实验1 流动过程综合实验

实验1 流动过程综合实验

实验1-1 流体阻力测定实验

一、实验目的

⒈学习直管摩擦阻力△Pf、直管摩擦系数?的测定方法。

⒉掌握直管摩擦系数?与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系及其变化规律。 ⒊掌握局部阻力的测量方法。 ⒋学习压强差的几种测量方法和技巧。

⒌掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。 二、实验内容

⒈测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数?。

⒉测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数?与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系曲线。 ⒊在本实验压差测量范围内，测量阀门的局部阻力系数。

三、实验原理

⒈直管摩擦系数?与雷诺数Re的测定

流体在管道内流动时，由于流体的粘性作用和涡流的影响会产生阻力。流体在直管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和管道摩擦系数有关，它们之间存在如下关系：

lu2 hf = =? （1-1）

?d2?Pf λ=

2d?Pf （1-2） ???lu2d?u?? （1-3）

Re =

式中：d?管径，m ；

? ?Pf?直管阻力引起的压强降，Pa； l?管长，m； u?流速，m / s；

??流体的密度，kg / m3； ??流体的粘度，N·s / m2。

直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间有一定的关系，这个关系一般用曲线来表示。在实验装置中，直管段管长l和管径d都已固定。若水温一定，则水的密度ρ和粘度μ也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降△Pf与流速u（流量V）之间的关系。

根据实验数据和式（1-2）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（1-3）计算对应的Re，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与Re的关系曲线。

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⒉局部阻力系数?的测定

h?f??P'f?u2 （1-4） ??2?2??P'f ????????u2 （1-5）

??式中：??局部阻力系数，无因次； ?Pf'?局部阻力引起的压强降，Pa；

h'f?局部阻力引起的能量损失，J／kg。

图1-1 局部阻力测量取压口布置图

局部阻力引起的压强降?Pf' 可用下面的方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在其上、下游开两对测压口a-a'和b-b＇，见图1-1，使

ab＝bc ； a＇b＇＝b＇c＇ 则 △Pf，a b ＝△Pf，bc ； △Pf，a＇b＇= △Pf，b＇c＇ 在a~a＇之间列柏努利方程式： Pa－Pa＇ =2△Pf，a b+2△Pf，a＇b＇+△P

＇

f （1-6）

在b~b＇之间列柏努利方程式： Pb－Pb＇ = △Pf，bc+△Pf，b＇c＇+△Pf

= △Pf，a b+△Pf，a＇b＇+△Pf （1-7） 联立式(1-6)和(1-7)，则：

?Pf'＝2(Pb－Pb＇)－(Pa－Pa＇)

为了实验方便，称(Pb－Pb＇)为近点压差，称(Pa－Pa＇)为远点压差。用差压传感器来测量。 四、实验装置

⒈本实验共有八套装置，第1~6套实验装置用图1-2所示的实验装置流程图，第7~8套实验装置用图1-3所示的实验装置流程图。

在图1-2中， 光滑管阻力系数流程：A→B（C→D）→E→F→G→H→J→M→N→P； 粗糙管阻力系数流程：A→B（C→D）→E→F→G→H→K→L→O→P；（C→D）为流量小于2 m3/h 时的流程。

⒉ 流量测量：在图1-2中由转子流量计和涡轮流量计测量，在图1-3中由转子流量计测量。

⒊ 直管段压强降的测量：差压变送器或倒置U形管直接测取压差值。

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＇

＇

图1-2 第1~6套流动过程综合实验装置流程图

⑴离心泵；⑵—大流量调节阀；⑶—小流量调节阀；⑷—被标定流量计；⑸—转子流量计；⑹—倒U管； ⑺⑻⑽—数显仪表；⑼—涡轮流量计； ⑾—真空表；⑿—流量计平衡阀；⒁—光滑管平衡阀； ⒃—粗糙管平衡阀；⒀—回流阀；⒂—压力表；⒄—水箱；⒅—排水阀；⒆—闸阀；⒇—截止阀；

［21］—变频器；a—出口压力取压点；b—吸入压力取压点；1-1’—流量计压差；2-2’—光滑管压差；

3-3’—粗糙管压差；4-4’—闸阀近点压差； 5-5’—闸阀远点压差；6-6’—截止阀近点压差； 7-7’—截止阀远点压差；J-M—光滑管；K-L—粗糙管

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图1-3 第7~8套流动过程综合实验装置流程图

1.—变频器 2.—功率表 3.—真空表 4.—不锈钢水泵 5.—压力表 6.7.—流量调节阀 8.—光滑管 9.—粗糙管 10.—被测局部阻力阀门 11.12.—转子流量计 13.—被测文丘里流量计 14.—压力变送器 15.—数显表 16.17.18.—流向导通阀 19.—频率表 20.—涡轮流量计 21.—倒置U型管 22.—差压变送器 23.—数字电压表 24.—水箱

五、实验方法

第1~6套实验方法：

⒈ 按下电源和离心泵的绿色按钮，通电预热数字显示仪表，记录差压数字表第2～7路的初始值，关闭流量调节阀⑵⑶和回流阀⒀，按一下变频器上的启动按钮，启动离心泵。

⒉ 光滑管阻力测定：

(1) 关闭截止阀⒇，将闸阀⒆全开，并旋开光滑管平衡阀⒁。

(2) 在流量为零条件下，旋开倒置U形管左右旋钮，检查导压管内是否有气泡存在。若倒置U形管内液柱高度差不为零，则表明导压管内存在气泡，需要进行赶气泡操作。操作方法如下： 开大流量调节阀⑶，使倒置U形管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若认为气泡已赶净，将流量阀关闭；慢慢旋开倒置U形管上部的放空阀，使液柱降至零点上下时马上关闭，管内形成气—水柱；此时管内液柱高度差应为零。

(3) 关闭光滑管平衡阀⒁，通过阀⑶调节流量。根据流量大小选择大、小量程的转子流量计测量。

(4) 直管段的压差：小流量时用倒置∪形管压差计测量，大流量时用差压数字表（第2路）测量。应在最大流量和最小流量之间进行实验，一般测取12～15组数据，建议流量读数在

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