阻力系數(shù)的測(cè)定

1、流體流動(dòng)阻力系數(shù)的測(cè)定流體流動(dòng)阻力系數(shù)的測(cè)定 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康?1掌握測(cè)定流體流經(jīng)直管、管件和閥門(mén)時(shí)阻力損失的掌握測(cè)定流體流經(jīng)直管、管件和閥門(mén)時(shí)阻力損失的一般實(shí)驗(yàn)方法。一般實(shí)驗(yàn)方法。 2測(cè)定直管摩擦系數(shù)測(cè)定直管摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的關(guān)系，驗(yàn)證在的關(guān)系，驗(yàn)證在一般湍流區(qū)內(nèi)一般湍流區(qū)內(nèi)與與Re的關(guān)系曲線(xiàn)。的關(guān)系曲線(xiàn)。 3測(cè)定流體流經(jīng)管件、閥門(mén)時(shí)的局部阻力系數(shù)測(cè)定流體流經(jīng)管件、閥門(mén)時(shí)的局部阻力系數(shù) 。 二、基本原理二、基本原理 流體通過(guò)由直管、管件（如三通和彎頭等）和閥門(mén)等組流體通過(guò)由直管、管件（如三通和彎頭等）和閥門(mén)等組成的管路系統(tǒng)時(shí)，由于粘性剪應(yīng)力和渦流應(yīng)力的存在，要損成的管

2、路系統(tǒng)時(shí)，由于粘性剪應(yīng)力和渦流應(yīng)力的存在，要損失一定的機(jī)械能。流體流經(jīng)直管時(shí)所造成機(jī)械能損失稱(chēng)為直失一定的機(jī)械能。流體流經(jīng)直管時(shí)所造成機(jī)械能損失稱(chēng)為直管阻力損失。流體通過(guò)管件、閥門(mén)時(shí)因流體運(yùn)動(dòng)方向和速度管阻力損失。流體通過(guò)管件、閥門(mén)時(shí)因流體運(yùn)動(dòng)方向和速度大小改變所引起的機(jī)械能損失稱(chēng)為局部阻力損失。大小改變所引起的機(jī)械能損失稱(chēng)為局部阻力損失。 1直管阻力摩擦系數(shù)直管阻力摩擦系數(shù)的測(cè)定的測(cè)定 流體在水平等徑直管中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，阻力損失為：流體在水平等徑直管中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，阻力損失為：2221udlppphff（1）即，即， 22lupdf滯流滯流(層流層流)時(shí)，時(shí)，Re64 湍流時(shí)湍流時(shí)是雷諾準(zhǔn)數(shù)是雷

3、諾準(zhǔn)數(shù)Re和相對(duì)粗糙度（和相對(duì)粗糙度（/d）的函數(shù)，須）的函數(shù)，須由實(shí)驗(yàn)確定。由實(shí)驗(yàn)確定。 欲測(cè)定欲測(cè)定，需確定，需確定l、d，測(cè)定、，測(cè)定、u、等參數(shù)。等參數(shù)。 l、d為為裝置參數(shù)（裝置參數(shù)表格中給出），裝置參數(shù)（裝置參數(shù)表格中給出）， 、通過(guò)測(cè)定流體溫通過(guò)測(cè)定流體溫度，再查有關(guān)手冊(cè)而得，度，再查有關(guān)手冊(cè)而得， u通過(guò)測(cè)定流體流量，再由管徑計(jì)通過(guò)測(cè)定流體流量，再由管徑計(jì)算得到。算得到。（2）（3） 本裝置采用渦輪流量計(jì)測(cè)流量，本裝置采用渦輪流量計(jì)測(cè)流量，V，m3/h。2900 dVu 可用可用U型管、倒置型管、倒置U型管、測(cè)壓直管等液柱壓差計(jì)型管、測(cè)壓直管等液柱壓差計(jì)測(cè)定，或采用差壓變送器和

4、二次儀表顯示。測(cè)定，或采用差壓變送器和二次儀表顯示。fp（1）當(dāng)采用倒置）當(dāng)采用倒置U型管液柱壓差計(jì)時(shí)型管液柱壓差計(jì)時(shí)gRpf （2）當(dāng)采用）當(dāng)采用U型管液柱壓差計(jì)時(shí)型管液柱壓差計(jì)時(shí)gRpf0 (5) (6) (7) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)l、d，指示液密度，指示液密度0 ，流體，流體溫度溫度t0(查流體物性查流體物性、)，及實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)定的流量，及實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)定的流量V、液柱、液柱壓差計(jì)的讀數(shù)壓差計(jì)的讀數(shù)R，通過(guò)式，通過(guò)式(5)、(6)或或(7)、(4)和式和式(2)求取求取Re和和，再將，再將Re和和標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上。標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上。2局部阻力系數(shù)局部阻力系數(shù) 的測(cè)定的

