流体力学综合实验装置说明书

流体力学综合实验装置使用说明书

一、概述

本实验装置可以测定对比：粗糙直管、光滑管和阀门等阻力系数。在实际生产中，许多过程都涉及到流体流动的内部细节，尤其是流体的流动阻力。流体在流动过程中为克服流动阻力必定要消耗能量。流体流动阻力产生根本的原因是流体具有粘性，流动时存在着内磨擦，而固定的管壁或其它形状固体壁面，促使流动流体的内部发生相对运动，为流体流动阻力的产生提供了条件，因此液体阻力的大小与流体的物性、流动状况及壁面等因素有关。流体在流动系统中作定态流动时，流体在各截面上的流速、密度、压强等物理参数仅随位置而改变而不随时间而变。

二、设备性能及主要技术参数

1、该实验装置主要由：不锈钢离心泵、蓄水箱、光滑管、粗糙管、局部阻力管、压差传感器、空气—水倒置∪型管、转子流量计、阀门、实验台架及电控箱等组成。 2、光滑直管段：管径DN—0.010m、测量段管长L=1.4m，材质：不锈钢管。

3、粗糙直管段：管径 DN—0.012m、测量段管长L=1.4m，材质：不锈钢管，内装不锈钢螺旋丝。

4、局部阻力直管段:管径 DN—0.020m，测量段管长近点L=0.6m、远点L=1.2m，材质：不锈钢管。

5、LZB-25水转子流量计： 流量范围 100～1000 l／h 和LZB-10水转子流量计：流量范围10～100 l／h

6、差压传感器：0-150Kpa,精度 0.5。由AI-501智能仪表显示压差阻力。AI-501测量水温。 7、不锈钢离心泵参数:流量: 0-7.2m3／h，扬程: 20m，电机功率: 550W。 8、蓄水箱为不锈钢材质，容积约80L。

三、实验目的

1、掌握流体流经直管和阀门时的阻力损失和测定方法，通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。

2、测定直管摩擦系数λ与雷诺数Re的关系。 3、测定流体流经闸阀时的局部阻力系数。

四、实验原理

a) 直管阻力与局部阻力实验：

流体阻力产生的根源是流体具有粘性，流动时存在内摩擦。而壁的形状则促使流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供了条件，流动阻力的大小与流体本身的物理性质、流动状况及壁面的形状等因素有关。流动阻力可分为直管阻力和局部阻

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力。

流体在流动过程中要消耗能量以克服流动阻力。因此，流动阻力的测定颇为重要。从流程图可知水从贮槽由泵输出，经流量计计量后，再流经管道后回到水槽，循环利用。改变流量并测定直管与管件的相应压差，即可测得流体流动阻力。 b) 直管阻力磨擦系数λ的测定

直管阻力是流体流经直管时，由于流体的内摩擦而产生的阻力损失hf 。 对于等直径水平直管段根据两测压点间的柏努利方程有：

ΔPlu2 hfgd2g2dΔP 2lu式中：l — 直管长度（m）

d — 管内径 （m）

ΔP— 流体流经直管的压强降（Pa） u — 流体截面平均流速（m/s） ρ— 流体密度（kg/m3）

由式（1 - 1）可知，欲测定λ，需知道I、d、（P1 - P2）、u、ρ等。 1）若测得流体温度，则可查得流体的ρ值。 2）若测得流量，则由管径可计算流速u。

两测压点间的压降ΔP，可由仪表直接读数。 c) 局部阻力系数ζ的测定

局部阻力主要是由于流体流经管路中管件、阀门局部位置时所引起的阻力损失，在局部阻力件左右两侧的测压点间列柏努利方程有：

u2hf （1-4）

2P 即： 2P u2式中： ζ — 局部阻力系数 ΔP— 局部阻力压强降（Pa）

式（1 — 4）中ρ、u、ΔP等的测定同直管阻力测定方法。

2u12p1u2pgz22 gz122 2

五、实验流程图

1600100标准法兰10-100L/h100135018018045φ6差压点φ16三分不锈钢管内绕不锈钢螺旋丝1350φ16三分不锈钢管φ32250250不锈钢球阀φ25六分不锈钢局部管100-1000L/h550600DN25涡轮流量计φ12两分管PP550W不锈钢离心泵 a)、实验流程

实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，转子流量计和压差传感器等所组成的。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，光滑管直管阻力系数和粗糙管直管阻力系数。测定局部阻力部分使用不锈钢管，其上装有待测管件(球阀)；光滑管直管阻力的测定同样使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装有不锈钢螺旋丝的不锈钢管。

水的流量使用转子流量计测量，管路和管件的阻力采用压差传感器和空气—水倒置∪型管测量。

六、实验步骤

1、泵启动：首先对水箱进行灌水，然后关闭出口阀，打开总电源开关，打开仪表电源开关，按下启动按钮启动离心泵。

2、实验管路选择：选择实验管路，把对应的进口阀打开，并在出口阀最大开度下，保持全流量流动5－10min。

3、排气：将实验管路和测压管中的空气排尽。再进行阻力测定实验。

4、流量调节：开启管路出口阀，调节流量，让流量从10到1000L/h范围内变化，建议流量从大到小变化。每次改变流量，待流动达到稳定后，记下对应的压差值，大流量用差压传感器读取数据，小流量用空气—水倒置∪型管读取数据。然后用

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φ32

同样方法做其他管路实验。

5、计算：装置确定时，根据P和u的实验测定值，可计算λ和ξ，在等温条件下，雷诺数Re=duρ/μ=Au，其中A为常数，因此只要调节管路流量，即可得到一系列λ～Re的实验点，从而绘出λ～Re曲线。

6、实验结束：关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，将装置中的水排放干净。

七、注意事项

1、开机通电前请注意接地，防止漏电。

2、在启动离心泵前，要确保电源的正确，确保不缺相，离心泵缺相不会运转，且会烧毁离心泵。

3、在启动离心泵前，要确保离心泵转向的正确，否则长时间反向运转会损坏离心泵。 4、在做流体阻力实验时，要排尽管路里的气泡。 5、在开、关各阀门时，须缓开慢关。

八、实验数据处理

序流量光滑管压差（KPa粗糙管压差（KPa或mmH2O） 局部管近点压差局部管远点压差号 （m3/h） 或mmH2O） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 （KPa或mmH2O） （KPa或mmH2O） 根据一系列λ～Re的实验点，从而绘出光滑管和粗糙管各自的λ～Re曲线（对数坐标） 根据

2P，绘出ζ ～Re曲线 2u 4