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，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。流體在流動系統中作定態流動時，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
a)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。
b)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h_f。
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。
c)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

a)、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。
b)、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：開啟管路出口閥，調節流量，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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