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1、流体流淌阻力系数的测定流体流淌阻力系数的测定 一、试验目的一、试验目的 1 1驾驭测定流体流经直管、管件和阀门时阻驾驭测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般试验方法。力损失的一般试验方法。2 2测定直管摩擦系数测定直管摩擦系数与雷诺准数与雷诺准数ReRe的关的关系，验证在一般湍流区内系，验证在一般湍流区内与与ReRe的关系曲线。的关系曲线。3 3测定流体流经管件、阀门时的局部阻力测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数系数。二、基本原理二、基本原理 流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在
2、，要损成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失确定的机械能。流体流经直管时所造成机械能损失称为直失确定的机械能。流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度管阻力损失。流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小变更所引起的机械能损失称为局部阻力损失。大小变更所引起的机械能损失称为局部阻力损失。1直管阻力摩擦系数直管阻力摩擦系数的测定的测定 流体在水同等径直管中稳定流淌时，阻力损失为：流体在水同等径直管中稳定流淌时，阻力损失为：（1）即，即，滞流滞流(层流层流)时，时，湍流时湍流时是雷诺准数是雷诺准数Re和相对粗糙度（和相对粗糙度（/d
3、）的函数，须）的函数，须由试验确定。由试验确定。欲测定欲测定，需确定，需确定l、d，测定、，测定、u、等参数。等参数。l、d为为装置参数（装置参数表格中给出），装置参数（装置参数表格中给出），、通过测定流体温通过测定流体温度，再查有关手册而得，度，再查有关手册而得，u通过测定流体流量，再由管径计通过测定流体流量，再由管径计算得到。算得到。（2）（3）本装置接受涡轮番量计测流量，本装置接受涡轮番量计测流量，V，m3/h。可用可用U型管、倒置型管、倒置U型管、测压直管等液柱压差计型管、测压直管等液柱压差计测定，或接受差压变送器和二次仪表显示。测定，或接受差压变送器和二次仪表显示。（1）当接受倒置）
4、当接受倒置U型管液柱压差计时型管液柱压差计时 （2）当接受）当接受U型管液柱压差计时型管液柱压差计时(5)(6)(7)依据试验装置结构参数依据试验装置结构参数l、d，指示液密度，指示液密度0，流体，流体温度温度t0(查流体物性查流体物性、)，及试验时测定的流量，及试验时测定的流量V、液柱、液柱压差计的读数压差计的读数R，通过式，通过式(5)、(6)或或(7)、(4)和式和式(2)求求取取Re和和，再将，再将Re和和标绘在双对数坐标图上。标绘在双对数坐标图上。2局部阻力系数局部阻力系数 的测定的测定 局部阻力损失通常有两种表示方法，即当量长度法和局部阻力损失通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力
5、系数法。阻力系数法。(1)当量长度法当量长度法 流体流过某管件或阀门时造成的机械能损失看作与某流体流过某管件或阀门时造成的机械能损失看作与某一长度为一长度为l的同直径的管道所产生的机械能损失相当，此折的同直径的管道所产生的机械能损失相当，此折合的管道长度称为当量长度，用符号合的管道长度称为当量长度，用符号le表示。这样，就可以表示。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，则流体在管路中流淌时的总机械能损失为：一起计
6、算，则流体在管路中流淌时的总机械能损失为：(8)(2)阻力系数法阻力系数法 流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流淌时平均动能的某一倍数，局部阻力的这种小管径内流淌时平均动能的某一倍数，局部阻力的这种计算方法，称为阻力系数法。即：计算方法，称为阻力系数法。即：故故 (9)(10)待测的管件和阀门由现场指定。本试验接受阻力系数待测的管件和阀门由现场指定。本试验接受阻力系数法表示管件或阀门的局部阻力损失。法表示管件或阀门的局部阻力损失。依据连接管件或阀门两端管径中小管的直径依据连接管件或阀门两端管径中小管的直径d，指示，指示液密度
7、液密度0，流体温度，流体温度t0(查流体物性查流体物性、)，及试验时测定，及试验时测定的流量的流量V、液柱压差计的读数、液柱压差计的读数R，通过式，通过式(5)、(6)或或(7)、(10)求取管件或阀门的局部阻力系数求取管件或阀门的局部阻力系数。三、试验装置与流程三、试验装置与流程 试验装置试验装置1离心泵；离心泵；2进口压力变送器；进口压力变送器；3铂热电阻（测量水温）铂热电阻（测量水温）；4出口压力变送器；出口压力变送器；5电气仪表限制箱；电气仪表限制箱；6均压环；均压环；7粗糙管；粗糙管；8光滑管（离心泵试验中充当离心泵管路）；光滑管（离心泵试验中充当离心泵管路）；9局部阻力管；局部阻力
