文档介绍：摘要:
本实验通过测定流体在不同管路中流动时的流量qv、测压点之间的压强差ΔP,结合已知的管路的内径、长度等数据,应用机械能守恒式算出不同管路的λ‐Re变化关系及突然扩大管的x-Re关系。从实验数据分析可知,光滑管、粗糙管的摩擦阻力系数随Re增大而减小,并且光滑管的摩擦阻力系数较好地满足Blasuis关系式: 。突然扩大管的局部阻力系数随Re的变化而变化。
目的及任务
①掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法。
②测定直管的摩擦阻力系数λ及突然扩大管和阀门的局部阻力系数ξ。
③验证湍流区内摩擦系数λ为雷诺数Re和相对粗糙度的函数。
④将所得光滑管λ-Re方程与Blasius方程相比较。
基本原理
直管摩擦阻力
不可压缩流体,在圆形直管中做稳定流动时,由于黏性和涡流的作用产生摩擦阻力;流体在流过突然扩大、弯头等管件时,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,在工程上通常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相关,可表示为:
△p=ƒ(,,,ρ, μ, ε)
引入下列无量纲数群。
雷诺数
相对粗糙度
管子长径比
从而得到
令
可得到摩擦阻力系数与压头损失之间的关系,这种关系可用实验方法直接测定。
式中
——直管阻力,J/kg;
——被测管长,m;
——被测管内径,m;
——平均流速,m/s;
——摩擦阻力系数。
当流体在一管径为的圆形管中流动时,选取两个截面,用U形压差计测出这两个截面间的静压强差,即为流体流过两截面间的流动阻力。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。改变流速科测出不同Re下的摩擦阻力系数,这样就可得到某一相对粗糙度下的λ-Re关系。
湍流区的摩擦阻力系数
在湍流区内。对于光滑管,大量实验证明,当Re在范围内,与Re的关系式遵循Blasius关系式,即
对于粗糙管,与Re的关系均以图来表示。
层流的摩擦阻力系数
局部阻力
式中,ξ为局部阻力系数,其与流体流过管件的集合形状及流体的Re有关,当Re大到一定值后,ξ与Re无关,为定值。
装置和流程
本实验装置如图,管道水平安装,实验用水循环使用。,管径Φ(6×)mm,两测压管之间的距离1m;,管径为Φ(27×3)mm;(27×) mm不锈钢管;(27×) mm镀锌钢管,;,管子由Φ(22×3) mm扩大到Φ(48×3) mm;a1、a2为层流管两端的两测压口;b1、b2为球阀的两测压口;c1、c2表示截止阀的两测压口;d1、d2表示不锈钢管的两测压口;e1、e2表示粗糙管的两测压口;f1、f2表示突然扩大管的两测压口。系统中孔板流量计以测流量。
操作要点
启动离心泵,打开被测管线上的开关阀及面板上与其对应的切换阀,关闭其他开关阀和切换阀,确保测压点一一对应。
系统要排净气体使液体连续流动。设备和测压管线中的气体都要排净,检验的方法是当流量为零时,观察U形压差计的两液面是否水平。
读取数据时,应注意稳定后