并联管路特性及流量分配实验(总)

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流体力学综合实验装置管道流量分配规律设计性实验实验指导书撰写人：姜少华化工原理实验室五邑大学化学与环境工程系2007-9-5管道流量分配规律设计性实验一、实验目的1．掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法. 2．设计实验以得到管道流量的分配规律。

3．学会通过压降反算流量的方法.二、基本原理流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能。

流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。

流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失. 1．直管阻力摩擦系数λ的测定流体在水平等径直管中稳定流动时,阻力损失为： 2221u d l p p p h ff λρρ=-=∆=(1）即， 22lu p d fρλ∆= （2）式中： λ —直管阻力摩擦系数，无因次；d —直管内径，m;f p ∆-流体流经l 米直管的压力降，Pa;f h —单位质量流体流经l 米直管的机械能损失，J/kg;ρ -流体密度，kg/m 3；l -直管长度，m;u —流体在管内流动的平均流速，m/s 。

滞流（层流）时，Re 64=λ （3) μρdu =Re （4）式中：Re —雷诺准数，无因次;μ —流体粘度，kg/（m·s ）.湍流时λ是雷诺准数Re 和相对粗糙度（ε/d ）的函数，须由实验确定。

由式（2)可知,欲测定λ,需确定l 、d ，测定f p ∆、u 、ρ、μ等参数。

l 、d 为装置参数(装置参数表格中给出）, ρ、μ通过测定流体温度,再查有关手册而得， u 通过测定流体流量，再由管径计算得到.例如本装置采用涡轮流量计测流量,V ，m 3/h 。

2900d Vu π=(5）f p ∆可用U 型管、倒置U 型管、测压直管等液柱压差计测定，或采用差压变送器和二次仪表显示。

（1)当采用倒置U 型管液柱压差计时gR p f ρ∆= （6) 式中:R －水柱高度，m.（2)当采用U 型管液柱压差计时()gR p f ρρ∆-=0 （7）式中：R －液柱高度，m ；0ρ－指示液密度,kg/m 3。

简述并联管路的流量分配规律在连接方式不同的并联管路中，流量的分配规律是各不相同的。

下面就举几个例子来加以说明：最简单的是均匀分配，其次是首末端不等的分配，然后是固定比例分配，最后是固定流速分配。

在说明公式之前，先介绍一个概念，叫做“总阻力系数”。

它指的是并联管路中各管道阻力的总和。

它可以用下式表示：φ＝×η×Φ×δφ＝式中，α，δ分别是各管道的特性阻力系数；φ＝总阻力系数；η是并联管路特性曲线的斜率；Φ为流体流速，即压强差与流速的乘积，由此可见：流速越大，通过的流量越多；流速越小，通过的流量越少。

当然流速也不能太低，否则会产生气穴现象，使流动恶化。

这时，压强差反而减小了。

那么为什么按照“管路的阻力越小，流量越多”这种看法，水利工程中要选择大管径、粗管材呢？如果我们只考虑理论上有关流量与阻力的问题，认为总阻力系数越大越好，这样就容易解决了。

但在实际中，流体的流动往往受到诸如温度、密度、粘滞度、湍流程度、蒸汽压力等物理因素的影响，致使实际流速难于达到理论值，即使这样，也不可能用理论流量的简单乘积去直接代替实际流量，而应该根据实际测量的流量进行计算。

计算公式为：流量Q＝W1+W2，式中， W1，W2分别为实际流量和理论流量，与管径无关。

1、串联管路计算公式：Φ＝W1×W2=W1×I1×W2+W1×I2×W2=W1×(I1×W1+I2×W2)2、并联管路流量分配方法：分析并联管路的特点：①各并联支路阻力相等，但阻力的大小随着各支路流速的不同而不同，具有一定的伸缩性；②各支路的阻力系数不相等，但可以采用同一个阻力系数；③总阻力系数相等，都等于特性阻力系数。

2、并联管路流量分配方法：设备改造中常用：①按分管长度计算各并联支路的阻力系数的总和，求出各支路的总阻力系数；②按比例分配各并联支路的阻力系数，使各支路阻力系数的比例与其流速的比例相等；③按比例分配各支路的流量，使各支路的流量比例与其流速的比例相等。

管路串并联实验报告流体力学实验目的：1.通过实验，了解和掌握管路串并联的基本原理和流体力学的相关概念；2.通过实验，掌握串并联管路的流量计算方法；3.通过实验，验证管路串并联对流量和压力的影响。

