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文本内容:
实验名称液体流动阻力的测定实验
一、实验目的
①掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法
②测定直管摩擦阻力系数4及突然扩大管和阀门的局部阻力系数4
③验证湍流区摩擦阻力系数4为雷诺数Re和相对粗糙度的函数
④将所得光滑管的%-Re方程和Blasius方程相比较
二、实验器材流体流动阻力实验装置
三、实验原理
1、直管摩擦阻力不可压缩流体如水,在圆形直管中做稳定流动时,由于粘性和涡流的作用产生摩擦阻力;流体在流过突然扩大、弯头等官件时,由于流体运动的速度和方向突然变化,产生局部阻力影响流体阻力的因素较多,在工程上通过采用量纲分析方法简化实验,得到在一定条件下具有普遍意义的结果,其方法如下流体流动阻力与流体的性质,流体流经处的几何尺寸以及流动状态有关,可表示为引入下列无量纲数群£相对粗糙度d1管子长径比d雷诺数Re=@4从而得到△P=*duppu2〃A£令;l=DRe,—dAn1吊/c£、—二
①Re,—w2p aa~2可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系,定这种关系可用实验方法直接测u2式中h——直管阻力,J/kg;fI——被测管长,m;d——被测管内径,m;u-------平均流速,m/s;2——摩擦阻力系数当流体在一管径外d的圆形管中流动时,选取两个截面,用U形压差计测出这两个截面的静压强差,即为流体流过两截面的流动阻力根据伯努利方程找出静压强差和摩擦阻力系数的关系式,即可求出摩擦阻力系数改变流速可测不同Re下的摩擦阻力系数,这样就可得出某一相对粗糙度下管子的2-Re关系1湍流区的摩擦阻力系数在湍流区内Re对于光滑管,大量实验证明,当Re在3x103〜15范围内,%与Re的关系Blasius关系,即2=
0.3163/Re025对于粗糙管,2与Re的关系均以图来表示2层流的摩擦阻力系数Re
2.局部阻力2h=l—ss2式中,自为局部阻力系数,其中流体流过的管件的几何形状及流体的Re有关,当Re大到一定值后,4和Re无关,成为定值
四、实验装置图管道流体阻力测定实验——实验装置示意图及流程-
1、—白铁管;—不锈钢管;—白铁管;1234孔板流量计;—文丘里流量计;涡轮流量计;5—67—以水为工作流体,经高位槽(或实验自备水箱)由泵循环供水,流体经2#管路作测定光滑直管摩擦系数九与雷诺数Re的关系;流体流经3#管路作粗糙直管的摩擦系数入与雷诺数Re的关系,流体流经4#管路作测定闸阀(全开时)的当量长度Le,流体流经直管及闸阀时所产生阻力损失用U型压差计测量,流量由数字式流量积算仪显示
五、实验内容及步骤
①启动离心泵,打开被测管线上的开关阀及面板上与其相应的切换阀,关闭其他的开关阀和切换阀,保证测压一一对应
②系统要排净气体连续流动设备和测压管线中的气体都要排净,检验是否排净的方法是当流量为零时,观察U形压差计中两液面是否水平3读取数据时,应注意稳定后在读数测定直管摩擦阻力时,流量由大到校,充分利用面板量程测取10组数据,然后再由小到大测取几组数据,以检查数据的重复性测定突然扩大管、球阀和截止阀的局部阻力时,,各测取3组数据层流的流量用量筒与秒表测取4测完一根管的数据后,应将流量调节阀关闭,观察压差计的两液面是否水平,水平时才能更换另一条管路,否则全部数数据无效同时要了解各种阀门的特点,学会使用阀门,注意阀门的切换,同时要关严,防止内漏
六、实验数据及处理原始数据记录
1.光滑管粗糙管
①=27x2715mm
①=27x
2.75mm压降/kPa水流量/苏.广压降/kPa水流量/加.『
8.
064.
018.
4547.
243.
717.
283.
76.
453.
46.
323.
415.
53.
095.
33.
114.
322.
784.
42.
83.
862.
513.
542.
493.
042.
22.
862.
22.
461.
912.
281.
91.
91.
611.
681.
61.
361.
291.
231.3表・1光滑管及粗糙管数据表球阀扩大管截止管
①=22x3mm
①=27x3mm
①=27x3mm压降/kPa水流量/机3・压降/kPa水流量/机.拉-压降/kPa水流量/加.h~X
13.
732.
996.
661.
42.
023.
031.
762.
024.
31.
111.
182.
130.
561.
012.
460.
820.
571.27表・2扩大管、截止管、球阀数据表人与关系图的绘制
2.Re以表-1第一组光滑管数据为例Re、晨自数据进行求解:将第一组数据带入公式Re=也得4dup4x
997.2x
4.01「=
74850.75JKc--4_2dbp=pu2〃
3.14x
0.021x
900.2xlO-6x3600将第一组数据带入上式得:
3.14x36002XO.0215X
8.06X1000=
0.0219由…争叫费=44联立得八六将表-2球阀第一组数据带入得:2A/7_
0.
02193.
14360020.
0242.021000X X XXX「而一2根据以上计算过程计算出其他的数值,结果列表如下:水流量m3/h压降kpa Re卜
4.
018.
0674850.
750.
02193.
717.
2469250.
950.
02293.
46.
4563464.
480.
02433.
095.
557678.
010.
02512.
784.
3251891.
550.0244光滑管
2.
513.
8646851.
720.
02672.
23.
0441065.
250.
02741.
912.
4635652.
100.
02941.
611.
930052.
300.
03201.
291.
3624079.
170.
035648.
4574664.
090.
02303.
77.
2869064.
290.
02323.
416.
3263651.
140.
02373.
115.
358051.
330.
02392.
84.
452264.
870.0245粗糙管
2.
493.
5446478.
400.
02492.
22.
8641065.
250.
02581.
92.
2835465.
440.
02751.
61.
6829865.
640.
02861.
31.
2324265.
830.0317水流量m3/h压降kpa Re平均自
3.
032.
0259385.
950.5639球阀
2.
131.
1841746.
560.
66660.
71201.
270.
5724891.
140.
90571.
46.
6626132.
4312.7497截止阀
1.
114.
320719.
2913.
095013.
19070.
822.
4615306.
1413.
72752.
993.
7327905.
7120.7948突然扩大管
2.
021.
7618852.6821,
498123.
21801.
010.
569426.
3427.3612表・3光滑管、粗糙管、扩大管、截止管、球阀数据处理表
七、实验结论及误差分析实验结论
1.
①绘制出湍流时丸-Re关系曲线;
②计算出局部阻力系数g;误差分析
2.
①给离心泵灌水排气时间不是很充足2对倒U型压差计进行排气和调零时,压差计两端在带压且零流量口寸的液位高度并不是完全相等3每次改变流量后,流动并未彻底达到稳定,记下了流量和压差读数
④测量仪器自身带来的误差
八、思考题4在测量前为什么要将设备的空气排净?怎样才能迅速地排净?答测量前将设备的空气排净是为了让流体能够连续流动,要将空气迅速地排净的方法就是将鼓风机的频率调最大5在不同设备(包括相对粗糙度相同而管径不同)、不同温度下测定的2-Re数据能否关联在一条曲线上?答相对粗糙度相同时能关联在一条曲线上,否则不能
④测出的直管摩擦阻力与设备的放置状态有关吗?为什么?(管径、管长相同,且/==)答无关
⑤如果要增加雷诺数的范围,可采取哪些措施?答由Re=42可知,要增加雷诺数的范围可以增大管径和流体流速。