流体流动阻力的测定实验报告

食品工程原理

实验一 流体流动阻力的测定

一． 实验目的

(1) 了解流体流动阻力的测定方法。

(2) 测定流体流过直管时的摩擦阻力，并确定摩擦系数 与雷诺数Re的关系。 (3) 测定流体流过管件（本实验为截止阀、闸阀、弯管、突然扩大及突然缩小）时的局部

阻力，并求出阻力系数ξ。

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。这种损耗包括流体经过直管的沿程阻力以及因流体运动方向改变或因管子大小形状改变所引起的局部阻力。 1． 沿程阻力

液体在水平均匀管道中稳定流动时，由截面1到截面2，阻力损失表现在压强的降低：

hf

P1 P2

。

影响阻力损失的因素十分复杂，目前尚不能完全用理论方法求解，必须通过实验研究其规律。为了减少实验工作量，扩大实验结果的应用范围，可采用因次分析法将各变量综合成准数关系式。

影响阻力损失的诸因素有： （1） 流体性质：密度ρ，粘度μ；

（2） 管路的几何尺寸：管径d，管长l，管壁粗糙度ε； （3） 流动条件：流速u。

可表示为： P f d,l, , ,u, 。

P

2

du l Pl u ,, (Re ) ， ， dd dd2

组合成如下的无因次式：

u

2

Plu

引入 Re ，则上式变为hf ，式中，λ称为直管摩擦系数，滞流 d2d

2

食品工程原理

时，λ=64/Re；湍流时λ与Re的关系受管壁粗糙度的影响，需由实验求得。

根据伯努利方程可知，流体流过直管的沿程阻力损失，可直接由所测得的液柱压差计读数R算出： P R 指 空 g。

其中：ρ指——压差计中指示液密度，kg/m。本实验中用水作指示液，另一流体为空气，由

于ρ空<<ρ水，所以ρ空可以忽略。

R一一倒U型管中水位差，m。 g一一重力加速度，g=9.81m/s。

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，相当于流体通过与其具有相同管径的若干米长度的直管阻力损失，这个直管长度称为当量长度，用符号le表示。这样，就可以用直管阻力的公式来计算局部阻力损失，而且在管路计算时，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，如管路中直管长度为l，各种局部阻力的当量长度之和为∑le，则流体在管路中流动时的总阻力损失∑hf为： hf（2） 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hp为表示：

hp

u

2

3

2

l le u2

。

d 2

2

。

式中，ζ——局部阻力系数，无因次；

u——在小截面管中流体的平均流速，m/s。

由于管件在两侧距测压孔间的直管长度很短，引起的摩擦阻力与局部阻力相比，可以忽略不计，因此hp之值可应用伯努利方程由压差计读数求出。

三． 实验装置

（1） 实验设备流程图:

水泵8将储水槽9中的水抽出,送入实验系统,首先经玻璃转子流量计2测量流量,然后送入被测直管段5或6测量流体流动的光滑管或粗糙管的阻力,或经7测量局部阻力

食品工程原理

后回到储水槽, 水循环使用。被测直管段流体流动阻力△p可根据其数值大小分别采 用变送器18或空气—水倒置∪型管10来测量。

实验系统流程示意图见图一所

示

（2） 压力传感器与直流数字电压表

连接方法见图二

四． 实验步骤及注意事项

(1) 向储水槽内注水,直到水满为止。

(有条件最好用蒸馏水,以保持流体清洁)

(2) 直流数字表的使用方法请详细阅读使用说明书。

(3) 大流量状态下的压差测量系统,应先接电予热10～15分钟,调好数字表的零点(或记录

仪表零点),方可启动泵做实验。

(4) 检查导压系统内有无气泡存在。当流量为零时，若空气—水倒置∪型管内两液柱的高

度差不为零，则说明系统内有气泡存在，需赶净气泡方可测取数据。 赶气泡的方法: 将流量调至最大,把所有的阀门全部打开，排出导压管内的气泡，直至排净为止。 (5) 测取数据的顺序可从大流量至小流量,反之也可

,一般测15～20组数,建议当流量读数

小于300L／h时,只用空气—水倒置∪型管测压差△P。

(6) 局部阻力测定时关闭阀门3和4，全开或半开阀门7，用倒置U型管关测量远端、近

端压差并能测出局部阻力系数。

(7) 待数据测量完毕,关闭流量调节阀，切断电源。

使用实验设备应注意的事项:

1.直流数字表请仔细阅读说明书后,方可使用。

2.利用压力传感器测大流量下△P时,应切断空气—水倒置∪型管闭阀门13、13’否则影响测量数值。

食品工程原理

3.若较长时间内不做实验,放掉系统内及储水槽内的水。

4.在实验过程中每调节一个流量之后应待流量和直管压降的数据稳定以后方可记录数据。

5.较长时间未做实验,启动离心泵之前应先盘轴转动否则易烧坏电机。

五． 数据记录及处理 已知：

管径：d=0.0071m 管长：L=1.6m

Ｑ／1000 u＝──────── 2 3600×(π／4)×d

2d △Pf λ＝───×─── Lρ u2

duρ Re＝─── μ

取水温T=32℃，则：密度ρ＝995.7(Kg／m3)，粘度μ＝0.8619×10-3 (pa.s)

食品工程原理

计算得：

六． 实验结果

流量与泵效率：

食品工程原理

流量与泵扬程：

流量与轴功率：

食品工程原理

λ-Re关系图：

该实验的基本原理是简单的，实验操作并不复杂。实验的关键是要排净测压系统中的空气。在调节流量的时候不可以过大，否则会造成压差过大而将测压管压出的事故。在实验过程中，由于度数系统不是很稳定，从而会造成一定实验误差。

七． 讨论、心得

1. 如何检验系统内的空气已经被排除干净？

可通过观察离心泵进口处的真空表和出口处压力表的读数，在开机前若真空表和压力表的读数均为零，表明系统内的空气已排干净；若开机后真空表和压力表的读数为零，则表明，系统内的空气没排干净。

2. 为什么本实验数据须在对数坐标纸上进行标绘？

因为对数可以把乘、除变成加、减，用对数坐标既可以把大数变成小数，又可以把小数扩大取值范围，使坐标点更为集中清晰，做出来的图一目了然。

3. 在U形压差计上装设“平衡阀”有何作用？在什么情况下它是开着的，又为什么情况下

它应该关闭的？

用来改变流经阀门的流动阻力以达到调节流量的目的，其作用对象是系统的阻力，平衡阀能够将新的水量按照设计计算的比例平衡分配，各支路同时按比例增减，仍然满足当前气候需要下的部份负荷的流量需求，起到平衡的作用。平衡阀在投运时是打开的，正常运行时是关闭的。