流体流动阻力测定实验..

1
L



d
3
ML
2
1
T
1
L LT
1

Re
1
l l 2 L d
4
L T
2
hf

hf u2
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： h f
u
2
du l f( , , ) d d
1.
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
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。
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：
------（2）
若实验设备已定，那么上式（2） 可写为：
du l u2 hf f ( , ) d d 2
------（3）
再若实验设备是水平直管，上式 （３）又可写为：
P du l u 2 f( , ) d d 2
------（4）
令
f(
du , ) d
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？
l u2 d 2
所以：
P
------（5）
式中 P R( 水银 水 )g
流体流过管件所引起的压力损失为：
u hf 0 2
P
2
------（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。
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。
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.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。
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：
h f f (d , u, , , l, )
------(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。
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
1.管子尺寸以及流量系数
l管长
2.原始数据表
序号 1 2 3 4 5
d内径
流量系数
转速
直管阻力压差计 局部阻力压差计 左cm 右cm R 直管 左cm 右cm R 局部
……
3.直管阻力和局部阻力实验数据处理结果：
十、设备主要参数
wk.baidu.com
序号 1 流量 L/S 直管流速 摩擦系数 局部流速 阻力系数 Re×10-4 m/s λ m/s ξ0
2
3 4
5
……
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。