流体流动阻力测定-白净.

直管阻力系数λ与局部阻力系数ζ的测定实验高健一、实验目的二、实验原理三、实验装置流程四、实验操作五、实验报告要求六、有关问题解释一、实验目的1、了解实验设备、流程、仪器仪表；2、掌握流体（水）流经直管、管件或阀门等引起压降（阻力损失）及阻力系数（直管摩擦系数λ与局部阻力系数ξ）的变化规律。并将λ(ξ)与Re的关系标绘在双对数坐标上。3、结合本实验，初步掌握实验误差来源的分析方法，并估计实验误差大小。4、了解U形压差计的使用及计算方法。二、实验原理1、直管阻力系数λ的测定流体在管路中流动，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免的会产生机械能损耗。流体在圆形直管内作定常稳定流动时的摩擦阻力损失为：][22Paudlpf可知，只要测得ΔPf和管内流速u即可求出直管摩擦系数λ。(1)压差损失Δpf的测定(2)平均流速u的测定(3)直管阻力系数测定的结果（1）压差损失ΔP0af的确定根据柏努里方程知，当两测压点处管径一样，且保证两测压点处速度分布正常时，从教材P37中式1-71可得：根据U型管压差计测压特点，其实际值与指示值的关系为：fpzgpzgp)()(2211根据U型管特征，U型管中指示液所示压差ΔP0[Pa]即为流体流经两测压点处的阻力损失ΔP0af。fafpzgpzgpp022110)()(流体密度指示液密度读空水110ppf读读空水空水管：空气倒水pppUf0读读读空水水汞管：水正水银ppppUf6.12110001000136000（2）平均流速u的测量流量的测量有经典法（称重法、体积法）和直接流量计两种。本实验采用体积法测量：测量管道横截面积计量槽横截面积1201010012][09.0]/[AmAsmthAAAquAthAthhqVV摆头导流管计量槽放水阀液位计thutthhtthhuduuu若要求εu≤2%由误差均分原则有：εt≤1%和εh≤1%测流速u时，误差分析的具体应用：][1002%15.02][10%11.0mmhhSttht：接水液面高度必须满足则时间必须满足：在某一流速下，根据以上测出的流速u和压差损失Δpf，可计算出对应流速下管内的直管阻力系数λ和雷诺数Re：（3）直管阻力系数的测定结果需测出水温求得水的ρ、μ。测出不同流速下，对应的Re—λ值，在双对数坐标中作关系图：duReReλ对数坐标对数坐标2、局部阻力系数的测定由于流道的急剧变化使流动边界层分离，所产生的大量旋涡消耗了机械能。和直管阻力的沿程均匀分布不同，这种阻力损失是由管件内流道多变所造成。该问题复杂，一般有两种处理办法：一是阻力系数法，二是当量长度法，本实验采用阻力系数法：][22'Paupf可知，只要测得ΔP’f和管内流速u即可求出局部阻力系数ζ。而管内平均流速u在前述测量直管时已测出。(1)局部Δp’f的一般测定方法—双压差计法(2)局部Δp’f的特殊测定方法—单压差计法(3)局部阻力系数ζ测定的结果（1）局部ΔP’f的一般测定方法——双压差计法以突缩为例：如图流体从右向左通过突缩。分布有4个测压点（保证各测压点处速度分布正常，且之间距离如图示），在B1B2和C1C2之间分别连接一个压差计。根据柏努里方程和压差计特征知：根据管径分别可计算出u2、u1，由此测出两个U型管压差计读数ΔPB和ΔPC[Pa]，即可计算出流体流经突缩处的局部阻力损失ΔP0’。可以说，所有的局部阻力损失，均可由此方法测出。)