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管道流體阻力測定

一、實驗目的

1.學習直管摩擦阻力\Pf，直管摩擦系數2的測定方法。

2.掌握直管摩擦系數2與雷諾數Re和相對粗糙度之間的關系及其變化規律。

3.掌握局部摩擦阻力蜴局部阻力系數4的測定方法。

二、實驗內容

1.測定實驗管路內流體流動的阻力和直管摩擦系數4。

2.測定實驗管路內流體流動的直管摩擦系數；I與雷諾數Re和相對?粗糙度之間的關系曲線。

3.測定管路部件局部摩擦阻力?和局部阻力系數0。

三、實驗原理

1.直管摩擦系數2與雷諾數He的測定

直管的摩擦阻力系數是雷諾數和相對粗糙度的函數，即4=/(Re,c/〃)，對一定的相

對粗糙度而言，2=/(Re)o

流體在一定長度等直徑的水平圓管內流動時，其管路阻力引起的能量損失為:

二絲

(1)

pP

乂因為摩擦阻力系數與阻力損失之間有如下關系(范寧公式)

(2)

整理(1)(2)兩式得(3)

(4)

式中：管徑，m；AP/一直管阻力引起的壓強降，Pa；

/一管長，m；〃一流速，m/s；

P-流體的密度,kg/m3；〃一流體的粘度，N-s/m2o

在實驗裝置中，直管段管長/和管徑d都已固定。若水溫一定，則水的密度p和粘度卜1也

是定值。所以本實驗實質上是測定直管段流體阻力引起的壓強降4Pf與流速u(流量V)之

間的關系。

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根據實驗數據和式（3）可計算出不同流速下的直管摩擦系數入，用式（4）計算對應的

Re,整理出直管摩擦系數和雷諾數的關系，繪出入與Re的關系曲線。

2.局部阻力系數，的測定

'J（2\Pf

hr=—=<=-.——

P2\p）u~

式中：4-局部阻力系數，無因次：AP；-局部阻力引起的壓強降，Pa；

一局部阻力引起的能量損失，J/kg。

,_ab△Pf,becb?△4,b，a，_,

IIIIIIIIIIII

abcc'b'a'

圖-1局部阻力測量取壓口布置圖

局部阻力引起的壓強降"；可用下面方法測量：在?條各處直徑相等的直管段上，安裝待

測局部阻力的閥門，在上、下游各開兩對測壓口a㈤和b-b'如圖-1,使ab=bc；a'b'

=b'c',則APf,ab=APf,be；ZXPf.ab，=△Pf,be

在a?a'之間列柏努利方程式Pa-Pa.=2APf,ab+2APf,r+APf(5)

在b?b'之間列柏努利方程式：Pb-Pb=APf,bc+APf,b-C-+APf

=APf,ab+APf,a-b-+APf(6)

聯立式(5)和(6),貝Ij：AP；=2(Pb-Pb)-(Pa-Pa)(7)

為了實驗方便，稱(Pb-Pb)為近點壓差，稱(Pa-Pa)為遠點壓差。其數值用差壓傳感器

來測量。

四、實驗裝置的基本情況

1.實驗裝置流程示意圖

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圖2流動過程綜合實驗流程示意圖

水箱；2.水泵:3.入口真空表;4.出口壓力表;5、16?緩沖罐;6、14-測局部阻力近端閥；7、

15?測局部阻力遠端閥;8、17.粗糙管測壓閥;9、21-光滑管測壓閥；10?局部阻力閥；11-文

丘里流量計（孔板流量計）；12-壓力傳感器；13-渦流流量計；18、32-閥門；20-粗糙管閥；

22-小轉子流量計；23-大轉子流星計；24閥門；25-水箱放水閥；26-倒U型管放空閥；27-

倒U型管；28、30-倒U型管排水閥；29、31-倒U型管平衡閥

2.實驗裝置流程簡介

水泵2將儲水槽1中的水抽出，送入實驗系統，經玻璃轉子流量計22、23測量流量，

然后送入被測直管段測量流體流動阻力，經回流管流回儲水槽1。被測直管段流體流動阻力

AP可根據其數值大小分別采用變送器12或空氣一水倒置U型管來測量。

3.實驗設備主要技術參數

表-1實驗設備主要技術參數

序號名稱規格材料

LZB—25100-100()(L/h)

1玻璃轉子流量計

LZB—1010~100(L/h)

2壓差傳感器型號LXWY測量范闈0-200KPa不銹鋼

3離心泵型號WB7O/O55不銹鋼

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4文丘里流量計喉徑0.020m不銹鋼

5實驗管路管徑0.043m不銹鋼

測量范圍O.l-OMPa精度1.5級，

6真空表

真空表測壓位置管內徑di=0.028m

測量范圍0-0.25MPa精度1.5級

7壓力表

壓強表測壓位置管內徑d2=0.042m

8渦輪流量計型號LWY70測量范圍0—20m3/h

9變頻器型號N2-401-H規格：（0-50）Hz

表?2實驗設備主要技術參數

第一套：光滑管：管徑d-0.008(m)管長L-l.70(m)

