主页 > 技术文章 > 流体流动阻力的测定实验装置使用说明书 2024-09-01

流体流动阻力的测定实验装置使用说明书

一、概述
本实验装置可以测定对比：DN20粗糙直管、光滑管和阀门等阻力系数。在实际生产中，许多过程都涉及到流体流动的内部细节，尤其是流体的流动阻力。流体在流动过程中为克服流动阻力必定要消耗能量。流体流动阻力产生根本的原因是流体具有粘性，流动时存在着内磨擦，而固定的管壁或其它形状固体壁面，促使流动流体的内部发生相对运动，为流体流动阻力的产生提供了条件，因此液体阻力的大小与流体的物性、流动状况及壁面等因素有关。流体在流动系统中作定态流动时，流体在各截面上的流速、密度、压强等物理参数仅随位置而改变而不随时间而变。
二、设备性能及主要技术参数
1.该实验装置主要由：离心泵、蓄水箱、沿程阻力光滑管、沿程阻力粗糙管、局部阻力管、U型压差计、涡轮流量计、流量显示仪阀门、实验台架及电控箱等组成。
2.光滑直管段：管径DN-20mm、管长L=1.7m、测压段L=1.3m，材质：不锈钢管。
3.粗糙直管段：管径DN-18mm、管长L=1.7m、测压段L=0.5m，材质：镀锌铁管。
4.局部阻力直管段:管径DN-20mm；管长L=1.7m、测压段L=1.3m，材质：不锈钢管。
5.涡轮流量计：量程（0.8～8m³／h),精度0.5。
6.水泵参数:流量:5m³／h，扬程:20m，电机功率:750W。
7.蓄水箱为不锈钢材质，容积约80L。
三、实验目的
1.掌握流体流经直管和阀门时的阻力损失和测定方法，通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。
2.测定直管摩擦系数λ与雷诺数Re的关系。
3.测定流体流经闸阀时的局部阻力系数x。
四、实验原理
1.直管阻力与局部阻力实验：
流体阻力产生的根源是流体具有粘性，流动时存在内摩擦。而壁的形状则促使流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供了条件，流动阻力的大小与流体本身的物理性质、流动状况及壁面的形状等因素有关。流动阻力可分为直管阻力和局部阻力。
流体在流动过程中要消耗能量以克服流动阻力。因此，流动阻力的测定颇为重要。从流程图可知水从贮槽由泵输出，经流量计计量后，再流经管道后回到水槽，循环利用。改变流量并测定直管与管件的相应压差，即可测得流体流动阻力。
2.直管阻力磨擦系数λ的测定
直管阻力是流体流经直管时，由于流体的内摩擦而产生的阻力损失h_f。
对于等直径水平直管段根据两测压点间的柏努利方程有：

式中：l—直管长度（m）
d—管内径（m）
ΔP—流体流经直管的压强降（Pa）
u—流体截面平均流速（m/s）
ρ—流体密度（kg/m³）
由式（1-1）可知，欲测定λ，需知道I、d、（P₁-P₂）、u、ρ等。
1）若测得流体温度，则可查得流体的ρ值。
2）若测得流量，则由管径可计算流速u。
两测压点间的压降ΔP，可由仪表直接读数。
3.局部阻力系数ζ的测定
局部阻力主要是由于流体流经管路中管件、阀门局部位置时所引起的阻力损失，在局部阻力件左右两侧的测压点间列柏努利方程有：

（1-4）
即：

式中：ζ—局部阻力系数
ΔP—局部阻力压强降（Pa）
式（1—4）中ρ、u、ΔP等的测定同直管阻力测定方法。

五、实验流程图

1.实验流程
实验对象部分是由贮水箱，离心泵，不同管径、材质的水管，各种阀门、管件，涡轮流量计和U型压差计等所组成的。管路部分有三段并联的长直管，分别为用于测定局部阻力系数，光滑管直管阻力系数和粗糙管直管阻力系数。测定局部阻力部分使用不锈钢管，其上装有待测管件(闸阀)；光滑管直管阻力的测定同样使用内壁光滑的不锈钢管，而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较粗糙的镀锌管。
水的流量使用涡轮流量计测量，管路和管件的阻力采用压差传感器测量。
2.装置参数

名称	材质	管内径（mm）		测量段长度（cm）
名称	材质	管路号	管内径	测量段长度（cm）
局部阻力	闸阀	1	20.0	50
光滑管	不锈钢管	2	20.0	130
粗糙管	镀锌铁管	3	18.0	130

六、实验步骤
1.泵启动：首先对水箱进行灌水，然后关闭出口阀，打开总电源开关，打开仪表电源开关，按下启动按钮启动离心泵。
2.实验管路选择：选择实验管路，把对应的进口阀打开，并在出口阀最大开度下，保持全流量流动5－10min。
3.排气：将实验管路和测压管中的空气排尽。再进行阻力测定实验。
4.流量调节：开启管路出口阀，调节流量，让流量从2到5m3/h范围内变化，建议每次实验变化0.5m3/h左右。每次改变流量，待流动达到稳定后，记下对应的压差值。然后用同样方法做其他管路实验。
5.计算：装置确定时，根据

和u的实验测定值，可计算λ和ξ，在等温条件下，雷诺数Re=duρ/μ=Au，其中A为常数，因此只要调节管路流量，即可得到一系列λ～Re的实验点，从而绘出λ～Re曲线。
6.实验结束：关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，将装置中的水排放干净。
七、注意事项
1.在启动离心泵前，要确保电源的正确，确保不缺相，离心泵缺相不会运转，且会烧毁离心泵。
2.在启动离心泵前，要确保离心泵转向的正确，否则长时间反向运转会损坏离心泵。
3.在做流体阻力实验时，要排尽管路里的气泡。
4.在开、关各阀门时，须缓开慢关。
八、实验数据处理

序号	流量（m3/h）	光滑管压差（mmHg）	粗糙管压差（mmHg）	局部管压差（mmHg）

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