实验原理：1.管路串联实验原理：当两个管路串联时，流入和流出的质量流量相等，即m1=m2；由连续性方程可得，A1v1=A2v2，其中A为横截面积，v为流速；令Q1=A1v1为第一个管路的流量，Q2=A2v2为第二个管路的流量，则Q1=Q22.管路并联实验原理：当两个管路并联时，流入和流出的压力相等，即p1=p2；由伯努利定律可得，p1 + 0.5ρv1^2 + ρgh1 = p2 + 0.5ρv2^2 +ρgh2，其中ρ为流体密度，g为重力加速度，h为管道高度差；令Δp1=p1-p2为流体流过第一个管路时的压力损失，Δp2=p2-p3为流体流过第二个管路时的压力损失，则Δp1=Δp2实验设备：1.串联管路实验装置：包括输液瓶、流量计、球阀、直径不同的管道；2.并联管路实验装置：包括输液瓶、压力计、球阀、直径不同的管道。

实验步骤：1.串联管路实验：a)打开球阀，使开度最大，待流量计稳定后记录流量Q1和压力p1；b)关闭球阀，改变流量计跨度，使流量变为Q2，打开球阀，待流量计稳定后记录流量Q2和压力p2；c)比较Q1和Q2的大小，并记录相应的压力差。

2.并联管路实验：a)打开球阀，调整压力计，使压力差为Δp1，待压力计稳定后记录流量Q1；b)改变压力计跨度，使压力差变为Δp2，待压力计稳定后记录流量Q2；c)比较Q1和Q2的大小。

数据处理：1.串联管路实验：a)计算不同流量下的压力差Δp=p1-p2；b)绘制流量-压力差曲线，并进行线性拟合，得到斜率k1；c)使用Q1=Q2，计算出k2=Δp1/Δp2；d)比较k1和k2的大小，验证串联管路对流量和压力的影响。

2.并联管路实验：a)计算不同压力差下的流量比值Q2/Q1；b)使用Δp1=Δp2，计算出Q2/Q1的理论值；c)比较计算结果与实测值的误差，验证并联管路对流量和压力的影响。

热网水力工况实验报告热网水力工况实验报告实验一热网水力工况实验一、实验目的1．了解不同水力工况下热网水压图的变化情况，巩固热水网路水力工况计算的基本原理。

2．能够绘制各种不同工况下的水压图。

3．了解和掌握热网水力工况分析方法，验证热网水压图和水力工况的理论。

二、实验原理在室外热水网路中，水的流动状态大多处于阻力平方区。

流体的压力降与流量、阻抗的关系如下：流体压降与流量的关系?P?SV2 ?H?SHV2并联管路流量分配关系V1:V2:V3?水力失调度X?V变V正常1s1?P变:1s2?:1s3?H变?H正常P正常式中?P——管网计算管段的压力降，Pa；H——管网计算管段的水头损失，mH2O；3V——网路计算管段的水流量m/h；S——管路计算管段的阻力数，Pa/(m3/h)2；SH——管路计算管段的阻力数，mH2O/(m3/h)2；V变—工况变化后各用户的流量m3/h；V正常—正常工况下各用户的流量m3/h；?P变?H变，—工况变化后各用户资用压力；?P正常?H正常，—正常工况下各用户的资用压力；三、实验设备及实验装置1、测压玻璃管2、阀门3、管网（以细水管代替暖气片）4、锅炉（模型）5、循环水泵6、补给水箱7、稳压罐8、膨胀水箱9、转子流量计图1 热网水力工况实验台示意图四、实验步骤1．运行初调节先打开系统中的手动放气阀，然后启动水泵。

待系统充满水，膨胀水箱水位到达所需的定压高度后，关闭阀门L，保持水箱水位稳定。

调节供水干管和各支管（代表用户）的阀门，使各节点之间有适当的压差，待系统稳定后记录各点的压力和流量，并依此绘制正常工况水压图。

2．节流总阀门缓慢关小供干管上的总阀门A，待系统稳定后，记录新工况下各点的压力和水流量，绘制新水压图，并与正常水压图进行比较。

3．节流供水干管中途阀门将总阀A恢复原状，使水压图变回正常工况，不一定强求与原来的正常水压图完全吻合，待系统稳定后，记录下各点的压力和水流量。

实验四 并联管路特性及流量分配实验实验类型: 综合性实验 学 时：2适用对象：热能与动力工程专业、建筑环境与设备工程专业一、实验目的1、了解并联管路特性及并联管路中阀门开度变化时的流量分配情况；2、掌握并联管路特性曲线（h w -q V 或∆p w -q V ）的绘制方法，明确各支路存在流量偏差的原因。

二、实验要求1、在并联管路中，当各支路流量控制球阀处于全开时，绘制各支路的管路特性曲线和并联管路特性曲线；计算采用不同方法测量总流量的相对误差，分析各支路存在流量偏差的原因。

2、将任意三条支路上的流量控制球阀完全关闭，绘制其余两支路流量控制球阀处于两种不同开度时各支路的管路特性曲线和两支路并联管路特性曲线，分析管路特性曲线在流量控制球阀处于不同阀门开度时的变化趋势及其原因；3、比较不同支路的阻力特性曲线，并分析存在差别的原因。