5、測(cè)定 局部阻力損失通常有兩種表示方法，即當(dāng)量長(zhǎng)度法和局部阻力損失通常有兩種表示方法，即當(dāng)量長(zhǎng)度法和阻力系數(shù)法。阻力系數(shù)法。 (1)當(dāng)量長(zhǎng)度法當(dāng)量長(zhǎng)度法 流體流過(guò)某管件或閥門(mén)時(shí)造成的機(jī)械能損失看作與某流體流過(guò)某管件或閥門(mén)時(shí)造成的機(jī)械能損失看作與某一長(zhǎng)度為一長(zhǎng)度為l的同直徑的管道所產(chǎn)生的機(jī)械能損失相當(dāng)，此折的同直徑的管道所產(chǎn)生的機(jī)械能損失相當(dāng)，此折合的管道長(zhǎng)度稱(chēng)為當(dāng)量長(zhǎng)度，用符號(hào)合的管道長(zhǎng)度稱(chēng)為當(dāng)量長(zhǎng)度，用符號(hào)le表示。這樣，就可以表示。這樣，就可以用直管阻力的公式來(lái)計(jì)算局部阻力損失，而且在管路計(jì)算用直管阻力的公式來(lái)計(jì)算局部阻力損失，而且在管路計(jì)算時(shí)可將管路中的直管長(zhǎng)度與管件、閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度合并在

6、時(shí)可將管路中的直管長(zhǎng)度與管件、閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度合并在一起計(jì)算，則流體在管路中流動(dòng)時(shí)的總機(jī)械能損失為：一起計(jì)算，則流體在管路中流動(dòng)時(shí)的總機(jī)械能損失為：22udllhef (8) (2)阻力系數(shù)法阻力系數(shù)法 流體通過(guò)某一管件或閥門(mén)時(shí)的機(jī)械能損失表示為流體在流體通過(guò)某一管件或閥門(mén)時(shí)的機(jī)械能損失表示為流體在小管徑內(nèi)流動(dòng)時(shí)平均動(dòng)能的某一倍數(shù)，局部阻力的這種小管徑內(nèi)流動(dòng)時(shí)平均動(dòng)能的某一倍數(shù)，局部阻力的這種計(jì)算方法，稱(chēng)為阻力系數(shù)法。即：計(jì)算方法，稱(chēng)為阻力系數(shù)法。即： 22ugphff故故 22gupf (9) (10) 待測(cè)的管件和閥門(mén)由現(xiàn)場(chǎng)指定。本實(shí)驗(yàn)采用阻力系數(shù)待測(cè)的管件和閥門(mén)由現(xiàn)場(chǎng)指定。本實(shí)驗(yàn)采用阻力系

7、數(shù)法表示管件或閥門(mén)的局部阻力損失。法表示管件或閥門(mén)的局部阻力損失。 根據(jù)連接管件或閥門(mén)兩端管徑中小管的直徑根據(jù)連接管件或閥門(mén)兩端管徑中小管的直徑d，指示，指示液密度液密度0 ，流體溫度，流體溫度t0(查流體物性查流體物性、)，及實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)定，及實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)定的流量的流量V、液柱壓差計(jì)的讀數(shù)、液柱壓差計(jì)的讀數(shù)R，通過(guò)式，通過(guò)式(5)、(6)或或(7)、(10)求取管件或閥門(mén)的局部阻力系數(shù)求取管件或閥門(mén)的局部阻力系數(shù) 。三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置1離心泵；離心泵；2進(jìn)口壓力變送器；進(jìn)口壓力變送器；3鉑熱電阻（測(cè)量水鉑熱電阻（測(cè)量水溫）；溫）；4出口壓力變送器；出口壓力變送器；

8、5電氣儀表控制箱；電氣儀表控制箱；6均壓均壓環(huán)；環(huán)；7粗糙管；粗糙管；8光滑管（離心泵實(shí)驗(yàn)中充當(dāng)離心泵管光滑管（離心泵實(shí)驗(yàn)中充當(dāng)離心泵管路）；路）；9局部阻力管；局部阻力管；10管路選擇球閥；管路選擇球閥；11渦輪流量渦輪流量計(jì)；計(jì)；12局部阻力管上的閘閥；局部阻力管上的閘閥；13電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；14差差壓變送器；壓變送器；15水箱水箱 2.實(shí)驗(yàn)流程實(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(mén)、管件，渦輪流量計(jì)和倒管，各種閥門(mén)、管件，渦輪流量計(jì)和倒U型壓差計(jì)等所組成的。型壓差計(jì)等所組成的。管路部分有三段并聯(lián)的

