主頁 > 技術(shù)文章 > 流體流動(dòng)阻力的測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置使用說明書 2024-09-01

流體流動(dòng)阻力的測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置使用說明書

一、概述
本實(shí)驗(yàn)裝置可以測(cè)定對(duì)比：DN20粗糙直管、光滑管和閥門等阻力系數(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，許多過程都涉及到流體流動(dòng)的內(nèi)部細(xì)節(jié)，尤其是流體的流動(dòng)阻力。流體在流動(dòng)過程中為克服流動(dòng)阻力必定要消耗能量。流體流動(dòng)阻力產(chǎn)生根本的原因是流體具有粘性，流動(dòng)時(shí)存在著內(nèi)磨擦，而固定的管壁或其它形狀固體壁面，促使流動(dòng)流體的內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為流體流動(dòng)阻力的產(chǎn)生提供了條件，因此液體阻力的大小與流體的物性、流動(dòng)狀況及壁面等因素有關(guān)。流體在流動(dòng)系統(tǒng)中作定態(tài)流動(dòng)時(shí)，流體在各截面上的流速、密度、壓強(qiáng)等物理參數(shù)僅隨位置而改變而不隨時(shí)間而變。
二、設(shè)備性能及主要技術(shù)參數(shù)
1.該實(shí)驗(yàn)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(jì)、渦輪流量計(jì)、流量顯示儀閥門、實(shí)驗(yàn)臺(tái)架及電控箱等組成。
2.光滑直管段：管徑DN-20mm、管長(zhǎng)L=1.7m、測(cè)壓段L=1.3m，材質(zhì)：不銹鋼管。
3.粗糙直管段：管徑DN-18mm、管長(zhǎng)L=1.7m、測(cè)壓段L=0.5m，材質(zhì)：鍍鋅鐵管。
4.局部阻力直管段:管徑DN-20mm；管長(zhǎng)L=1.7m、測(cè)壓段L=1.3m，材質(zhì)：不銹鋼管。
5.渦輪流量計(jì)：量程（0.8～8m³／h),精度0.5。
6.水泵參數(shù):流量:5m³／h，揚(yáng)程:20m，電機(jī)功率:750W。
7.蓄水箱為不銹鋼材質(zhì)，容積約80L。
三、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
1.掌握流體流經(jīng)直管和閥門時(shí)的阻力損失和測(cè)定方法，通過實(shí)驗(yàn)了解流體流動(dòng)中能量損失的變化規(guī)律。
2.測(cè)定直管摩擦系數(shù)λ與雷諾數(shù)Re的關(guān)系。
3.測(cè)定流體流經(jīng)閘閥時(shí)的局部阻力系數(shù)x。
四、實(shí)驗(yàn)原理
1.直管阻力與局部阻力實(shí)驗(yàn)：
流體阻力產(chǎn)生的根源是流體具有粘性，流動(dòng)時(shí)存在內(nèi)摩擦。而壁的形狀則促使流動(dòng)的流體內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為流動(dòng)阻力的產(chǎn)生提供了條件，流動(dòng)阻力的大小與流體本身的物理性質(zhì)、流動(dòng)狀況及壁面的形狀等因素有關(guān)。流動(dòng)阻力可分為直管阻力和局部阻力。
流體在流動(dòng)過程中要消耗能量以克服流動(dòng)阻力。因此，流動(dòng)阻力的測(cè)定頗為重要。從流程圖可知水從貯槽由泵輸出，經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后，再流經(jīng)管道后回到水槽，循環(huán)利用。改變流量并測(cè)定直管與管件的相應(yīng)壓差，即可測(cè)得流體流動(dòng)阻力。
2.直管阻力磨擦系數(shù)λ的測(cè)定
直管阻力是流體流經(jīng)直管時(shí)，由于流體的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力損失h_f。
對(duì)于等直徑水平直管段根據(jù)兩測(cè)壓點(diǎn)間的柏努利方程有：

