DB-ZL 流體流動阻力實驗裝置
| 技術(shù)指標(biāo) | 說 明 | |||
| 裝置特點 |
實驗裝置數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，能給實驗者較明確的流體阻力概念。 2、整個裝置美觀大方，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，具備強烈的工程化氣息，能夠充分體現(xiàn)現(xiàn)代化實驗室的概念。 3、設(shè)備布局合理、美觀，結(jié)構(gòu)清晰，整體感強，能夠在實驗室中體現(xiàn)主實驗設(shè)備的概念。 4、設(shè)備整體為自行式框架結(jié)構(gòu)，并安裝有禁錮腳，便于系統(tǒng)的拆卸檢修和搬運。 5、管路取壓采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均壓環(huán)方式，取壓穩(wěn)定、準(zhǔn)確；采用差壓傳感器測量，工藝美觀，操作方便。 6、整套系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)儀表控制系統(tǒng)，可進行化工原理實驗，也是過程自動化及化工檢測儀表實驗的良好平臺。 7、裝置設(shè)計可360度觀察，實現(xiàn)全方位教學(xué)與實驗。 |
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| 裝置功能 |
1、學(xué)習(xí)直管摩擦阻力△Pf、直管摩擦系數(shù)λ的測定方法。 2、掌握不同流量下摩擦系數(shù)λ與雷諾數(shù)Re之間關(guān)系及其變化規(guī)律。驗證在層流、過渡流、湍流區(qū)內(nèi)λ與Re的關(guān)系曲線。 3、測定湍流狀態(tài)下流體流經(jīng)閥門時的局部阻力系數(shù)。 4、采用四點測壓法精確測定局部阻力。 5、全觸摸集成化控制，高穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸，硬件加密。 |
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| 設(shè)計參數(shù) |
流體阻力： 光滑管：雷諾數(shù)：0.80～6.0×104，液體流量：0.5~10 m3/h ，壓差范圍：10~100KPa。常溫、常壓操作。 粗糙管：雷諾數(shù)：0.60～6.0×104，液體流量：0.5~10 m3/h，壓差范圍：20~150KPa。常溫、常壓操作。 閥門局部阻力：雷諾數(shù)1.35～6.0×104，液體流量：0.5~10 m3/h，壓差范圍：10~200KPa。常溫、常壓操作。 |
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| 公用設(shè)施 |
水：裝置自帶透明水箱，連接自來水。實驗時經(jīng)離心泵進入測試管路，循環(huán)使用。 電：電壓AC220V，功率1.0KW，標(biāo)準(zhǔn)單相三線制。每個實驗室需配置1~2個接地點（安全地及信號地）。 實驗物料：清潔自來水，外配設(shè)備：無。 |
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| 主要設(shè)備 |
1、粗管測量段：DN 20mm，透明可視，管長1000 mm，Re范圍0.80～6.0×104。 2、細管測量段：DN 15mm，透明可視，1000 mm，Re范圍0.60～6.0×104。 3、局部阻力：DN 15mm，四點取壓，1000 mm，Re范圍1.35～6.0×104,上裝閥門一個。 4、渦輪流量傳感器：量程0.5-10 m3//h，分辨率0.001 m3/h，4-20mA遠傳輸出數(shù)字顯示，流量檢測機構(gòu)。 5、壓差傳感器：壓差范圍：10~200KPa，分辨率0.01 KPa，4-20mA輸出數(shù)字顯示，壓力檢測機構(gòu)。 6、循環(huán)水箱：≥100L，優(yōu)質(zhì)透明有機玻璃,帶貯水排空底閥，管路循環(huán)回水與泵吸入口間隔板設(shè)計。 