实验七  沿程阻力实验

一、实验目的

1.   掌握测定镀锌铁管管道沿程阻力系数的方法。

2.   在双对数坐标纸上绘制-的关系曲线。

3.   进一步理解沿程阻力系数随雷诺数的变化规律。

二、实验装置

本实验采用管流实验装置中的第1根管路，即实验装置中最细的管路。在测量较大压差时，采用两用式压差计中的汞-水压差计；压差较小时换用水-气压差计。

另外，还需要的测量工具有量水箱、量筒、秒表、温度计、水的粘温表等。

图7-1  管流综合实验装置流程图

F1—文氏流量计； F2—孔板流量计 ；F3—电磁流量计 ；

C—  量水箱  ；  V—阀门 ；   K—局部电阻实验管 ；

三、实验原理

本实验所用的管路水平放置且等直径，因此利用能量方程式可以推导出管路两点间的沿程水头损失计算公式为：

  式中     λ——沿程阻力系数；

           L——实验管段两端面之间的距离，m；

           D——实验管内径，m；

           g——重力加速度（g=9.8m/）；

           v——管内平均流速，m/s;

           ——沿程水头损失（由压差计测定），m。

由式可以得到沿程阻力系数λ的表达式：

沿程阻力系数λ在层流时只与雷诺数有关，在紊流时与雷诺数、管壁粗糙度都有关。

当实验管路粗糙度保持不变时，可以得到该管的λ-Re关系曲线。

四、实验要求

1． 有关常数                                 实验装置编号：No.   10    

管路直径：D =  1.58×10^-2  m；      水的温度：T =  18.0         ℃；

水的密度：=  998.62   kg/m³；动力粘度系数：=  1.0599×10^-3  Pas；

运动粘度系数：=  1.057×10^-6  m²/s；两测点之间的距离：L=    5    m

2．实验数据记录及处理见表7-1和表7-2。

表7-1  沿程阻力实验数据记录表

表7-2 沿程阻力实验数据处理表

以其中第4组数据写出计算实例。

流量 Q = ( h_u – h_d ) × 400 / t = (55.5-10) × 400 /92.90=195.91× 10^-6 m³ / t

 

断面平均流速 V=4 × Q / （π×D² ）=4 × 195.91×10^-6 / （3.14×1.58×10^-2×1.58×10^-2 ）= 0.9997 m / s 

△h^, = h₁^, - h₂^, =66.5-56.5 =10 × 10^-2 m

沿程阻力   = 12.6 ×△h^, = 12.6 ×10 × 10^-2 = 1.26 m 

沿程阻力系数λ = 2×g ×D / L ×   / v² = 2 × 9. 8 × 1.58×10^-2 / 5× 1.26/ 0.9997²= 0.0781

雷诺系数Re = D × V / γ= 1.58×10^-2 ×0.9997/1.057×10^-6=14941.8

3．在双对数坐标纸上绘制-的关系曲线。

五、实验步骤

1.   阀门V1完全打开。一般情况下V1是开着的，检查是否开到最大即可。

2.   打开阀门V10排气，排气完毕后将阀门关闭。

3.   打开实验管路左、右测点及压差计上方的球形阀，检查压差计左右液面是否齐平，若不齐平，需排气（为防止汞外泄，排气时应在老师指导下进行）。

4.   用打气筒将水-气压差计的液面打到中部，关闭压差计上，下方三个球形阀，将阀门V11完全打开。待水流稳定后，记录压差计读数，同时用体积法测流量（当压差为5cm-7cm汞柱时，打开压差计下方两个球形阀，由汞水压差计换用水气压差计来读压差）。

5.   逐次关小阀门V11，记录18组不同的压差及流量。

6.   用量筒从实验管路中接足量的水，放入温度计5min后读出水的温度，查《水的密度与粘度表》得到动力粘度μ。

7.   实验完毕后，依次关闭阀门V11及实验管路左，右两测点的球形阀，并打开两用压差计上部的球形阀。

六、注意事项

1．本实验要求从大流量开始做（注意一定要把阀门V11完全打开），然后逐渐调小流量，且在实验的过程中阀门V11不能逆转。

2．实验点分配要求尽量合理，在记录压差和流量是，数据要一一对应。

3．使用量筒，温度计等仪器设备时，一定要注意安全。

4．做完实验后，将量筒，温度计放回原位，将秒表交回。

七、问题分析

1．如将实验管安装成倾斜的，比压计中的读数差是不是沿程水头损失？

答：不是。因为    =（z1+P1/γ+v1²/2g）-（z2+P2/γ+v2²/2g），对于等直径管道v1=v2,所以   =（z1+P1/γ）-（z2+P2/γ），所以沿程水头损失等于测压管水头差，而压差计正是反映两断面的测压管水头差，如果管道水平，即z1=z2,则压差计读数差即为水头损失，若倾斜，z1不等于z2，压差计读数不是沿程水头损失。

