文档介绍：流体阻力实验
一、摘要
本实验以水为介质,使用FFRS-Ⅱ型流体阻力实验装置,测定了水流经直管道、局部管道的阻力系数,Re≈104~105。实验验证了湍流状态下直管摩擦阻力系数受Re和ε/d共同影响;层流状态下直管摩擦阻力系数仅是Re的函数,且在双对数坐标系内呈线性关系;局部阻力系数受Re和局部形状影响,尤其局部形状的差异影响远大于Re。实验得到的直管道阻力系数关联图与教材P29图1-32接近,满足工程上允许的误差范围,在实际应用中,可适当参考该图数据求取阻力系数,进一步计算流体阻力。
二、实验目的
1、识别组成管路的各种管件、阀门等,了解其作用
2、了解涡轮流量计,铂电阻温度计,压差传感器的安装、使用及其优缺点
3、学会使用装置的现场仪表和电气控制系统
4、掌握用量纲分析法解决实际问题
5、理解测定摩擦阻力系数的工程意义
三、实验原理
流体在流动过程中,由于粘性会发生相互间的摩擦,从而导致其机械能减少,我们称之为阻力损失。计算流体阻力一种方法是测得管路上、下游两个截面的机械能,当没有外加能量时,两者的差值即是阻力损失;另一种方法是通过因次分析,得到一定条件下通用的公式,此法在科学研究和工程计算上应用广泛,具体如下:
1、寻找影响流体阻力的因素,共6个:
h f =Ф(d, u,ρ,μ,,ε) (1)
2、简化实验,确定函数关系:
使用因次分析法,将所有变量组合成4个无因次数群:
雷诺准数Re duρ/μ相对粗糙度ε/d
管道长径比 l/d 能量项 hf/u2
确定函数关系: (2)
对于水平无变径直管道,结合柏努利方程上式变为:
(3)
令
可得:
(4)
式中 hf ——直管阻力,J•Kg-1;
l ——被测管长,m;
d ——被测管内径,m;
u ——平均流速,m•s-1;
λ——摩擦阻力系数。
(4)式适用于湍流直管条件下的阻力计算,大量实验表明,当管道内壁非常光滑,即相对粗糙度低于某一数值后,λ与Re的关系遵循Blasius关系式:
λ= (5)
当流体处于层流状态时,摩擦阻力系数将不受相对粗糙度的影响,由理论推导得:
(6)
当流体流经等径管道局部(弯头、阀门等),不考虑直管段长度,方程变为以下形式:
(7)
当流体流经突然扩大管道(p1<p2)时:
(8)
ζ称为局部阻力系数,它与流体流过的管件的几何形状及流体的Re数有关,当Re大到一定值后,ζ与Re数无关,为定值。
用传感器测量压降时,要求主管路和引压管线中的液体必须连续,不能有气泡。主管路排气可开大流量阀门,使水大量快速流过管道,将其中气体带走。引压管线中的气体可在关闭出口流量调节阀的情况下,打开传感器两侧的排气阀门将其排净,最后注意将排气阀关闭。
四、实验流程图
图1、流体阻力实验流程
1、水箱 2、水泵 3、涡轮流量计 4、层流水槽 5、层流管 6、截止阀 7、球阀 8、光滑管 9、粗糙管 10、突扩管 11、流量调节阀 12、层流调节阀
设备尺寸:
不锈钢管:l=,d=
镀锌钢管:l=,d=
突扩管:l1=,l2=,d1=,d2=
截止阀管道