4.1流體流動阻力測定實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.學(xué)習(xí)直管摩擦阻力△?、直管摩擦系數(shù)義的測定方法。

2.掌握直管摩擦系數(shù)4與雷諾數(shù)Re和相對粗糙度之間的關(guān)系及其變化規(guī)律。

3.掌握局部阻力的測量方法。

4.學(xué)習(xí)壓強(qiáng)差的幾種測量方法和技巧。

5.掌握雙對數(shù)坐標(biāo)系的使用方法。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.測定實(shí)驗(yàn)管路（光滑管和粗糙管）內(nèi)流體流動的阻力和直管摩擦系數(shù)九

2.測定實(shí)驗(yàn)管路內(nèi)流體流動的直管摩擦系數(shù)￡與雷諾數(shù)Re和相對粗糙度之間的關(guān)系曲

線。

3.在本實(shí)驗(yàn)壓差測量范圍內(nèi)，測量閥門的局部阻力系數(shù)。

三、實(shí)驗(yàn)原理

1.直管摩擦系數(shù)2與雷諾數(shù)Re的測定

流體在管道內(nèi)流動時，由于流體的粘性作用和渦流的影響會產(chǎn)生阻力。流體在直管內(nèi)

流動阻力的大小與管長、管徑、流體流速和管道摩擦系數(shù)有關(guān)，它們之間存在如下關(guān)系：

2

h「空Iu

—/t--------(4-1)

Pd2

、2d△Pf

A=------(4-2)

仁d?u?p

Re=------(4-3)

式中：d-管徑,m；

△6一直管阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa：

/一管長，m；

“一流速，m/s：

夕一流體的密度，kg/nV；

〃一流體的粘度，N-s/m2o

直管摩擦系數(shù)人與雷諾數(shù)Re之間有一定的關(guān)系，這個關(guān)系一般用曲線來表示。在實(shí)驗(yàn)

裝置中，直管段管長/和管徑d都已固定。若水溫一定，則水的密度P和粘度U也是定值。

所以本實(shí)驗(yàn)實(shí)質(zhì)上是測定直管段流體阻力引起的壓強(qiáng)降aPt?與流速u（流量V）之間的關(guān)系。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和式（1-2）可計算出不同流速下的直管摩擦系數(shù)人，用式（1-3）計算對

應(yīng)的Re,從而整理出直管摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系，繪出入與Re的關(guān)系曲線。

2.局部阻力系數(shù)4的測定

力片也〃2

(4-4)

P2

(4-5)

式中：4-局部阻力系數(shù)，無因次；

△巴一局部阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa：

/△耳,ab△Pf,becb?△4,b，a，_,

IIIIIIIIIIII

abcc，b'技

〃,一局部阻力引起的能量損失，J/kgo

圖4-1局部阻力測量取壓口布置圖

局部阻力引起的壓強(qiáng)降A(chǔ)P.可用下面的方法測量：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，在其上、下游開兩對測壓口a㈤和b-b',見圖4-1,使

ab=bc；a‘b'=b'c'

則APf.ab=APf.be；APf.a'b'=△Pf.be'

在2~@'之間列方程式：Pa-Pa'=2APf.ab+2APf.a'b+AP'f(4-6)

在限了之間列方程式：Pb-Pb=APf.bc+APf.b-c'+APf

=△Pf.ab+△Pf-a,b,+△Pf

(4-7)

聯(lián)立式(1-6)和(1-7),則：

\Pf=2(Pb-Pb，)-(Pz-Pa，)