7、管路：透明材質(zhì)，壁厚≥2.5mm。 8、溫度傳感器：Pt100，分辨率0.1℃，精度0.5%，數(shù)字顯示。 9、304不銹鋼離心泵：功率550W，最大流量6m3/h，揚程14m。 電器：接觸器、開關(guān)、漏電保護空氣開關(guān)。 11、中央處理器：執(zhí)行速度0.64μs，內(nèi)存容量16K，功能：數(shù)據(jù)處理運算。 12、模擬模塊：高達16位分辨率，總和精度±0.5%，內(nèi)建RS485通訊模式。 13、溫度模塊：分辨率0.1℃，精度0.5%，內(nèi)建RS485通訊模式。 14、采用一體機平板觸摸電腦，全程數(shù)字化觸摸屏控制操作。HMI：投射式觸控技術(shù)，5000萬次觸摸點，內(nèi)存2G，功能：中央處理器數(shù)據(jù)顯示控制。 15、額定電壓：220V，總功率：1.0kW。 16、外形尺寸：2200×550×1800mm（長×寬×高），外形為可移動式設(shè)計，帶剎車輪，高品質(zhì)鋁合金型材框架，無焊接點，安裝拆卸方便，水平調(diào)節(jié)支撐型腳輪. 17、工程化標(biāo)識：包含設(shè)備位號、管路流向箭頭及標(biāo)識、閥門位號等工程化設(shè)備理 念配套，使學(xué)生處于安全的實驗操作環(huán)境中，學(xué)會工程化管路標(biāo)識認知，培養(yǎng)學(xué)生 工程化理念。 |
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測控組成 |
變量 | 檢測機構(gòu) | 顯示機構(gòu) | 執(zhí)行機構(gòu) |
| 水流量 | 渦輪流量計 | 觸摸屏 | 手動閥控 | |
| 壓差 | 壓差傳感器 | 觸摸屏 | 無 | |
| 液體溫度 | PT100鉑電阻 | 觸摸屏 |
無 |
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流體流動阻力的測定實驗裝置使用說明書
本實驗裝置可以測定對比：DN20粗糙直管、光滑管和閥門等阻力系數(shù)。在實際生產(chǎn)中，許多過程都涉及到流體流動的內(nèi)部細節(jié)，尤其是流體的流動阻力。流體在流動過程中為克服流動阻力必定要消耗能量。流體流動阻力產(chǎn)生根本的原因是流體具有粘性，流動時存在著內(nèi)磨擦，而固定的管壁或其它形狀固體壁面，促使流動流體的內(nèi)部發(fā)生相對運動，為流體流動阻力的產(chǎn)生提供了條件，因此液體阻力的大小與流體的物性、流動狀況及壁面等因素有關(guān)。流體在流動系統(tǒng)中作定態(tài)流動時，流體在各截面上的流速、密度、壓強等物理參數(shù)僅隨位置而改變而不隨時間而變。
二、設(shè)備性能及主要技術(shù)參數(shù)
1.該實驗裝置主要由：離心泵、蓄水箱、沿程阻力光滑管、沿程阻力粗糙管、局部阻力管、U型壓差計、渦輪流量計、流量顯示儀閥門、實驗臺架及電控箱等組成。
2.光滑直管段：管徑DN-20mm、管長L=1.7m、測壓段L=1.3m，材質(zhì)：不銹鋼管。
3.粗糙直管段：管徑DN-18mm、管長L=1.7m、測壓段L=0.5m，材質(zhì)：鍍鋅鐵管。
4.局部阻力直管段:管徑DN-20mm；管長L=1.7m、測壓段L=1.3m，材質(zhì)：不銹鋼管。
5.渦輪流量計：量程（0.8～8m3／h),精度0.5。
6.水泵參數(shù):流量:5m3／h，揚程:20m，電機功率:750W。
7.蓄水箱為不銹鋼材質(zhì)，容積約80L。
三、實驗?zāi)康?/strong>
1.掌握流體流經(jīng)直管和閥門時的阻力損失和測定方法，通過實驗了解流體流動中能量損失的變化規(guī)律。
2.測定直管摩擦系數(shù)λ與雷諾數(shù)Re的關(guān)系。
3.測定流體流經(jīng)閘閥時的局部阻力系數(shù)x。
四、實驗原理
1.直管阻力與局部阻力實驗：