2．随着管路使用年限的增加，-关系曲线会有什么样的变化？

答：随着管路使用年限增加，管路的粗糙度▽增大，λ随之增大，曲线上移。

3．当流量、实验管段长度相同时，为什么管径愈小，两断面的测压管液面差愈大？其间的变化规律如何？

答：因为v=Q/A，管直径D越小，截面A越小， 所以v变大， 随之变大。水头损失   随v变大。

八、心得体会

第二篇：管道沿程阻力系数测定实验的计算机处理

西北纺织工学院学报

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第8总<9卷第:期;<期=>???年@月B89C)"B:;B<<=A"’3#D)"

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F教学研究F

管道沿程阻力系数测定实验的计算机处理

殷清海

西北纺织工学院环工系C陕西西安;G8??9H=

摘要J通过程序设计C对管道沿程阻力系数测定的实验数据线性回归并绘制关系曲线B

关键词J沿程阻力系数K线性回归K程序设计

中图分类号J88文献标识码J8??8NG:?<;>???=?:N?:>GN?>1L:M文章编号J

管道沿程阻力系数测定是O流体力学P课程的一个重要的设计性实验C沿程阻力系数测

整理实验数据的工作量大B作实验时C难以保证实验数据的正确适用性C原因定实验测点多C

在于该实验中沿程摩擦阻力系数Q值的变化范围很小C而雷诺数R的变化范围很大B由于-

流量的调节度有限C会出现实测的雷诺数R主要集中在过渡区C而回归需要的数据是层流-

区和紊流光滑区C这在数据测量时常难以控制B另外C由于回归需要取对数线性化C手工绘制实验曲线时难度很大C也不准确C更不便于对实验报告的审阅B基于此C本文作者开发一应用程序对实验数据进行回归并绘制关系曲线C在实验室即可完成对实验数据的分析整理C便于指导实验并使实验效果得到提高C也为下一步实验数据的微机采集作了前期工作B8实验说明及计算公式

沿程阻力实验是在管壁相对粗糙度一定时C确定管道沿程阻力系数与雷诺数的关系B由达西公式;式=和雷诺数定义式;式=可知C只要测出实验管段间的沿程损失S流量及水;8=;>=

温C就可按表8的方案确定Q和R的对应数据关系B实验是在TN8型阻力实验装置上进-UV

行的C管长W为8管径X为<BHDCBG8DDB

>YC;8=Z[X>]

为沿程阻力系数C为管长;Y^8?_&=CQWD=CX为管径;D=C\为管内平Z为沿程损失;式中

而均速度;D‘.=B>a[9b‘;cX=C

I收稿日期J>???N?GN8G

作者简介J殷清海;男C河南省汝南县人C西北纺织工学院工程师B8@d9N=C

$2d西北纺织工学院学报第<0卷其中!为断面流量"#$%&’(

)*+,-.%/+0!%"1/.’

式中"2’3为运动粘性系数"#2%&’(

一般有下面的经验公式4层流区78紊流光滑区78526667+90%:;06667+)*)*)*

表<沿程阻力系数测定的参数计算公式6(2=6($<90%)*(

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>>>参数计算公式实测实测单$位&#%参数计算公式+<(2?$!%"@.’)*单位流量!沿程阻力损失AB雷诺数)*C<6DE#%&2=2沿程阻力系数88+<2(<6$.A%"F!’B流体运动粘滞系数3由水温确定

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应用程序中7分布上侧分位数和运动粘滞系数分别存入表_和_显著性^E‘R*_E‘R*K中7取a分别通过自由度和测定水温查询c"回归时7按雷诺数=b76(62=’和3"^’以进行计算(

的大小进行数据分类整理7按层流区G紊流光滑区和过渡区分别存入矩阵并进行线性回)*

归和回归分析(绘图区显示回归公式7依此可判断与理论及经验公式的吻合程度(

管道沿程阻力系数测定实验的计算机处理

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被引用次数：殷清海西北纺织工学院,环工系,陕西,西安,710048西北纺织工学院学报JOURNAL OF NORTHWEST INSTITUTE OF TEXTILE SCIENCE AND TECHNOLOGY2000，14(3)1次

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