為了實(shí)驗(yàn)方便，稱(Pb-Pb?)為近點(diǎn)壓差，稱(Pa-Pk)為遠(yuǎn)點(diǎn)壓差。用差壓傳感器來測量。

四、實(shí)驗(yàn)裝置

1.本實(shí)驗(yàn)共有四套裝置，實(shí)驗(yàn)裝置用圖4-2所示的實(shí)驗(yàn)裝置流程圖。每套裝置中被測光

滑直管段為管內(nèi)徑d=8mm,管長L=1.6m的不銹鋼管；被測粗糙直管段為管內(nèi)徑d=10mm,

管長L=L6m的不銹鋼管；被測局部阻力直管段為管內(nèi)徑d=12mm,管長L=1.2m的不銹鋼

管

2.流量測量：在圖1-2中由大小兩個轉(zhuǎn)子流量計測量。

3.直管段壓強(qiáng)降的測顯：差壓變送器或倒置U形管直接測取壓差值。

7

圖4-2流體流動阻力測定實(shí)驗(yàn)裝置流程圖

⑴一大流量調(diào)節(jié)閥；（2）一大流量轉(zhuǎn)子流量計：（3）一光滑管調(diào)節(jié)閥；⑷一粗糙管調(diào)節(jié)閥：（5）一光滑管：⑹一

粗糙管：⑺一局部阻力閥：⑻一離心泵；⑼一排水閥；⑩倒U管瞅阻一近端測壓點(diǎn)；?（。一遠(yuǎn)端測壓點(diǎn)：

??，一切斷閥；（MX1獷一放空閥；?（15），一光滑管壓差；（啾⑻一粗健管壓差；⑺一數(shù)字電壓表；?一反差變

送器

五、實(shí)驗(yàn)方法

1.按下電源通電預(yù)熱數(shù)字顯示儀表1075分鐘，記錄各差壓數(shù)字表的初始值，關(guān)閉流

量調(diào)節(jié)閥，按一下離心泵的綠色按鈕啟動離心泵。

2.在進(jìn)行光滑管阻力測定之前，應(yīng)先檢查導(dǎo)壓系統(tǒng)內(nèi)有無氣泡存在。

當(dāng)流量為0時，打開?（陰兩閥門，若空氣一水倒置U型管內(nèi)兩液柱的高度差不為0,則

說明系統(tǒng)內(nèi)有氣泡存在，需趕凈氣泡方可測取數(shù)據(jù)。

趕氣泡的方法：將流量調(diào)至較大，排出導(dǎo)壓管內(nèi)的氣泡，直至排凈為止；關(guān)閉??'兩閥

門，打開Q4XM），兩閥門，慢慢旋開倒置U形管上部的放空閥，使液柱降至零點(diǎn)上下時馬上關(guān)

閉，使管內(nèi)形成氣一水柱，此時管內(nèi)液柱高度差應(yīng)為零。

3.光滑管阻力測定：

小流量時用倒置U形管壓差計測量，大流量時用差壓數(shù)字表測量。應(yīng)在最大流量和最小

流量之間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一般測取12?15組數(shù)據(jù)，建議流量讀數(shù)在40L/h之內(nèi)，不少于4個

點(diǎn)，以便得到滯流狀態(tài)下的大一Re關(guān)系。在能用倒置U形管測壓差時，盡量不用差壓數(shù)字

表測壓差。

4.粗糙管阻力測定：

關(guān)閉光滑管調(diào)節(jié)閥⑶，打開粗糙管調(diào)節(jié)閥⑷。流量大于1801/h時，選擇用差壓數(shù)字表

測最壓差；流最小于1801/h時，選擇用倒置.U形管壓差計測吊壓差。從小流量到最大流晟,

一般測取】（）~15組數(shù)據(jù)。

5.局部阻力測量：

關(guān)閉閥門(3)和(4),全開或半開閥門(7),用倒U型管測量閥門⑺的近端和遠(yuǎn)端壓差，改變

流量重復(fù)測量3?4組數(shù)據(jù)。

5.待數(shù)據(jù)測量完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，核實(shí)差壓數(shù)字表初始值，切斷電源。

六、注意事項(xiàng)

1.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(diào)節(jié)閥是否關(guān)閉。

2.利用差壓數(shù)字表測量大壓差時，必須關(guān)閉通倒置U形管的閥門，防止形成并聯(lián)管

路。

3.在實(shí)驗(yàn)過程中每調(diào)節(jié)一個流量之后應(yīng)待流量和直管壓降的數(shù)據(jù)穩(wěn)定以后方可記錄數(shù)