流體阻力產(chǎn)生的根源是流體具有粘性，流動時存在內(nèi)摩擦。而壁的形狀則促使流動的流體內(nèi)部發(fā)生相對運動，為流動阻力的產(chǎn)生提供了條件，流動阻力的大小與流體本身的物理性質(zhì)、流動狀況及壁面的形狀等因素有關(guān)。流動阻力可分為直管阻力和局部阻力。
流體在流動過程中要消耗能量以克服流動阻力。因此，流動阻力的測定頗為重要。從流程圖可知水從貯槽由泵輸出，經(jīng)流量計計量后，再流經(jīng)管道后回到水槽，循環(huán)利用。改變流量并測定直管與管件的相應(yīng)壓差，即可測得流體流動阻力。
2.直管阻力磨擦系數(shù)λ的測定
直管阻力是流體流經(jīng)直管時，由于流體的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力損失hf。
對于等直徑水平直管段根據(jù)兩測壓點間的柏努利方程有：
式中：l—直管長度（m）
d—管內(nèi)徑（m）
ΔP—流體流經(jīng)直管的壓強降（Pa）
u—流體截面平均流速（m/s）
ρ—流體密度（kg/m3）
由式（1-1）可知，欲測定λ，需知道I、d、（P1-P2）、u、ρ等。
1）若測得流體溫度，則可查得流體的ρ值。
2）若測得流量，則由管徑可計算流速u。
兩測壓點間的壓降ΔP，可由儀表直接讀數(shù)。
3.局部阻力系數(shù)ζ的測定
局部阻力主要是由于流體流經(jīng)管路中管件、閥門局部位置時所引起的阻力損失，在局部阻力件左右兩側(cè)的測壓點間列柏努利方程有：
（1-4）即：
式中：ζ—局部阻力系數(shù)
ΔP—局部阻力壓強降（Pa）
式（1—4）中ρ、u、ΔP等的測定同直管阻力測定方法。
五、實驗流程圖
1.實驗流程
實驗對象部分是由貯水箱，離心泵，不同管徑、材質(zhì)的水管，各種閥門、管件，渦輪流量計和U型壓差計等所組成的。管路部分有三段并聯(lián)的長直管，分別為用于測定局部阻力系數(shù)，光滑管直管阻力系數(shù)和粗糙管直管阻力系數(shù)。測定局部阻力部分使用不銹鋼管，其上裝有待測管件(閘閥)；光滑管直管阻力的測定同樣使用內(nèi)壁光滑的不銹鋼管，而粗糙管直管阻力的測定對象為管道內(nèi)壁較粗糙的鍍鋅管。
水的流量使用渦輪流量計測量，管路和管件的阻力采用壓差傳感器測量。
2.裝置參數(shù)
| 名稱 | 材質(zhì) | 管內(nèi)徑（mm） | 測量段長度（cm） | |
| 管路號 | 管內(nèi)徑 | |||
| 局部阻力 | 閘閥 | 1 | 20.0 | 50 |
| 光滑管 | 不銹鋼管 | 2 | 20.0 | 130 |
| 粗糙管 | 鍍鋅鐵管 | 3 | 18.0 | 130 |
1.泵啟動：首先對水箱進行灌水，然后關(guān)閉出口閥，打開總電源開關(guān)，打開儀表電源開關(guān)，按下啟動按鈕啟動離心泵。
2.實驗管路選擇：選擇實驗管路，把對應(yīng)的進口閥打開，并在出口閥最大開度下，保持全流量流動5－10min。
3.排氣：將實驗管路和測壓管中的空氣排盡。再進行阻力測定實驗。
4.流量調(diào)節(jié)：開啟管路出口閥，調(diào)節(jié)流量，讓流量從2到5m3/h范圍內(nèi)變化，建議每次實驗變化0.5m3/h左右。每次改變流量，待流動達到穩(wěn)定后，記下對應(yīng)的壓差值。然后用同樣方法做其他管路實驗。
5.計算：裝置確定時，根據(jù)
和u的實驗測定值，可計算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)節(jié)管路流量，即可得到一系列λ～Re的實驗點，從而繪出λ～Re曲線。6.實驗結(jié)束：關(guān)閉出口閥，關(guān)閉水泵和儀表電源，將裝置中的水排放干凈。
七、注意事項
1.在啟動離心泵前，要確保電源的正確，確保不缺相，離心泵缺相不會運轉(zhuǎn)，且會燒毀離心泵。
2.在啟動離心泵前，要確保離心泵轉(zhuǎn)向的正確，否則長時間反向運轉(zhuǎn)會損壞離心泵。
3.在做流體阻力實驗時，要排盡管路里的氣泡。
4.在開、關(guān)各閥門時，須緩開慢關(guān)。
八、實驗數(shù)據(jù)處理
| 序號 | 流量（m3/h） | 光滑管壓差（mmHg） | 粗糙管壓差（mmHg） | 局部管壓差（mmHg） |