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流體流動阻力的測定實驗裝置使用說明書

一、概述
本實驗裝置可以測定對比:DN20粗糙直管、光滑管和閥門等阻力系數。在實際生產中,許多過程都涉及到流體流動的內部細節(jié),尤其是流體的流動阻力。流體在流動過程中為克服流動阻力必定要消耗能量。流體流動阻力產生根本的原因是流體具有粘性,流動時存在著內磨擦,而固定的管壁或其它形狀固體壁面,促使流動流體的內部發(fā)生相對運動,為流體流動阻力的產生提供了條件,因此液體阻力的大小與流體的物性、流動狀況及壁面等因素有關。流體在流動系統(tǒng)中作定態(tài)流動時,流體在各截面上的流速、密度、壓強等物理參數僅隨位置而改變而不隨時間而變。
二、
設備性能及主要技術參數
1.該實驗裝置主要由:離心泵、蓄水箱、沿程阻力光滑管、沿程阻力粗糙管、局部阻力管、U型壓差計、渦輪流量計、流量顯示儀閥門、實驗臺架及電控箱等組成。
2.光滑直管段:管徑DN-20mm、管長L=1.7m、測壓段L=1.3m,材質:不銹鋼管。
3.粗糙直管段:管徑DN-18mm、管長L=1.7m、測壓段L=0.5m,材質:鍍鋅鐵管。
4.局部阻力直管段:管徑DN-20mm;管長L=1.7m、測壓段L=1.3m,材質:不銹鋼管。
5.渦輪流量計:量程(0.8~8m3/h),精度0.5。
6.水泵參數:流量:5m3/h,揚程:20m,電機功率:750W。
7.蓄水箱為不銹鋼材質,容積約80L。
三、實驗目的
1.掌握流體流經直管和閥門時的阻力損失和測定方法,通過實驗了解流體流動中能量損失的變化規(guī)律。
2.測定直管摩擦系數λ與雷諾數Re的關系。
3.測定流體流經閘閥時的局部阻力系數x。
四、實驗原理
1.直管阻力與局部阻力實驗:
流體阻力產生的根源是流體具有粘性,流動時存在內摩擦。而壁的形狀則促使流動的流體內部發(fā)生相對運動,為流動阻力的產生提供了條件,流動阻力的大小與流體本身的物理性質、流動狀況及壁面的形狀等因素有關。流動阻力可分為直管阻力和局部阻力。
流體在流動過程中要消耗能量以克服流動阻力。因此,流動阻力的測定頗為重要。從流程圖可知水從貯槽由泵輸出,經流量計計量后,再流經管道后回到水槽,循環(huán)利用。改變流量并測定直管與管件的相應壓差,即可測得流體流動阻力。
2.直管阻力磨擦系數λ的測定
直管阻力是流體流經直管時,由于流體的內摩擦而產生的阻力損失hf
對于等直徑水平直管段根據兩測壓點間的柏努利方程有:


式中:l—直管長度(m)
d—管內徑(m)
ΔP—流體流經直管的壓強降(Pa)
u—流體截面平均流速(m/s)
ρ—流體密度(kg/m3
由式(1-1)可知,欲測定λ,需知道I、d、(P1-P2)、u、ρ等。
1)若測得流體溫度,則可查得流體的ρ值。
2)若測得流量,則由管徑可計算流速u。
兩測壓點間的壓降ΔP,可由儀表直接讀數。
3.局部阻力系數ζ的測定
局部阻力主要是由于流體流經管路中管件、閥門局部位置時所引起的阻力損失,在局部阻力件左右兩側的測壓點間列柏努利方程有:
(1-4)
即:
式中:ζ—局部阻力系數
ΔP—局部阻力壓強降(Pa)
式(1—4)中ρ、u、ΔP等的測定同直管阻力測定方法。

五、實驗流程圖

1.實驗流程
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U型壓差計等所組成的。管路部分有三段并聯(lián)的長直管,分別為用于測定局部阻力系數,光滑管直管阻力系數和粗糙管直管阻力系數。測定局部阻力部分使用不銹鋼管,其上裝有待測管件(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壓差傳感器測量。
2.裝置參數

名稱 材質 管內徑(mm) 測量段長度(cm)
管路號 管內徑
局部阻力 閘閥 1 20.0 50
光滑管 不銹鋼管 2 20.0 130
粗糙管 鍍鋅鐵管 3 18.0 130
六、實驗步驟
1.泵啟動:首先對水箱進行灌水,然后關閉出口閥,打開總電源開關,打開儀表電源開關,按下啟動按鈕啟動離心泵。
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5-10min。
3.排氣:將實驗管路和測壓管中的空氣排盡。再進行阻力測定實驗。
4.流量調節(jié):開啟管路出口閥,調節(jié)流量,讓流量從2到5m3/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,待流動達到穩(wěn)定后,記下對應的壓差值。然后用同樣方法做其他管路實驗。
5.計算:裝置確定時,根據和u的實驗測定值,可計算λ和ξ,在等溫條件下,雷諾數Re=duρ/μ=Au,其中A為常數,因此只要調節(jié)管路流量,即可得到一系列λ~Re的實驗點,從而繪出λ~Re曲線。
6.實驗結束:關閉出口閥,關閉水泵和儀表電源,將裝置中的水排放干凈。
七、注意事項
1.在啟動離心泵前,要確保電源的正確,確保不缺相,離心泵缺相不會運轉,且會燒毀離心泵。
2.在啟動離心泵前,要確保離心泵轉向的正確,否則長時間反向運轉會損壞離心泵。
3.在做流體阻力實驗時,要排盡管路里的氣泡。
4.在開、關各閥門時,須緩開慢關。
八、實驗數據處理

序號 流量(m3/h) 光滑管壓差(mmHg) 粗糙管壓差(mmHg) 局部管壓差(mmHg)
         
         
         
         
         

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