據(jù)。

七、實(shí)驗(yàn)要求

1.將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)整理結(jié)果列在表格中(參考表4-1、4-2、4-3),并以其中一組數(shù)

據(jù)為例寫出計算過程。

2.在雙對數(shù)坐標(biāo)系上標(biāo)繪光滑直管和粗糙直管入一Re關(guān)系曲線。

3.根據(jù)所標(biāo)繪的入一Re曲線，求本實(shí)驗(yàn)條件下滯流區(qū)的入一Re關(guān)系式，并與理論公

式比較。

［思考題］

⑴本實(shí)驗(yàn)用水為工作介質(zhì)做出的人一Re曲線，對其它流體能否使用？為什么？

⑵本實(shí)驗(yàn)是測定等宜徑7K平直管的流動阻力，若將水平管改為流體自下而上流動的垂直管，從測量兩

取壓點(diǎn)間壓差的倒置u形管讀數(shù)R到APr的計算過程和公式是否與水平管完全相同?為什么？

⑶為什么采用差壓變送器和倒置U形管并聯(lián)起來測量直管段的壓差？何時用變送器?何時用倒置U

形管?操作時要注意什么？

表4T、直管阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表（光滑直管內(nèi)徑8nun、管長1.60米）設(shè)備編號：

水溫t=℃；u=cP；P=kg/m3

序R

號Q(l/h)(kPa)(mmH2o)△P(Pa)u(m/s)ReX

110

214

318

424

532

644

760

880

9100

10200

11280

12360

13480

14640

15880

161200

W的流體阻力測定實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.學(xué)習(xí)直管摩擦阻力壓力降△pf、直管摩擦系數(shù)九的測定方法；

2.掌握不同流量下摩擦系數(shù)人與雷諾數(shù)Re之間關(guān)系及其變化規(guī)律：

3.學(xué)習(xí)反差對數(shù)坐標(biāo)系的使用方法。

二、實(shí)驗(yàn)原理

流體在圓直管內(nèi)流動由于本身具有帖性及渦流的景緯t會產(chǎn)生摩擦阻力.流體在曾

內(nèi)洗動阻力的大小與胃長、管徑、流體流速和摩擦系數(shù)有關(guān).它們之（可存在如下關(guān)系

PPd2（6-1）

x=2d-P/

*加（6-2）

Rc■虹

A（6-3）

式中d-------管徑，mi

△pr—直曾阻力弓感的壓強(qiáng)降.Pa.

1----管長.mi

u------管內(nèi)平均流速，m/fi

P--流體的密度.刎T

|x------流體的粘度，N,s/m\

摩爆系數(shù)X馬雷諾數(shù)Re之間有一定的關(guān)系,這個關(guān)系F用曲線來奏示.在買臉?biāo)蛑弥?

直管段管長I和管徑d都己固定.若水溫一定，則水的密度p和粘度上也是定值.所以本實(shí)雛

實(shí)質(zhì)上是測定直管段流體租力引起的壓強(qiáng)降A(chǔ)R與流速u之間的關(guān)系.

根據(jù)實(shí)裝散售和式（L2）可以計厚出不同流速下的直譽(yù)摩攫系數(shù)X,用式（L3）計算

時應(yīng)的Re,從而整理出直管摩掾系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系，續(xù)出入與酒而踞&一289544771

三、實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

blog.163?omczx_289544771

圖流動阻力實(shí)驗(yàn)流程示意圖

水箱；2-離心泵；3、牛放水閥；5、13-緩沖罐；6-局部阻力近端測壓閥；7、15-局部阻

遠(yuǎn)端測壓閥；8、20-粗糙管測壓回水閥；9、19-光滑管測壓閥；10-局部阻力管閥；11-U

管進(jìn)水閥；12-壓力傳感器；14-流量調(diào)節(jié)閥；15、16-水轉(zhuǎn)子流量計；17-光滑管閥；18.

