流體流淌阻力測(cè)定試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)流體流淌阻力的測(cè)定一、試驗(yàn)?zāi)康陌盐諟y(cè)定流體流經(jīng)直管、管件和閥門(mén)時(shí)阻力損失的一般試驗(yàn)方法。測(cè)定直管摩擦系數(shù)λ與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的關(guān)系，驗(yàn)證在一般湍流區(qū)內(nèi)λ與Re的關(guān)系曲線。測(cè)定流體流經(jīng)管件、閥門(mén)時(shí)的局部阻力系數(shù)。學(xué)會(huì)倒U形壓差計(jì)和渦輪番量計(jì)的使用方法。識(shí)辨組成管路的各種管件、閥門(mén)，并了解其作用。二、根本原理流體通過(guò)由直管、管件〔如三通和彎頭等〕和閥門(mén)等組成的管路系統(tǒng)時(shí)，由于粘性剪應(yīng)力和渦流應(yīng)力的存在，要損失肯定的機(jī)械能。流體流經(jīng)直管時(shí)所造成機(jī)械能損失稱(chēng)為直管阻力損失。流體通過(guò)管件、閥門(mén)時(shí)因流體運(yùn)動(dòng)方向和速度大小轉(zhuǎn)變所引起的機(jī)械能損失稱(chēng)為局部阻力損失。λ的測(cè)定流體在水公平徑直管中穩(wěn)定流淌時(shí)，阻力損失為：pfhf f

1p2pp

lu2d 2 〔1〕即，

2dp

f 〔2〕式中：λ—直管阻力摩擦系數(shù)，無(wú)因次；d—直管內(nèi)徑，m；pf—l米直管的壓力降，Pa；hf—l米直管的機(jī)械能損失，J/kg；ρ—流體密度，kg/m3；l—直管長(zhǎng)度，m；u—流體在管內(nèi)流淌的平均流速，m/s。滯流(層流)時(shí)，64 〔3〕Re式中：Re—雷諾準(zhǔn)數(shù)，無(wú)因次；μ—流體粘度，kg/(m·s)。

Re

du 〔4〕λ是雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和相對(duì)粗糙度〔ε/d〕的函數(shù)，須由試驗(yàn)確定。由式〔2〕λl、d，測(cè)定pf

、u、ρ、μ等參數(shù)。l、d為裝置參數(shù)〔裝置參數(shù)表格中給出，μ通過(guò)測(cè)定流體溫度，再查有關(guān)手冊(cè)而得，u得到。例如本裝置承受渦輪番量計(jì)測(cè)流量，V，m3/h。u V (5)p可用UUf當(dāng)承受倒置U型管液柱壓差計(jì)時(shí)式中：R－水柱高度，m。

p gR (6)f當(dāng)承受U型管液柱壓差計(jì)時(shí)p gR (7)f 0式中：R－液柱高度，m；－指示液密度，kg/m3。0l、d，指示液密度t(ρ、μ)，及試驗(yàn)時(shí)測(cè)定的0 0流量V、液柱壓差計(jì)的讀數(shù)R，通過(guò)式(5)、(6)或(7)、(4)和式(2)Reλ，再將Reλ標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上。局部阻力系數(shù)的測(cè)定局部阻力損失通常有兩種表示方法，即當(dāng)量長(zhǎng)度法和阻力系數(shù)法。當(dāng)量長(zhǎng)度法流體流過(guò)某管件或閥門(mén)時(shí)造成的機(jī)械能損失看作與某一長(zhǎng)度為le

的同直徑的管道所產(chǎn)生的機(jī)械能損失相當(dāng)，此折合的管道長(zhǎng)度稱(chēng)為當(dāng)量長(zhǎng)度，用符號(hào)le

表示。這樣，就可以用直管阻力的公式來(lái)計(jì)算局部阻力損失，而且在管路計(jì)算時(shí)可將管路中的直管長(zhǎng)度與管件、閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度合并在一起計(jì)算，則流體在管路中流淌時(shí)的總機(jī)械能損失 h 為：fllh eu2f d 2

(8)阻力系數(shù)法流體通過(guò)某一管件或閥門(mén)時(shí)的機(jī)械能損失表示為流體在小管徑內(nèi)流淌時(shí)平均動(dòng)能的某一倍數(shù)部阻力的這種計(jì)算方法，稱(chēng)為阻力系數(shù)法。即：p u2h f