三、实验原理1、并联管路特点（1）并联管路的流动损失特性：并联管路中各支路的流动损失相等，即h w = h w i （m ） （4-1）（2）并联管路的流量特性：并联管路的总流量等于各支路的流量之和，即1NV V i i q q ==∑ （m 3/s ） （4-2）而对于每一支路，其能量损失可按串联管路计算，故22w 11()2NMj i i jk i Vij k jl h k q d gυλζ===+=∑∑ (m) （4-3a ） 或者以压强损失表示为，'2w i wi i Vi p gh k q ρ∆== (Pa) （4-3b ）以上公式即为并联管路的水力计算式，利用这些公式，即可解决并联管路中流量分配，水头计算以及管径选择等问题。

2、参数测量在本实验中，并联管路的总流量V q 采用三角堰流量计测量，按下式计算521.4tg2V q H θ=∆ （m 3/s ） （4-4）式中 q V ——并联管路的总流量，m 3/s ；∆H ——三角堰堰顶淹深，m ；θ ——三角堰堰顶夹角，本实验设备中，θ=90︒。

管路串并联实验说明一、实验目的：1.验证串并联管路的水头损失和并联管路流量分配的规律。

2.学习掌握复杂管路系统水力实验的调试和操作技能。

3.学习掌握应用节流式流量计（电远传浮子流量计、孔板）量测流量的技能。

二、实验装置管路系统由干管(Ⅰ)(测点1-2间)和并联支管（Ⅱ）、（Ⅲ）、（Ⅳ）（测点2-5间）组成。

关闭支管（Ⅲ）、（Ⅳ）前后阀门，由（Ⅰ）、（Ⅱ）构成串联实验管路；关闭支管（Ⅳ）前后阀门，由（Ⅱ）、（Ⅲ）构成并联实验管路。

或者关闭支管（Ⅱ）、（Ⅲ），由（Ⅰ）、（Ⅳ）构成串联实验管路；关闭支管（Ⅱ），由（Ⅳ）、（Ⅲ）构成并联实验管路。

三、实验原理简单管路的水头损失f w hh h +==(λdL +∑ξ)gv22=(λdL +∑ξ)428dg πQ 2=SQ 2阻抗S=(λdL +∑ξ)428dg π 其中各项阻力系数可自行率定，或由有关手册查得。

串联管路 2iiw QS h ∑=并联管路 233222Q S Q S = 支管（Ⅱ）、（Ⅲ）并联有关数据：1L =75cm,1d =2.6cm ,阻抗估值1S =0.00002952/cm S 2L =140cm,2d =1.4cm , 2S =0.0007952/cm S 3L =100cm,3d =2.6cm , 3S =0.0005352/cm S 4L =140cm,,4d =1.9cm , 4S =0.00038552/cm S孔板 ：3Q =μk h ∆=39.975h ∆ s cm /3μ=0.659 K=60.66s cm /3四、实验内容1.串联管路：干、支管（Ⅰ）、（Ⅱ）串联2. 并联管路五、实验步骤及注意事项（一）干、支管（Ⅰ）、（Ⅱ）串联实验：1.检查管路系统通水前，测压管水面保持齐平。

2.关闭进水阀门1，及支管（Ⅲ）、（Ⅳ）前后阀门，打开支管（Ⅱ）前后阀门及出水阀门.3.启动水泵，逐步打开进水阀门1，调节进出水阀门的开度，使各测点的测压管高度在易于测读的范围内。

串并联管路试验说明
一、试验目的
1. 验证并联管路的流量分配规律。

2. 学习并掌握用孔板式流量计测量流量。

二、试验原理
1. 孔板流量计的原理
流体流过孔板时，孔板前后产生压差，其差值随流量而变，两者之间有确定的关系。

因此可通过测量来测定流
2. 并联管路的计算原理
设分流前流量为v q ，合流后流量为0v q ，各管路内流量为1v q ，则并联管路有如下规律：
120........v v v vi v q q q q q =+++=
123........vi i f f f i q L h h h K ====
其中f i h 为第i 条管路上的能量损失。

