=999.74kg/m 液體粘度=1.43mPa.S）序號流量(l/h)直管壓差PP（Pa）流速u(m/s)RekPammH2O11000156.81568003.54247390.14729001291290003.18222650.1503800104.21042002.83197910.153470082.1821002.48173170.157560063.4634002.12148430.166650045.2452001.77123690.170740032.0320001.4298960

15、.188830019.4194001.0674220.203920010.1101000.7149480.237101003.131000.3524740.2911190201.019710.3222260.229128017116770.2819790.246137011911670.2517320.2241460929020.2114840.2361550696770.1812370.2541640484710.149900.2771730282750.117420.2871820181770.074950.4151910111080.042471.014201000156.81568003.5