流体流动阻力测定实验..

流体流动阻力测定实验指导教师：一、实验目的1.理解测定流体流经直管和管件时阻力损失的实验流程设计思路及测定摩擦系数的工程意义；2.学会用因次分析方法解决工程实际问题；3.学会压差计、流量计的使用方法以及识别管路中各个管件、阀门的作用。二、实验内容1.1.测定直管摩擦系数和雷诺准数的关系；2.2.测定流体流经阀门的阻力系数和雷诺准数的关系。三、实验原理由于流体粘性的存在，流体在流动的过程中会发生流体间的摩擦，从而导致阻力损失。层流时阻力损失的计算式是由理论推导得到的；湍流时由于情况复杂得多，未能得出理论式，但可以通过实验研究，获得经验的计算式。其研究的基本步骤如下：⒈寻找影响过程的主要因素⒉用因次分析法规划实验⒈寻找影响过程的主要因素对于所研究的过程作初步的实验和经验的归纳，尽可能地列出影响过程的主要因素。对湍流时直管阻力损失hf与诸多影响因素的关系式应为：),,,,,(ludfhf------(1)⒉用因次分析法规划实验当一个过程受多个变量影响时，通常用因次分析法通过实验寻找自变量与因变量的关系，以(１)式为例，若每个自变量的数值变化10次，测取hf的值而其他自变量保持不变，6个自变量，实验次数将达106。为了减少实验工作量，需要在实验前进行规划，以尽可能减少实验次数。因次分析法是通过将变量组合成无因次数群，从而减少实验自变量的个数，大幅度地减少实验次数。π定理表明：在物理方程因次一致性的条件下，任何一个方程都可化为无因次方程，无因次方程的变量数=原方程变量数－基本因次数。式（1）共有7个变量数，在流体力学范畴，基本因次共有3个，它们是［Ｌ］、［Ｍ］、［Ｔ］，π定理告诉我们：无因次数群的个数π=7－3=4则：dL1dlLl211113eRLTLTML2224uhTLhff),,(2ddldufuhf因次分析法可以将对式(１)的研究转变成对下式(２)４个无因次数之间关系的研究。即：------（2）若实验设备已定，那么上式（2）可写为：2),(2udlddufhf------（3）再若实验设备是水平直管，上式（３）又可写为：2),(2udlddufP------（4）),(dduf令所以：22udlP------（5）)g(水银水RP式中流体流过管件所引起的压力损失为：220uPhf------（6）由式（５）可知，要测定式（６）的曲线关系，若装置和物系已经确立，那么λ只随Re而变，实验操作变量仅是流量，改变流量的手段是阀门的开度，由阀门开度的变化达到改变流速u的目的，因此在管路中必须要安装一个流量计；在直径为d、长度为的水平直管上，引出二个测压点，并接上一个压差计；实验体系确定后，ρ、μ是物性参数，它们只取决于实验温度。所以，在实验装置中需要安装测流体的温度计；再配上水槽、泵、管件等组建成以下循环管路，见实验装置流程图。四、实验装置1.水槽2.泵3.涡轮流量计4.局部阻力阀5.U型压差计6.待测管道7.放气阀8.平衡阀阻力实验流程图五、实验步聚与方法1.关闭控制阀，打开压差计上方的二个平衡阀、二个引压阀，启动泵。2.系统排气（1）总管排气：先将控制阀开足然后再关闭，重复三次，目的为了使总管中的大部分气体被排走，然后打开总管排气阀，开足后再关闭，重复三遍；（2）引压管排气：依次分别对4个放气阀，开、关重复三次；（3）压差计排气：关闭二个平衡阀，依次分别打开4个放气阀，此时眼睛要注视着U型压差计中的指示剂液面的上升，防止指示剂冲出，开、关重复三次。3.检验排气是否彻底将控制阀开至最大，再关至为零，看Ｕ型压差计读数，若左右读数相等，则判断系统排气彻底；若左右读数不等，则重复上述步骤2。由于系统的流量计量采用涡轮流量计，其小流量受到结构的限制，因此，从大流量做起，实验数据比较准确。4.由于Re在充分湍流区时，λ～Re的关系是直线，所以在大流量时测试点不要多；而在Re比较小时，λ～Re的关系是曲线，所以小流量时测试点要多。先将控制阀开至最大，读取流量显示仪读数F大，然后关至水银压差计差值约0.08时，再读取流量显示仪读数F小，在F小和F大二个读数之间布14～16个测试点。5.改变切换引压阀，可进行孔板流量计校核实验测定，方法同上。注意防止水银冲出。六、数据记录与处理序号转速直管阻力压差计局部阻力压差计左cm右cm左cm右cm12345……R直管R局部1.管子尺寸以及流量系数2.原始数据表管长l内径d流量系数序号流量L/S直管流速m/sRe×10-4摩擦系数λ局部流速m/s阻力系数ξ012345……3.直管阻力和局部阻力实验数据处理结果：七、注意事项1.调流量要慢、稳、准。2.利用压力传感器测大流量下ΔP时，应切断空气－水倒置U型管B1、B2两阀门否则影响测量数据。3.在实验过程中每调节一个流量之后待流量和直管压降的数据稳定以后方可记录数据。4.若较长时间不做验验，启动离心泵之前应先转动泵轴使之灵活运转，否则烧坏电机。八、报告内容1、将所得的实验数据组在双对数座标纸上绘制λ～Re曲线图形；2、实验结果讨论与分析。九、思考题1.在启动离心泵前，为什么要注水灌泵和关闭泵的出口阀门？2.在进行测试系统的排气工作时，是否应关闭系统的出口阀门？为什么？3.如何检验测试系统内的空气已经被排除干净？4.在U形压差计上设置“平衡阀”有何作用？在什么情况下它是开着的？又在什么情况下它应该是关闭的？5.U形压差计的零位应如何校正？6.为什么本实验数据必须在对数坐标纸上进行标绘？7.你在本实验中掌握了哪些测试流量、压强的方法。它们各有什么特点？十、设备主要参数