粗糙管閥；

21-倒置U型管放空閥；22-倒置U型管；23-水箱放水閥；24-放水閥；

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1.開動機(jī)器；

2.打開光滑管閥，使流體通過；

3.把流速調(diào)到最大，使管內(nèi)呈湍流狀態(tài)，把儀器內(nèi)積存的空氣排走;

4.調(diào)節(jié)流速，分別記錄每個流速的流量、直管壓差。

5.重復(fù)光滑管的操作，記錄粗糙管的數(shù)據(jù)；

6.關(guān)閉機(jī)器。

五、數(shù)據(jù)處理

流體阻力實(shí)驗(yàn)記錄表

捌管

f內(nèi)徑，8nun(粗檢管內(nèi)筏，lOnmi膏長，1&n

良度，331C*液體電度，099678液體站度.08948

卜流量H膏壓差，PtpRe%

OA)(kFa)?『a(n/s)

(mmHQ

105487802300S52958101770160451

20121170725011058116203500W271

3018175aBs01658717430530064181

40302?2?8M022116123240710060169

50444292660276451290508900W7

6062€048748033174】MW10600552$7

70807804836038703140夕1240055155

60110KX7316504423214?4814200523”

901J237”804wn52?160052295

1001581541455055290258101770050703

2003800110580311620350031248

300TWO16即05174W530025583

*?95002211607233W710.01953

50012500276450829050890016446

60016300331Ml34861060014893

70020500387031140?71240013761

S00256M442213464814200131$7

$0030300497611552?】60012565

100038200552?!?58101770012386

F內(nèi)侵.8mm>相槌青內(nèi)法,lOmrn.青長，16m

332cl09%55液體帖度，0的闋

卜宜青氏差3△P補(bǔ)R*X

(1A)(5)或典刖)

即氏。

108780562100353?570<4647^5427078M54

20212M8?7500707714089295WO8M0514141

837克101O1O61PI131洶3986280402608

4056M63935014154281718591M1710342761

5077751?\017W852I2323X7713030163

60102W52167021231422527887972560277473

7013034130247699929S?35%799025*19

80IS?126841302830X3377183963420240S39

90即153185303184?1疫4183W8840213491

10021821270320353857042"47X54270157174

200490007077|*?492959908540122W4

90059001061571125［刈3986280W5798

4007W141M291471859198171004830?

50095001769W52O92?2?97713003&141

60011800212314225127的972%0032899

700142002476999N232535%7?0029087

80017W028306563乂002€818

90019900318471317641831弊8840024659

1000235003.53857041846479W270023589

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光滑管的X——Re曲線

[^3

0.0-

01000020000300W1000050000

Re

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粗糙管的人一一Re曲線

U=qV/A=10/(360*0.16*3.14)=0.05529

Rc=duP/n=(0.008*10*996.78)/0.8949=581.0177

X=hf(d/L)(2/u2>(2*0.008*49.1747573)/(996.78*1.6*0.055290163A2)=0.161379057

六、思考題

1.在圓直管內(nèi)及導(dǎo)壓管內(nèi)可否有積存的空氣？如有，會有何影響？

2.本實(shí)驗(yàn)用水為工作介質(zhì)做出的'—Re曲線，對其它流體能否使用？為什么？

答：能用，因?yàn)槔字Z準(zhǔn)數(shù)是一個無因次數(shù)群，它允許d、u、P變化。

3.影響流動型態(tài)的因素有哪些？用Re判斷流動型態(tài)的意義何在？

答：影響流動類型的因素有：內(nèi)因：流動密度P、粘度U；外因：管徑d、流速u.即Re=duP/u。

4.本實(shí)驗(yàn)是測定等徑水平直管的流動阻力，若將水平管改為流體自下而上流動的垂直管，從測最

兩取壓點(diǎn)間壓差的倒置U型管讀數(shù)R到APf的計算過程和公式是否與水平管完全相同？為什么？

答：過程一樣，公式(通式)相同，R值的計算結(jié)果不同。

通式：pl

-p2=(PA-PB)gR+pBgz

水平放置：z=0pl-p2=(pA-pB)gR

垂直放置：z=L(管長)pI-p2=(pA-pB)gR+pgl

5.為什么采用差壓變送器和倒置U形管并聯(lián)起來測量直管段的壓差？何時用變送器?何時用倒置U形管?操作時要

注意什么？

答：U形管測量得到的數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確，但測量范圍小，而差壓變送器在小流量時，誤差較大，而流量大時，此誤差較

