实验一 单相流动阻力测定
一、实验内容
1．测定给定管路内流体流动的直管摩擦系数λ及其与雷诺数Re之间的关系曲线； 2．测定给定管路内阀门的局部阻力系数ξ。 二、实验目的
1．掌握直管摩擦阻力、直管摩擦系数的测定方法及其项目意义，学会用量纲分析法规划实验； 2．掌握不同流量下摩擦系数与雷诺数之间的关系及其变化规律，学会用双对数坐标纸绘图； 3．学习U管压差计、压差传感器测量压差、流量计测量流量的方法； 4．学习局部阻力系数的测定方法。 三、实验原理
流体管路是由直管、阀门、管件<如三通、弯头、大小头等）等部件组成。实际流体具有粘性，流体在管路中流动时，因为流体本身的内摩擦和流动过程中产生的涡流，将导致一定的机械能损失，宏观上表现为流体流动过程中有阻力。流体在直管中流动时所受到的阻力称为直管阻力<或沿程阻力），它所产生的机械能损失称为直管阻力损失。流体流经各种阀门、管件等部件时，因流动方向或流动截面的突然改变导致的机械能损失称为局部阻力损失。 在化工过程设计中，流体流动阻力的测定或计算，对于确定流体输送所需推动力的大小，例如泵的功率、液位或压差，选择适当的输送条件都有不可或缺的作用。 1.直管摩擦系数λ与雷诺数关系Re的测定
流体在水平的均匀管道中作稳定流动时，被测管道两截面间的阻力损失hf表现为压强的降低，即：
<1-1）
影响阻力损失的因素很多，为减少实验工作量，降低实验实施难度，可采用量纲分析法来规划实验<量纲分析法参阅有关教材）。由量纲分析法可以导出阻力损失的统一表达式<范宁公式）： <1-2）
由式<1-1）和<1-2）：
<1-3）
而， <1-4） λ是Re和相对粗粗度ε/d的函数，可表示为：
<1-5）
对于给定的管路，λ～Re关系可以由实验测定。
2.局部阻力系数ξ的测定
局部阻力通常用当量长度或局部阻力系数法来表示。
<1）当量长度法：流体流过某管件或阀门时，因局部阻力造成的损失，相当于流体通过与其具有相同管径的若干M长度的直管阻力损失，这个直管长度称为当量长度。用符合
表示。这样就可以
用直管阻力的公式来计算局部阻力损失。而且，可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算。若管路系统中直管长度为,各局部阻力的当量长度之和为Σ时总的阻力损失Σhf为： <1-6）
<2）局部阻力系数法：流体通过某一管件或阀门的阻力损失用流体在管路中的动能系数来表示：
<1-7）
四、实验设计 1.方案设计
用自来水作实验介质，由实验原理知，当实验装置确定后，只要改变管路中流体的流速u<通过改变流量Q实现），测定相应的直管阻力压差△P1和局部阻力压差△P2，就能得到一系列的λ和ξ值以及相应的Re值。考虑到，λ随Re的变化趋势，要合理安排实验点，小流量宜适当多布点。 2. 数据测定及方法
本实验要测量和记录的数据有：流速u<或流量Q）、直管段压差和局部阻力段压差、流体温度<据此确定密度和粘度），还有直管管径和长度。 ? 流量由转子流量计测量；
? 压差由压差变送器和倒U管压差计测量； ? 温度温度计测定。 设计如下原始数据记录表 1>. 直管阻力测定 2>. 局部定
水温t = 直管长度= 直管内径=
△P1 u(m/s> 序号 Q (L/h）
(mmH2O> (Pa>
1
… 局部阻力阀门处管内径＝
,则流体在管路中流动
阻力测
Re
λ
3.实验流程图
本实管压差计。 序号 1 … Q (L/h）
△P近 (Pa>
△P远 (Pa>
△P2(Pa>
ξ
装置及验的主
要设备及仪表：离心泵、循环水箱、转子流量计、阀门、直管和管件、压差变送器、温度计、倒U
流程示意图：
K1K5K2转子流量计差压变送器K3K4K9K11K6K7K8K13倒U管压差计K10K12水箱离心泵图1-1 阻力测定实验装置流程示意图
五、实验步骤
1．检查储槽内是否有水，如果没有或水量不足，应先向水槽内注水；
2．接通电源，预热10分钟后调整好直流数字表的零点，关闭K3、K4，启动离心泵。 3．直管阻力测定
<1）管路及导压管排气：关闭阀门K1、K9、K10；打开阀门K2、K11、K12；开启流量调节阀门K3 ? 测取数据时应从小流量到大流量<或从大流量到小流量）顺序测取； ? 在小流量时用倒U管压差计测取直管间压差，超过倒U管量程时才可用压差变送器测压，改用压差变送器测压时一定要关闭K11、K12； ? 每次调整流量后，都应待流量和压降数据稳定后方可记录数据； ? 本实验要求记录20组以上有效数据，注意在小流量时宜多布点。 4．局部阻力测定 <1）管路及导压管排气：关闭阀门K2、K3、K4、K11、K12；打开阀门K1、K5、K6、K7、K8、K9、K10；适当开启K3 可通过下式算出： 。 5．关闭所有阀门，关闭离心泵，切断总电源，实验结束，整理实验台。 六、数据处理及结果分析与讨论 1．将实验数据和整理结果列在数据表格中，并以其中一组数据为例写出计算过程；