i K 称为第i 条管路的流量模数。

i K =
四、试验步骤
1. 准备工作
（1）记录仪器常数D 、μ、e 、d 。

（2）检查当0v q =时测压管液面是否水平，若不在同一水平面上，必须将橡皮管内空气排尽，使测压管液面处于水平状态，才能进行以后的试验。

（3）全部开启出口阀门与各管路阀门，微开入口阀门1。

（4）将测压计排气阀关闭。

2. 进行试验
（1）打开电机，将进水阀们逐渐开启至最大流量，使3，4测压管高度差达到最大值，作为第一个试验点，测读出并记录测压计内液面的读数。

（2）逐渐关小进水阀门，读出10个测压点的高度，共测三次。

（3）关闭电机，检查测出液面是否在同一水平面上，从而检查试验过程中橡皮管内是否有气泡。

3. 注意事项
（1）试验过程中如测压管液面波动不稳，应对各测压管液面同时进行测度。

（2）每次调节流量应缓慢，调节后应稳定一段时间后再进行测读。

实验三 并联平行管冷态流量偏差实验一、实验目的通过实验显示，具体认识并联平行管（Z 形、U 形与多管连接），流动时的静压差分布规律有其对平行管流量偏差的影响。

二、实验原理并联管的分配联箱和汇集联箱内流体的静压分布遵守能量守恒原理。

图5-12示出了分配联箱的汇集联箱静压分布的一般规律。

对分配联箱来说，进口处流速W 最大，以后流速逐渐下降，动压转化成静压，自进口至出口沿联箱长度静压逐渐上升；此时，由于沿联箱流动方向存在阻力损失，使静压有所下降。

对于汇集联箱来说，流动阻力将使静压升高。

并联管进出口联箱有Z 形和U 形两种典型连接方式，如图5-13所示，每根管子的静压差由其进出口联箱静压分布所决定。

并联管第i 根管子的流量q m·i 可表示为（5-3）式中：A i ——第i 根管子的流通断面积，m 2； Σζ——第i 根管子局部阻力系数总和； λ——沿程摩擦阻力系数；d ——管子内径，m ； l ——管子长度，m ；△pi ——第i 根管子进出口压力差，Pa ； ρ——流体密度，kg/m 3 如果每根管子的结构和流体密度都相同，则q m·i 只决定于△pi 。

因此，根据流量偏差的概念，第i 根管的流量偏差系数ηi可表示为（5-4）skg p l dA q iiii m /)(2∆+∑=⋅λξρPanpp p p q q ni ipf pff mpfmf i ∑=∆=∆∆∆==1η式中△P pi——并承管进出口平均压差（5-5）其中n——并联管总根数。

三、实验设备并联管单相冷态流量偏差试验台系统如图5-14所示。

它由并联管、联箱、连接管、静压测量管等组成。

并承管的内径为7mm，长1.61m，共11根。

分配、汇集联箱的内私营0mm，长0.78m。

在分配、汇集联箱上各均匀布置六个静压测点，通过信号管与水柱测量玻璃管连接。

在水柱测量玻璃管水准面上方充压缩空气，用以缩短水柱高度。

分配联箱与汇集联箱水柱测量玻璃管的压缩空气侧分捌接至U形管差压计两端，以测量相互间的压力差。

并联管路流量分配的数值仿真研究刘波;吴竞【摘要】通过建立典型的并联管路的物理模型,采用Fluent软件对并联管路的流量分布进行了数值仿真分析,研究了雷诺数和孔径比对支路管路流量分配的影响.结果表明,主管路雷诺数越小,支路管路的流量分配更均匀;孔径比越大,支路管路的流量分配更均匀.【期刊名称】《雷达与对抗》【年(卷),期】2018(038)004【总页数】4页(P38-41)【关键词】并联管路;流量分配;雷诺数;孔径比;数值仿真【作者】刘波;吴竞【作者单位】中国船舶重工集团公司第七二四研究所,南京 211153;中国船舶重工集团公司第七二四研究所,南京 211153【正文语种】中文【中图分类】TN957.80 引言并联管路是雷达液冷系统中常用的分流系统。

支路管道流量通常按均布设计，但由于分流点距离入口远近不同和局部流阻的变化，会使各支管流量不同。

若支管流量均匀性差，则与其连接的发热组件的散热性能就不同，均温性差。

并联管路的流量分配是管路流道设计的难点和关键点[1]。

所以，研究并联管组的流量分配具有重要的意义。

并联管组的研究早期用能量衡算法，但由于分流和汇流的影响，按流线建立机械能守恒的伯努利方程偏差较大，因此动量守恒理论成为主要的研究方法[2]。

随着计算机技术的发展，离散模型和数值模拟的使用也逐渐增多。

陈之航、赵再三[3]和赵镇南[4]建立了基于动量方程的压力与流量分布的数学模型。

林友新和赵晴川、马东森由动量守恒方程建立了U型和Z型布置的流量分配离散化计算模型。

Tong J C K建立了Z型布置的二维模型，说明增大集管直径、沿流向逐渐缩小分配集管直径和减小支管直径都有助于改善流量分配均匀性。

何嘉用三维数值模型研究了Z 型并联管组，得知进、出口压差对流量分配的影响较小，沿流向减小集管直径可使流量分配更均匀[5]。

本文采用数值模拟的方法，研究了并联管路中不同雷诺数和管路孔径比(主管路与支路管径之比)管路流量分配特点以及对管路流量的影响。