小。先使用倒置U形管壓差計，當(dāng)超過量程時，使用差壓變送器。注意流量的變更應(yīng)使實(shí)驗(yàn)點(diǎn)在人一Re曲線上均

勻分布。

來沙的流體阻力測定實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.學(xué)習(xí)直管摩擦阻力壓力降△pf、直管摩擦系數(shù)九的測定方法；

2.掌握不同流量下摩擦系數(shù)人與雷諾數(shù)Re之間關(guān)系及其變化規(guī)律；

3.學(xué)習(xí)壓差對數(shù)坐標(biāo)系的使用方法。

二、實(shí)驗(yàn)原理

流體在圓直管內(nèi)流動紂.由于本身具有帖性及渦流的量苑.會產(chǎn)生摩揍阻力.流體在曾

內(nèi)洗動阻力的大小與胃長、管徑、流體流速和摩擦系數(shù)有關(guān)，它們之網(wǎng)存在如下關(guān)系

PPd2（6-1）

x=2dAp/

*P3（6-2）

虹

A（6-3）

式中d----管徑，mi

—直曾阻力弓感的壓強(qiáng)降.Pa.

1管長.mi

u----管內(nèi)平均流速,m/?i

P-一流體的密度.kghnJi

|x---流體的粘度，N,s/m\

摩爆系數(shù)X3雷諾數(shù)Re之間有一定的關(guān)系,這個關(guān)系F用曲線來奏示.在實(shí)驗(yàn)蓑置中,

直管段管長I和管徑d都己固定.若水溫一定,則水的密度p和粘度上也是定值.所以本實(shí)雛

實(shí)質(zhì)上是測定直管段流體租力引起的壓強(qiáng)降A(chǔ)R與流速u之間的關(guān)系.

根據(jù)實(shí)線據(jù)和式（L2）可以讓譚出不同流速下的直譽(yù)摩擦系數(shù)%,用式（L3）計璋

對應(yīng)的Re,從而整理出直管摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系，續(xù)出入與&*茄踞&_289544771

三、實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

bk)g.163xomczx_289544771

圖流動阻力實(shí)驗(yàn)流程示意圖

水箱；2-離心泵；3、牛放水閥；5、13-緩沖罐；6-局部阻力近端測壓閥；7、15-局部阻

遠(yuǎn)端測壓閥；8、20-粗糙管測壓回水閥：9、19-光滑管測壓閥：1(”局部阻力管閥；11-U

管進(jìn)水閥；12-壓力傳感器；14-流量調(diào)節(jié)閥；15、16-水轉(zhuǎn)子流量計；17-光滑管閥；18-

粗糙管閥；

21-倒置U型管放空閥；22-倒置U型管；23-水箱放水閥；24-放水閥；

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1.開動機(jī)器：

2.打開光滑管閥，使流體通過；

3.把流速調(diào)到最大，使管內(nèi)呈湍流狀態(tài)，把儀器內(nèi)積存的空氣排走;

4.調(diào)節(jié)流速，分別記錄每個流速的流量、直管壓差。

5.重復(fù)光滑管的操作，記錄粗糙管的數(shù)據(jù)；

6.關(guān)閉機(jī)器。

五、數(shù)據(jù)處理

流體阻力實(shí)驗(yàn)記錄表

捌管

8m?n?粗桃管內(nèi)秘，Iftnmi膏長，l&n

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光滑管的X——Re曲線

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