(2)2(3)3(2)2()(2)1()(2)(2)()(2122''2122'212221222211uupppppppuupppuuppuuzgpzgppBCffCfBffCCffBBfB式得：由以上明显：同理：即A1A2B2A1B1A2B2B1A1-A2直管阻力ΔP0测点长3500B1-B2阀门阻力ΣΔP1测点长400+600=1000图1直管与阀门阻力系数测定装置A1-A2直管阻力ΔP0测点长3500图2直管与突缩阻力系数测定装置A1A2A1A2B2B2B1B1-B2突缩阻力ΣΔP1测点长400+800=1200C1-C2突缩阻力ΣΔP2测点长200+400=600B1C1C2φ25×3φ25×3φ25×3φ25×3φ19×2C2C1φ19×2图3直管与弯头阻力系数测定装置A1-A2直管阻力ΔP0测点长2700A2A1A1B1-B2弯头阻力ΣΔP1测点长700+300=1000B1B2B2B1A2A1A2B2A1B1A2B2B1A1-A2直管阻力ΔP0测点长3500B1-B2阀门阻力ΣΔP1测点长400+600=1000图1直管与阀门阻力系数测定装置A1-A2直管阻力ΔP0测点长3500图2直管与突缩阻力系数测定装置A1A2A1A2B2B2B1B1-B2突缩阻力ΣΔP1测点长400+800=1200C1-C2突缩阻力ΣΔP2测点长200+400=600B1C1C2φ25×3φ25×3φ25×3φ25×3φ19×2C2C1φ19×2图3直管与弯头阻力系数测定装置A1-A2直管阻力ΔP0测点长2700A2A1A1B1-B2弯头阻力ΣΔP1测点长700+300=1000B1B2B2B1A2A1A2B2A1B1A2B2B1A1-A2直管阻力ΔP0测点长3500B1-B2阀门阻力ΣΔP1测点长400+600=1000图1直管与阀门阻力系数测定装置A1-A2直管阻力ΔP0测点长3500图2直管与突缩阻力系数测定装置A1A2A1A2B2B2B1B1-B2突缩阻力ΣΔP1测点长400+800=1200C1-C2突缩阻力ΣΔP2测点长200+400=600B1C1C2φ25×3φ25×3φ25×3φ25×3φ19×2C2C1φ19×2图3直管与弯头阻力系数测定装置A1-A2直管阻力ΔP0测点长2700A2A1A1B1-B2弯头阻力ΣΔP1测点长700+300=1000B1B2B2B1A2ΔPCΔPB（2）局部ΔP’f的特殊测定方法——单压差计法当管径未发生变化，且已知该直管的阻力损失（如本实验测弯头和阀门的局部阻力系数）时，可采用此方法。分布有2个测压点（保证各测压点处速度分布正常），连接一个压差计。根据柏努里方程和压差计特征知：这种方法是结合已知可测出直管的阻力损失情况下应用的，显然比双压差计法要简单些，但其测量结果的数据精度与双压差计是完全一样的，因为其结果还是由两个压差计来确定的。afBfaBfBfffBfBfBfplbapplppppppzgpzgpp000''02211)()(）：直管长压降为知时（如本实验已知而当单位长度的压降已得：即A1A2B2A1B1A2B2B1A1-A2直管阻力ΔP0测点长3500B1-B2阀门阻力ΣΔP1测点长400+600=1000图1直管与阀门阻力系数测定装置A1-A2直管阻力ΔP0测点长3500图2直管与突缩阻力系数测定装置A1A2A1A2B2B2B1B1-B2突缩阻力ΣΔP1测点长400+800=1200C1-C2突缩阻力ΣΔP2测点长200+400=600B1C1C2φ25×3φ25×3φ25×3φ25×3φ19×2C2C1φ19×2图3直管与弯头阻力系数测定装置A1-A2直管阻力ΔP0测点长2700A2A1A1B1-B2弯头阻力ΣΔP1测点长700+300=1000B1B2B2B1A2A1A2B2A1B1A2B2B1A1-A2直管阻力ΔP0测点长3500B1-B2阀门阻力ΣΔP1测点长400+600=1000图1直管与阀门阻力系数测定装置A1-A2直管阻力ΔP0测点长3500图2直管与突缩阻力系数测定装置A1A2A1A2B2B2B1B1-B2突缩阻力ΣΔP1测点长400+800=1200C1-C2突缩阻力ΣΔP2测点长200+400=600B1C1C2φ25×3