实验一管路沿程阻力测定

一、  实验目的

1、          掌握流体流经管道时沿程阻力损失的测定方法。

2、          测定流体经过直管时的摩擦阻力，确定摩擦系数与Re的关系。

3、          测定流体流过管件时的局部阻力，并求出阻力系数。

4、          学会压差计和流量计的使用

二、实验原理

   流体在管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免的会引起压强损耗。这种损耗包括流体流经直管的沿程阻力以及流体流动方向的改变或因管子大小、形状的改变所引起的局部阻力。

1、          沿程阻力

流体在水平均匀管道中流动时，由截面1到截面2，阻力损失表现为压强降低：

湍流流动时，影响阻力损失的因素十分复杂。为减少工作量，扩大实验结果的应用范围，可以采用因次分析法将各个变量综合成准数关系式。

  影响阻力损失的因素有：

1）          流体性质：密度，粘度；

2）          管路的几何尺寸：管径d，管长l，管壁粗糙度；

3）          流动条件：流速u。

变量关系可以表示为：

组合成如下的无因次式：

                     

引入：

则上式变为：

上式中：称为直管摩擦系数，滞留时，；湍流时，与的关系受管壁粗糙度的影响，需由实验测得。

  根据伯努利方程可知，流体流过的沿程阻力损失，可直接得出所测得的液柱压差计度数R(m)算出：

其中：——压差计中指示剂的密度。本实验中以水银作为指示剂，另一种流体为水。

2.局部阻力

 局部阻力通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。

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，相当于流体流过与其具有相同管径的若干米长度的直管阻力损失，这直管长度称为当量长度，用符号表示。计算时，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，则流体在管路中流动时总阻力损失为：

                      

2）          阻力系数法

  流体经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表示：

式中：

——局部阻力系数，无因次；

u——在小截面管中流体的平均速度。

三、实验装置流程

1．本实验装置及设备主要参数：

     被测原件：镀锌水管，管长2.0m，管径（公称直径）0.021m；闸阀D=3/4.

1)     测量仪表：U形压差计（水银指示液）；流量计（仪表常数599.41）；

2)     循环水泵。

3)     循环水箱。

4)     DZ15-40型自动开关。

5)     数显温度表。

2.流 程：

1）水箱 2）控制阀 3）放空阀 4）U形压差计 5）平衡阀

6）放空阀 7）排液阀 8）数显温度表 9）泵 10）涡轮流量计

11）取压孔 12)U形压差计 13）闸阀 14）取压孔

四、实验操作步骤及注意事项

1.水箱冲水至80%

2.仪表调整（涡轮流量计）。

3.打开压差计上平衡阀，关闭放气阀。

4.启动循环水泵（首先检查泵轴是否转动，全开阀13，全关阀2，后启动）。

5.排气：（1）管路排气；（2）测压管排气；（3）关闭平衡阀，缓慢旋动压差计上放气阀排除压差计中的水泡，排气完毕。

6.读取压差计零位读数。

7.开启调节阀至最大，确定流量范围，确定试验点（8~10个），测定直管部分阻力和局部阻力（闸阀全开时）。

8.测定读数：改变管道中的流量读出一系列流量、压差或者。

9.实验装置恢复原状，打开压差计上的平衡阀，并清理实验场地。

五、实验数据记录

实验装置号：LW-15，被测管长：2m，被测管径：21mm，

被测管件：镀锌水管，仪表常数：599.41次/升，水温：26摄氏度.

六、实验数据处理

1、数据处理结果如下表，现以序号1为例写出计算过程。

=212/599.41/1000=3.53/s

u==1.02m/s  =996.7kg/ =0.8737mpas

Re===24576  

=3705.4pa 同理=1235pa

==0.0783

4）          =2.36

 

一定下，和Re的关系见上图。以=0.0845为例，

5.56J/Kg

2、          根据所得到的和Re的关系，验证博拉休斯公式。

答：博拉休斯公式：=。当Re=24576时，=0.0252；不成立。

3、          为什么测定数据前首先要赶尽设备和测压管中的空气？怎样赶走？

答：留有空气会引起U形管读数产生误差。先管路排气，再测压管排气，平衡阀排气时等无气泡了关上平衡阀。

在进行测试系统的排气工作时，是否要关闭系统的出口阀？为什么？

答：需要，这样才能通过U形压差计的的页面是否变化判断系统排气是否完全。

4、          U形压差计上装设平衡阀有何作用？什么时候开着？什么时候关闭？

答：平衡阀用来平衡压差计中两边的气压；实验技术后打开，排气和实验过程中关闭。

5、          为什么本实验数据需在双对数坐标纸上进行描绘？

答：应为变量和Re的最大值和最小值相差很大，采用双对数坐标可以是图形不失真，更好的反映出两者的关系。

第二篇：沿程阻力的实验报告

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λ-Re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。

F1——文丘利流量计； F2——  孔板流量计  ；F3——  电磁流量计  ；

C——     量水箱    ；  V——    阀门     ； K——局部阻力试验管路

图7-1  管流综合实验装置流程图

三、实验原理

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

                                     （1-7-1）

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=9.8 m/s²）；

     v——管内平均流速，m/s；

     h_f——沿程水头损失（由压差计测定），m 。

由式（1-7-1）可以得到沿程阻力系数λ的表达式：

                                        （1-7-2）

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.   4  

管路直径：D =m；水的温度：T =    20.0    ℃；

水的密度:=  998.23  kg/m³；动力粘度系数：= Pas；

运动粘度系数：= 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1-7-2 沿程阻力实验数据处理表

以其中一组数据写出计算实例。

以第一组数据为例：

流量

由，则管内平均流速为

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，检查是否开着最大即可。

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。须排气（为防止汞发生外泄，排气时应在教师的指导下进行）。

4.用打气筒将水-气压差计的液面打到中部，关闭压差计上、下方的三个球形阀，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5~7cm汞柱时，打开压差计下方的两个球形阀，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17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《水的密度和粘度表》得到动力系数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，并打开两用式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，在记录压差和流量时，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、温度计放回原处，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：将试验管安装成倾斜时，比压计中的读数差不是沿程水头损失。因为在测试点列伯努利方程可得：，由于管路是等直径的，则：，如果实验管是倾斜的位置水头z不同，所以测得的压差不是沿程水头损失。

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：随着管路使用年限的增加，内管壁的粗糙度也会增加，由于沿程阻力系数在层流时只与雷诺数有关，则-关系曲线在层流段变化不大；在紊流段由于管壁粗糙度的增加，沿程水头损失会相应的增加，由式（1-7-2）知沿程阻力系数进而会增大 ，所以紊流段-关系曲线会向上偏移。

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：由式（1-7-1）知,当流量、实验管段长度相同时，管径愈小，沿程水头损失会愈大，而沿程水头损失的大小和测压管液面差是相等的，所以两断面的测压管液面差会愈大，变化规律即如上式所示。

八、心得体会

    通过本次试验，我验证了课堂上的关于雷诺数与沿程阻力系数的关系，将理论和实践相结合，进一步明确了实验的基本原理。同时也体会到了两用液差计的巧妙和方便。

通过这次做实验，我更加明白了合作的重要性。我们四个人分工完成实验，相互配合，较快的完成了实验。加上老师的仔细讲解和正确指导，使得在实验过程中并没有出现不正当的操作。通过这次实验，我得的动手能力又有了很大的提高，这样以后的实验会更加顺利；在数据处理过程中，准确运用excel处理实验数据是很重要的，并且用excel处理数据时要学会有条理的规划布图区域。最后感谢老师的讲解和指导。