实验4流体阻力测定实验
一、实验的主要内容：
1．测定实验管路内流体流动的直管阻力和直管摩擦系数。
2．测定管路内流体流动的直管摩擦系数与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系曲线。 3．在本实验压差测量范围内，测量阀门的局部阻力系数
二、设备的主要技术数据
1. 被测直管段：
光滑管管径d—0.0080(m)管长L—1.70(m)材料：不锈钢 粗糙管管径d—0.010(m)管长L—1.70(m) 材料：不锈钢 2. 玻璃转子流量计：
型号 测量范围 精度
1.5 LZB—25 100~1000（L/h）
2.5 LZB—10 10~100（L/h）
3. 压差传感器：
型号：LXWY 测量范围：200KPa
4. 数显表：
型号：AI-501 测量范围：0~200Kpa
5.变频器： 型号：N2-401-H 规格：（0-50）Hz 6.数显温度计：AI-501B
三、实验设备
实验设备流程见图4-1。
水泵将水箱中的水抽出，送入实验系统，经玻璃转子流量计2、3测量流量，然后送入被测直管段测量流体流动的阻力，经回流管流回水箱。被测直管段流体流动阻力ΔP可根据其数值大小分别采用压差变送器或空气—水倒置Ｕ型管来测量。
光滑管7粗糙管9局部阻力6111315文丘里流量计压强表真空表水箱离心泵22涡轮流量计a压差传感器P84510平衡阀21b161412123排水阀1719a20b排水阀18
1-出口调节阀；2-小流量计阀；3-大流量计阀；4-光滑管阀；5-粗糙管阀；6-局部阻力阀；7，8-光滑管测压阀； 9，10-粗糙管测压阀； 11，12- 测局部阻力远端阀； 13，14-测局部阻
- 9 -
图4-1 流体力学综合实验装置
力近端阀；15，16-测文丘里流量计压差阀；17，18-倒U型管排水阀；19，20-倒U型管测压阀；21-倒U型管放空阀（平衡阀）；22-水箱放水阀。
四、实验方法：
（1）向水箱内注满蒸馏水。
（2）首先将全部阀门关闭，打开总电源开关，用变频调速器启动离心泵。将阀门2，3打开，大流量状态下把实验管路中的气泡赶出。
（3）把阀门4打开，作流体光滑管阻力实验。
当流量为0时打开19、20两阀门，若空气—水倒置Ｕ型管内两液柱的高度差不为0，则说明系统内有气泡存在，需赶净气泡方可测取数据。
赶气泡的方法：将流量调至较大，打开阀门19、20、21，排出导压管内的气泡，直至排净为止。关闭19、20两阀门，分别慢慢打开阀门17、18两阀门，使倒置U形管液柱降至中部，使管内形成气—水柱。此时关闭倒U型管放空阀，在流量为0时打开19、20两阀门，管内液柱高度差应为零。若不为0，导压管内存在气泡，应重新赶气泡。
（4） 在流量稳定的情况下，测得直管阻力压差。数据顺序可从大流量至小流量，反之也可，一般测15~20组数。建议当流量读数小于200L/h时，只用空气—水倒置Ｕ型管测压差。
（5）待数据测量完毕，关闭流量调节阀，切断电源。 （6）粗糙管、局部阻力测量方法同前。
五、实验注意事项：
1. 利用压力传感器测大流量下ΔP时，应切断空气一水倒置U型管19、20两阀门否则影响测量数值。 2. 在实验过程中每调节一个流量之后应待流量和直管压降的数据稳定后方可记录数据。 3. 若较长时间内不做实验，放掉系统内及储水槽内的水。 4. 该装置应良好地接地。
5.启动离心泵前，关闭压表和真空表的开关以免损坏压力表。
六、实验数据的处理
（要求有数据处理表格和绘图，并且有计算示例） 1、流体直管段阻力的测量
在被测直管段的两取压口之间列柏努利方程式，可得：
符号意义：d—管径（m） L—管长(m) u—流体速度(m/s) ΔPf—直管阻力引起的压降(N/m2) —流体密度 —流体粘度（Pa.s） —摩擦阻力系数 Re—雷诺准数
测得一系列流量下的ΔPf之后，根据式(1)，(3)计算出不同流速下的值。用式(4)计算出Re 值，从而整理出—Re之间的关系，在双对数坐标纸上绘出—Re曲线。
2、局部阻力系数?的测定
式中：局部阻力系数，无因次； 局部阻力引起的压强降，Pa； 局部阻力引起的能量损失，J／kg。
- 10 -
图4-2 局部阻力测量取压口布置图
局部阻力引起的压强降可用下面的方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在其上、下游开两对测压口a-a'和b-b＇，
见图4-2，使 ab＝bc ；a＇b＇＝b＇c＇
则 △Pf，ab ＝△Pf，bc ；△Pf，a＇b＇= △Pf，b＇c＇ 在a～a＇之间列柏努利方程式：
Pa－Pa’= 2△Pf,ab+2△Pf,a’b’+△P＇f (a) 在b～b＇之间列柏努利方程式：