粗糙管:管徑d-O.OlO(m)管長L-L70(m)

真空表與壓強表測壓口之間的垂直距離ho=O.23m

第二套：光滑管:管徑d-0.008(m)管長L-L70(m)

粗糙管：管徑d-0.010(m)管長L-1.70(m)

真空表與壓強表測壓口之間的垂直距離ho=O.23m

4.實驗裝置面板圖

oo

總電源

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五、實驗方法及步驟

L向儲水槽內注水至水滿為止。（最好使用蒸鏘水，以保持流體清潔）

2.光滑管阻力測定

①關閉粗糙管路閥門8,17,20,將光滑管路閥門9,19,21全開，在流量為零條件下，打開

通向倒置U型管的進水閥29,31,檢杳導壓管內是否有氣泡存在。若倒置U型管內液柱高

度差不為零，則表明導壓管內存在氣泡。需要進行趕氣泡操作。導壓系統如圖4所示操作

方法如下：

加大流量，打開U型管進出水閥門29,31,使倒置U型管內液體充分流動，以趕出管

路內的氣泡；若觀察氣泡已趕凈，將流量調節閥24關閉，U型管進出水閥29,31關閉，慢

慢旋開倒置U型管上部的放空閥26后，分別緩慢打開閥門28、30,使液柱降至中點上下

時馬上關閉，管內形成氣一水柱，此時管內液柱高度差不一定為零。然后關閉放空腹26,

打開U型管講出水閥29,31,此時U型管兩液樣的高度差應為零（1—2mm的高度差可以

忽略），如不為零則表明管路中仍有氣泡存在，需要重復進行趕氣泡操作。

3、4.排水閥；U?U型管進水閥；12?壓力傳感器;26?U型管放空閥；27?U型管

②該裝置兩個轉子流量計并聯連接，根據流量大小選擇不同量程的流量計測量流量。

③差壓變送器與倒置U型管亦是并聯連接，用于測量壓差，小流量時用U型管壓差計測量,

大流量時用差壓變送器測量。應在最大流量和最小流量之間進行實驗操作，一般測取15?

20組數據。

注：在測大流量的壓差時應關閉U型管的進出水閥29,31,防止水利用U型管形成問路影響

實驗數據。

3.粗糙管阻力測定

關閉光滑管閥，將粗糙管閥全開，從小流量到最大流量，測取15?20組數據。

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4.測取水箱水溫。待數據測量完畢，關閉流量調節閥，停泵。

5.粗糙管、局部阻力測量方法同前。

六.注意事項

1.直流數字表操作方法請仔細閱讀說明書，待熟悉其性能和使用方法后再進行使用操作。

2.啟動離心泵之前以及從光滑管阻力測量過渡到其它測量之前，都必須檢查所有流量調節閥

是否關閉。

3.利用壓力傳感器測量大流量下時,應切斷空氣一水倒置U型玻璃管的閥門否則將影響

測量數值的準確。

4.在實驗過程中每調節一個流量之后應待流量和直管壓降的數據穩定以后方可記錄數據。

5,若之前較長時間未做實驗，啟動離心泵時應先盤軸轉動，否則易燒壞電機。

6.該裝置電路采用五線三相制配電，實驗設備應良好接地。

7.便用變頻調速器時一定注意FWD指示燈亮，切忌按|FWDR西鍵,REV指示燈亮時電機

反轉。

8.啟動離心泵前，必須關閉流量調節閥，關閉壓力表和真空表的開關，以免損壞測量儀表。

9.實驗水質要清潔，以免影響渦輪流量計運行。

七、數據記錄及處理

1.數據記錄及結果匯總表

表-3流體阻力實驗數據記錄（光滑管內徑8mm,管長1.7m）

液體溫度℃液體密度「=kg/m3液體粘度產mPa.S

流量直管壓差APAP流速u

序號Re

(1/h)(kPa)(mmFLO)(Pa)(m/s)

1100093.6

290075.5

380061.6

470049.3

560037.1

650026.0

740017.5

830010.1

92005.0

101001.7

1190115

實用文木當

128094

137073

146054

155037

164022

173014

18209

191()3

表-4流體阻力實驗數據記錄（粗糙管內徑10mm、管長1.70m）

（液體溫度℃液體密度「=kg/n?液體粘度產Pa.S）

直管壓差APAP流速u

流量

序號（㈣(kPa)(mmHzO)(Pa)(m/s)ReX

11000169.8

2900140.7

3800115.3