8、管；10管路选择球阀；管路选择球阀；11涡轮番量计；涡轮番量计；12局部阻力管上的闸阀；局部阻力管上的闸阀；13电动调整阀；电动调整阀；14差压变送差压变送器；器；15水箱水箱 2.试验流程试验流程 试验对象部分是由贮水箱，离心泵，不同管径、材质的水试验对象部分是由贮水箱，离心泵，不同管径、材质的水管，各种阀门、管件，涡轮番量计和倒管，各种阀门、管件，涡轮番量计和倒U型压差计等所组成的。型压差计等所组成的。管路部分有三段并联的长直管，分别为用于测定局部阻力系数，管路部分有三段并联的长直管，分别为用于测定局部阻力系数，光滑管直管阻力系数和粗糙管直管阻力系数。测定局部阻力部光滑管直管阻力系数和粗糙
9、管直管阻力系数。测定局部阻力部分运用不锈钢管，其上装有待测管件分运用不锈钢管，其上装有待测管件(闸阀闸阀)；光滑管直管阻力；光滑管直管阻力的测定同样运用内壁光滑的不锈钢管，而粗糙管直管阻力的测的测定同样运用内壁光滑的不锈钢管，而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较粗糙的镀锌管。定对象为管道内壁较粗糙的镀锌管。水的流量运用涡轮番量计测量，管路和管件的阻力接受差水的流量运用涡轮番量计测量，管路和管件的阻力接受差压变送器将差压信号传递给无纸记录仪。压变送器将差压信号传递给无纸记录仪。3装置参数装置参数 装置参数如表装置参数如表1所示。由于管子的材质存在批次的差所示。由于管子的材质存在批次的差异，所以
10、可能会产生管径的不同，所以表异，所以可能会产生管径的不同，所以表1中的管内径只中的管内径只能做为参考。能做为参考。装置1名称材质管内径（mm）测量段长度（cm）管路号管内径局部阻力闸阀1A20.095光滑管不锈钢管1B20.0100粗糙管镀锌铁管1C21.0100 四、试验步骤四、试验步骤 1泵启动：首先对水箱进行灌水，然后关闭出口阀，打泵启动：首先对水箱进行灌水，然后关闭出口阀，打开总电源和仪表开关，启动水泵，待电机转动平稳后，把出开总电源和仪表开关，启动水泵，待电机转动平稳后，把出口阀缓缓开到最大。口阀缓缓开到最大。2.试验管路选择：选择试验管路，把对应的进口阀打开，试验管路选择：选择试验
11、管路，把对应的进口阀打开，并在出口阀最大开度下，保持全流量流淌并在出口阀最大开度下，保持全流量流淌510min。3流量调整：手控状态流量调整：手控状态,电动调整阀的开度选择电动调整阀的开度选择100,然后开启管路出口阀，调整流量，让流量从然后开启管路出口阀，调整流量，让流量从1到到4m3/h范围范围内变更，建议每次试验变更内变更，建议每次试验变更0.5m3/h左右。每次变更流量，左右。每次变更流量，待流淌达到稳定后，登记对应的压差值；自控状态，流量待流淌达到稳定后，登记对应的压差值；自控状态，流量限制界面设定流量值或设定电动调整阀开度，待流量稳定限制界面设定流量值或设定电动调整阀开度，待流量稳
12、定记录相关数据即可。记录相关数据即可。4计算：装置确定时，依据计算：装置确定时，依据P和和u的试验测定值，可的试验测定值，可计算计算和和，在等温条件下，雷诺数，在等温条件下，雷诺数Re=du/=Au，其中，其中A为常数，因此只要调整管路流量，即可得到一系列为常数，因此只要调整管路流量，即可得到一系列Re的的试验点，从而绘出试验点，从而绘出Re曲线。曲线。5试验结束：关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，清试验结束：关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，清理装置理装置 五、试验数据处理五、试验数据处理 依据上述试验测得的数据填写到下表：依据上述试验测得的数据填写到下表：试验日期：试验日期：试验人员：试验人员
13、：学号：学号：温度：温度：直管基本参数：直管基本参数：光滑管径光滑管径 粗糙管径粗糙管径 局局部阻力管径部阻力管径 序序号号流量流量（m3/h）光滑管光滑管压压差差（KPa）粗糙管粗糙管压压差差（KPa）局部阻力局部阻力压压差（差（KPa）六、试验报告六、试验报告 1依据粗糙管试验结果，在双对数坐标纸上标绘出依据粗糙管试验结果，在双对数坐标纸上标绘出Re曲线，比照化工原理教材上有关曲线图，即可估算曲线，比照化工原理教材上有关曲线图，即可估算出该管的相对粗糙度和确定粗糙度。出该管的相对粗糙度和确定粗糙度。2依据光滑管试验结果，比照柏拉修斯方程，计算其依据光滑管试验结果，比照柏拉修斯方程，计算其误差。误差。3依据局部阻力试验结果，求出闸阀全开时的平均依据局部阻力试验结果，求出闸阀全开时的平均值。值。4对试验结果进行分析探讨。对试验结果进行分析探讨。