式中：l—直管長(zhǎng)度（m）
d—管內(nèi)徑（m）
ΔP—流體流經(jīng)直管的壓強(qiáng)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(cè)定λ，需知道I、d、（P₁-P₂）、u、ρ等。
1）若測(cè)得流體溫度，則可查得流體的ρ值。
2）若測(cè)得流量，則由管徑可計(jì)算流速u。
兩測(cè)壓點(diǎn)間的壓降ΔP，可由儀表直接讀數(shù)。
3.局部阻力系數(shù)ζ的測(cè)定
局部阻力主要是由于流體流經(jīng)管路中管件、閥門局部位置時(shí)所引起的阻力損失，在局部阻力件左右兩側(cè)的測(cè)壓點(diǎn)間列柏努利方程有：
（1-4）
即：
式中：ζ—局部阻力系數(shù)
ΔP—局部阻力壓強(qiáng)降（Pa）
式（1—4）中ρ、u、ΔP等的測(cè)定同直管阻力測(cè)定方法。

五、實(shí)驗(yàn)流程圖

1.實(shí)驗(yàn)流程
實(shí)驗(yàn)對(duì)象部分是由貯水箱，離心泵，不同管徑、材質(zhì)的水管，各種閥門、管件，渦輪流量計(jì)和U型壓差計(jì)等所組成的。管路部分有三段并聯(lián)的長(zhǎng)直管，分別為用于測(cè)定局部阻力系數(shù)，光滑管直管阻力系數(shù)和粗糙管直管阻力系數(shù)。測(cè)定局部阻力部分使用不銹鋼管，其上裝有待測(cè)管件(閘閥)；光滑管直管阻力的測(cè)定同樣使用內(nèi)壁光滑的不銹鋼管，而粗糙管直管阻力的測(cè)定對(duì)象為管道內(nèi)壁較粗糙的鍍鋅管。
水的流量使用渦輪流量計(jì)測(cè)量，管路和管件的阻力采用壓差傳感器測(cè)量。
2.裝置參數(shù)

名稱材質(zhì) 管內(nèi)徑（mm）測(cè)量段長(zhǎng)度（cm）

管路號(hào) 管內(nèi)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(shí)驗(yàn)步驟
1.泵啟動(dòng)：首先對(duì)水箱進(jìn)行灌水，然后關(guān)閉出口閥，打開總電源開關(guān)，打開儀表電源開關(guān)，按下啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)離心泵。
2.實(shí)驗(yàn)管路選擇：選擇實(shí)驗(yàn)管路，把對(duì)應(yīng)的進(jìn)口閥打開，并在出口閥最大開度下，保持全流量流動(dòng)5－10min。
3.排氣：將實(shí)驗(yàn)管路和測(cè)壓管中的空氣排盡。再進(jìn)行阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)。
4.流量調(diào)節(jié)：開啟管路出口閥，調(diào)節(jié)流量，讓流量從2到5m3/h范圍內(nèi)變化，建議每次實(shí)驗(yàn)變化0.5m3/h左右。每次改變流量，待流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，記下對(duì)應(yīng)的壓差值。然后用同樣方法做其他管路實(shí)驗(yàn)。
5.計(jì)算：裝置確定時(shí)，根據(jù)和u的實(shí)驗(yàn)測(cè)定值，可計(jì)算λ和ξ，在等溫條件下，雷諾數(shù)Re=duρ/μ=Au，其中A為常數(shù)，因此只要調(diào)節(jié)管路流量，即可得到一系列λ～Re的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，從而繪出λ～Re曲線。
6.實(shí)驗(yàn)結(jié)束：關(guān)閉出口閥，關(guān)閉水泵和儀表電源，將裝置中的水排放干凈。
七、注意事項(xiàng)
1.在啟動(dòng)離心泵前，要確保電源的正確，確保不缺相，離心泵缺相不會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)，且會(huì)燒毀離心泵。
2.在啟動(dòng)離心泵前，要確保離心泵轉(zhuǎn)向的正確，否則長(zhǎng)時(shí)間反向運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)損壞離心泵。
3.在做流體阻力實(shí)驗(yàn)時(shí)，要排盡管路里的氣泡。
4.在開、關(guān)各閥門時(shí)，須緩開慢關(guān)。
八、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

序號(hào) 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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名稱	材質(zhì)	管內(nèi)徑（mm）		測(cè)量段長(zhǎng)度（cm）
名稱	材質(zhì)	管路號(hào)	管內(nèi)徑	測(cè)量段長(zhǎng)度（cm）
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

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