9、長(zhǎng)直管，分別為用于測(cè)定局部阻力系數(shù)，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)管件分使用不銹鋼管，其上裝有待測(cè)管件(閘閥閘閥)；光滑管直管阻力；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)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。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差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差壓變送器將差壓信號(hào)

10、傳遞給無(wú)紙記錄儀。壓變送器將差壓信號(hào)傳遞給無(wú)紙記錄儀。 3裝置參數(shù)裝置參數(shù) 裝置參數(shù)如表裝置參數(shù)如表1所示。由于管子的材質(zhì)存在批次的差所示。由于管子的材質(zhì)存在批次的差異，所以可能會(huì)產(chǎn)生管徑的不同，所以表異，所以可能會(huì)產(chǎn)生管徑的不同，所以表1中的管內(nèi)徑只中的管內(nèi)徑只能做為參考。能做為參考。裝置1名稱(chēng)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1A20.095光滑管不銹鋼管1B20.0100粗糙管鍍鋅鐵管1C21.0100 四、實(shí)驗(yàn)步驟四、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(kāi)總電源和儀表開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)水泵，待電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)

11、平穩(wěn)后，把出開(kāi)總電源和儀表開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)水泵，待電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后，把出口閥緩緩開(kāi)到最大。口閥緩緩開(kāi)到最大。 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(kāi)，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(kāi)，并在出口閥最大開(kāi)度下，保持全流量流動(dòng)并在出口閥最大開(kāi)度下，保持全流量流動(dòng)510min。 3流量調(diào)節(jié)：手控狀態(tài)流量調(diào)節(jié)：手控狀態(tài),電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度選擇電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度選擇100,然然后開(kāi)啟管路出口閥，調(diào)節(jié)流量，讓流量從后開(kāi)啟管路出口閥，調(diào)節(jié)流量，讓流量從1到到4m3/h范圍內(nèi)范圍內(nèi)變化，建議每次實(shí)驗(yàn)變化變化，建議每次實(shí)驗(yàn)變化0.5m3/h左右。每次改變流量，待左右。每次改變流量，待流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后

12、，記下對(duì)應(yīng)的壓差值；自控狀態(tài)，流量控流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，記下對(duì)應(yīng)的壓差值；自控狀態(tài)，流量控制界面設(shè)定流量值或設(shè)定電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，待流量穩(wěn)定記制界面設(shè)定流量值或設(shè)定電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，待流量穩(wěn)定記錄相關(guān)數(shù)據(jù)即可。錄相關(guān)數(shù)據(jù)即可。 4計(jì)算：裝置確定時(shí)，根據(jù)計(jì)算：裝置確定時(shí)，根據(jù)P和和u的實(shí)驗(yàn)測(cè)定值，可的實(shí)驗(yàn)測(cè)定值，可計(jì)算計(jì)算和和，在等溫條件下，雷諾數(shù)，在等溫條件下，雷諾數(shù)Re=du/=Au，其中，其中A為常數(shù)，因此只要調(diào)節(jié)管路流量，即可得到一系列為常數(shù)，因此只要調(diào)節(jié)管路流量，即可得到一系列Re的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，從而繪出的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，從而繪出Re曲線(xiàn)。曲線(xiàn)。 5實(shí)驗(yàn)結(jié)束：關(guān)閉出口閥，關(guān)閉水泵和儀表電源，清實(shí)驗(yàn)結(jié)束：關(guān)閉出口閥，關(guān)閉水泵和儀表電源，清理裝置理裝置 五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)填寫(xiě)到下表：根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)填寫(xiě)到下表： 實(shí)驗(yàn)日期：實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn)人員：實(shí)驗(yàn)人員： 學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)： 溫度：溫度： 直管基本參數(shù)：直管基本參數(shù)： 光滑管徑光滑管徑 粗糙管徑粗糙管徑 局局部阻力管徑部阻力管徑 序號(hào)序號(hào)流量（流量（m3/h）光滑管壓差光滑管壓差（KPa）粗糙管壓差粗糙管壓差（KPa）局部阻力壓差局部阻力壓差（KPa） 六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1根據(jù)粗糙管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出根據(jù)粗糙管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出R