φ25×3φ25×3φ25×3φ19×2C2C1φ19×2图3直管与弯头阻力系数测定装置A1-A2直管阻力ΔP0测点长2700A2A1A1B1-B2弯头阻力ΣΔP1测点长700+300=1000B1B2B2B1A2A1A2B2A1B1A2B2B1A1-A2直管阻力ΔP0测点长3500B1-B2阀门阻力ΣΔP1测点长400+600=1000图1直管与阀门阻力系数测定装置A1-A2直管阻力ΔP0测点长3500图2直管与突缩阻力系数测定装置A1A2A1A2B2B2B1B1-B2突缩阻力ΣΔP1测点长400+800=1200C1-C2突缩阻力ΣΔP2测点长200+400=600B1C1C2φ25×3φ25×3φ25×3φ25×3φ19×2C2C1φ19×2图3直管与弯头阻力系数测定装置A1-A2直管阻力ΔP0测点长2700A2A1A1B1-B2弯头阻力ΣΔP1测点长700+300=1000B1B2B2B1A2ΔPB在某一流速下，根据以上测出的流速u和压差损失ΔP’f，可计算出对应流速下管件的局部阻力系数ζ和雷诺数Re：（3）局部阻力系数ζ的测定结果需测出水温求得水的ρ、μ。测出不同流速下，对应的Re—ζ值，在半双对数坐标中作关系图：duReReζ对数坐标直角坐标理论上：对闸阀：ζ=0.17(全开)对弯头：ζ=0.75(直角标准弯头)对突缩：A2/A100.60.70.62(本实验)ζ0.50.20.15三、实验装置流程1、直管与阀门局部阻力测定2、直管与突缩局部阻力测定3、直管与弯头局部阻力测定4、U型管压差计5、计量槽6、阀门与离心泵A1A2B2A1B1A2B2B1A1-A2直管阻力ΔP0测点长3500B1-B2阀门阻力ΣΔP1测点长400+600=1000图1直管与阀门阻力系数测定装置A1-A2直管阻力ΔP0测点长3500图2直管与突缩阻力系数测定装置A1A2A1A2B2B2B1B1-B2突缩阻力ΣΔP1测点长400+800=1200C1-C2突缩阻力ΣΔP2测点长200+400=600B1C1C2φ25×3φ25×3φ25×3φ25×3φ19×2C2C1φ19×2图3直管与弯头阻力系数测定装置A1-A2直管阻力ΔP0测点长2700A2A1A1B1-B2弯头阻力ΣΔP1测点长700+300=1000B1B2B2B1A21、直管与阀门局部阻力测定2、直管与突缩局部阻力测定A1A2B2A1B1A2B2B1A1-A2直管阻力ΔP0测点长3500B1-B2阀门阻力ΣΔP1测点长400+600=1000图1直管与阀门阻力系数测定装置A1-A2直管阻力ΔP0测点长3500图2直管与突缩阻力系数测定装置A1A2A1A2B2B2B1B1-B2突缩阻力ΣΔP1测点长400+800=1200C1-C2突缩阻力ΣΔP2测点长200+400=600B1C1C2φ25×3φ25×3φ25×3φ25×3φ19×2C2C1φ19×2图3直管与弯头阻力系数测定装置A1-A2直管阻力ΔP0测点长2700A2A1A1B1-B2弯头阻力ΣΔP1测点长700+300=1000B1B2B2B1A23、直管与弯头局部阻力测定A1A2B2A1B1A2B2B1A1-A2直管阻力ΔP0测点长3500B1-B2阀门阻力ΣΔP1测点长400+600=1000图1直管与阀门阻力系数测定装置A1-A2直管阻力ΔP0测点长3500图2直管与突缩阻力系数测定装置A1A2A1A2B2B2B1B1-B2突缩阻力ΣΔP1测点长400+800=1200C1-C2突缩阻力ΣΔP2测点长200+400=600B1C1C2φ25×3φ25×3φ25×3φ25×3φ19×2C2C1φ19×2图3直管与弯头阻力系数测定装置A1-A2直管阻力ΔP0测点长2700A2A1A1B1-B2弯头阻力ΣΔP1测点长700+300=1000B1B2B2B1A24、U型管压差计1、平衡阀作