Ｐb－Ｐb＇ = △Pf，bc+△Pf，b＇c＇+△P＇f= △Pf，a b+△Pf，a＇b＇+△P＇f（b） 联立式(a)和(b)，则：＝2(Pb－Pb＇)－(Pa－Pa＇)
为了实验方便，称(Pb－Pb＇)为近点压差，称(Pa－Pa＇)为远点压差。用差压传感器来测量。 计算表格如下表4-1。 表4-1、流体阻力实验数据记录（第一套光滑管内径mm、管长m） （液体温度℃液体密度ρ=kg/m 液体粘度μ=mPa.S） 压差读数初始值0.0kPa 直管压差ΔP 1 2 1000 900 85.0 70.0 ΔP 流速u Re λ (m/s) 序号 流量(l/h) （kPa） （mmH2o） （Pa） 16 10 18 20 19 10 λ=129.54/Re - 11 -
实验5离心泵性能测定和流量计标定实验
一、实验目的：
1、练习离心泵的操作。
2、测定某型号离心泵在一定转速下，H（扬程）、N（轴功率）、（效率）与Q（流量）之间的特性曲线。
3、测定流量调节阀某一开度下管路特性曲线。 4、了解文丘里及涡轮流量计的构造及工作原理。 5、测定节流式流量计（文丘里）的流量标定曲线。 6、测定节流式流量计的雷诺数Re和流量系数C的关系。
二、实验原理：
1、离心泵性能的测定
离心泵是最常见的液体输送设备。在一定的型号和转速下，离心泵的扬程H、轴功率及效率均随流量Q而改变。通常通过实验测出H—Q、N—Q及—Q关系，并用曲线表示之，称为特性曲线。特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用泵的重要依据。泵特性曲线的具体测定方法如下：
（1） H的测定
在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程
上式中是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力，与柏努利方程中其它项比较，值很小，故可忽略。于是上式变为：
将测得的和的值以及计算所得的代入上式即可求得H的值。 （2） N的测定
功率表测得的功率为电动机的输入功率。由于泵由电动机直接带动，传动效率可视为1.0，即： 泵的轴功率N＝电动机的输出功率，kw
电动机的输出功率＝电动机的输入功率×电动机的效率 泵的轴功率＝功率表的读数×电动机效率，kw。
（3）的测定
式中——泵的效率； N——泵的轴功率，kw ——泵的有效功率，kw H——泵的压头，m Q——泵的流量，m3/s ——水的密度，kg/m3 2、流量计的测定
流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量的关系为：
式中： Vs - 被测流体(水)的体积流量，m3/s； C0 -流量系数，无因次；
- 12 -
AO- 流量计节流孔截面积，m2；
- 流量计上、下游两取压口之间的压强差，Pa ；
3
- 被测流体(水)的密度，kg／m。
用涡轮流量计作为标准流量计来测量流量Vs。每一个流量在压差计上都有一对应的读数，将压差计读数△P和流量Vs绘制成一条曲线，即流量标定曲线。同时用上式整理数据可进一步得到C0—Re关系曲线。
3、管路特性曲线测定
置流量调节阀1为某一固定流量状态，调节离心泵电机频率，调节范围(50～0Hz)，使管路特性状态改变。每改变电机频率一次，记录涡轮流量计所测流量、泵入口真空度及泵出口压强，从而得到H与Q之间的特性曲线。
三、实验装置与流程
实验设备流程见下图１。设备的主要技术数据为： 1.离心泵
（1）功率测量：功率表。型号 AI-501 精度1.0级
（2）泵吸入口真空度的测量：真空表。表盘真径-100mm 测量范围-0.1-0MPa 精度1.5级。真空表测压位置管内径d1=0.025m。
（3）泵出口压力的测量：压力表。表盘直径-100mm测量范围0-0.25MPa 精度1.5级。压强表测压位置管内径d2=0.045m。
（4）真空表与压强表测压口之间的垂直距离h0=0.355m； （5）电机效率为60% 2.流量测量：
涡轮流量计：(单位：m3/h)
文丘里流量计文丘里喉径：0.020m实验管路管径：0.045m， 3. 压差测量 压差传感器：
型号：LXWY 测量范围：200KPa
压差数显表：
型号：AI-501 测量范围：0~200Kpa
4.变频器：型号：N2-401-H 规格：（0-50）Hz 5.数显温度计：AI-501B
水泵将水箱内的水输送到实验系统，用流量调节阀1调节流量，流体经涡轮流量计计量，通过文丘里流量计回到储水槽。同时测量文丘里流量计两端的压差、离心泵进出口压力、离心泵电机输入功率。
- 13 -