(9)f g 2故 式中：—局部阻力系數(shù)，無(wú)因次；

2pf

(10)pf

P〔本裝置中，所測(cè)得的壓降應(yīng)扣除兩測(cè)壓口間直管段的壓降，直管段的壓降由直管阻力試驗(yàn)結(jié)果求取〕ρ—流體密度，kg/m3；g—重力加速度，9.81m/s2；u—流體在小截面管中的平均流速，m／s。待測(cè)的管件和閥門(mén)由現(xiàn)場(chǎng)指定。本試驗(yàn)承受阻力系數(shù)法表示管件或閥門(mén)的局部阻力損失。0依據(jù)連接收件或閥門(mén)兩端管徑中小管的直徑d，指示液密度，流體溫度t(ρ、μ)，00及試驗(yàn)時(shí)測(cè)定的流量V、液柱壓差計(jì)的讀數(shù)R，通過(guò)式(5)、(6)或(7)、(10)求取管件或閥門(mén)的局部阻力系數(shù)。三、試驗(yàn)裝置與流程試驗(yàn)裝置1所示：圖1 試驗(yàn)裝置流程示意圖試驗(yàn)流程試驗(yàn)對(duì)象局部是由貯水箱，離心泵，不同管徑、材質(zhì)的水管，各種閥門(mén)、管件，渦輪番量計(jì)和倒U型壓差計(jì)等所組成的。管路局部有三段并聯(lián)的長(zhǎng)直管，分別為用于測(cè)定局部阻力系數(shù)，光滑管直管(閘閥)；光滑管直管阻力的測(cè)定同樣使用內(nèi)壁光滑的不銹鋼管，而粗糙管直管阻力的測(cè)定對(duì)象為管道內(nèi)壁較粗糙的鍍鋅管。裝置參數(shù)1所示。1名稱(chēng)

管內(nèi)徑〔mm〕管路號(hào)

測(cè)量段長(zhǎng)度〔cm〕裝置1 局部阻力光滑管粗糙管

閘閥 1A不銹鋼管 1B鍍鋅鐵管 1C

20.020.021.0

100100100四、試驗(yàn)步驟泵啟動(dòng)：首先對(duì)水箱進(jìn)展灌水，然后關(guān)閉出口閥，翻開(kāi)總電源和儀表開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)水泵，待電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后，把出口閥緩緩開(kāi)到最大。試驗(yàn)管路選擇：選擇試驗(yàn)管路，把對(duì)應(yīng)的進(jìn)口閥翻開(kāi)，并在出口閥最大開(kāi)度下，保持全流量流淌5－10min。排氣：在計(jì)算機(jī)監(jiān)控界面點(diǎn)擊”引壓室排氣”按鈕,則差壓變送器實(shí)現(xiàn)排氣。引壓：翻開(kāi)對(duì)應(yīng)試驗(yàn)管路的手閥,然后在計(jì)算機(jī)監(jiān)控界面點(diǎn)擊該對(duì)應(yīng),則差壓變送器檢測(cè)該管路壓差。手控狀態(tài),變頻器輸出選擇100,1到4m3/h0.5m3/h左右。每次轉(zhuǎn)變流量，待流淌到達(dá)穩(wěn)定后，登記對(duì)應(yīng)的壓差值;自控狀態(tài),流量掌握界面設(shè)定流量值或設(shè)定變頻器輸出值,待流量穩(wěn)定記錄相關(guān)數(shù)據(jù)即可。裝置確定時(shí)，依據(jù)P和u的試驗(yàn)測(cè)定值，可計(jì)算λ和ξ，在等溫條件下，雷諾數(shù)Re=duρ/μ=Au，其中A為常數(shù)，因此只要調(diào)整管路流量，即可得到一系列λ～Re的試驗(yàn)點(diǎn)，從而繪出λ～Re曲線。試驗(yàn)完畢：關(guān)閉出口閥，關(guān)閉水泵和儀表電源，清理裝置。五、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理依據(jù)上述試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)填寫(xiě)到下表：試驗(yàn)日期： 試驗(yàn)人員： 學(xué)號(hào)： 溫度： 裝置號(hào)：序流量光滑管mmH2O粗糙管序流量光滑管mmH2O粗糙管mmH2O局部阻力mmH2O號(hào)左右壓差左右壓差左右壓差六、試驗(yàn)報(bào)告依據(jù)粗糙管試驗(yàn)結(jié)果，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出λ～Re曲線，比照化工原理教材上有關(guān)曲線圖，即可估算出該管的相對(duì)粗糙度和確定粗糙度。依據(jù)光滑管試驗(yàn)結(jié)果，比照柏拉修斯方程，計(jì)算其誤差。依據(jù)局部阻力試驗(yàn)結(jié)果，求出閘閥全開(kāi)時(shí)的平均ξ值。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)展分析爭(zhēng)論。七、思