DB-ZL 流體流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)裝置
| 技術(shù)指標(biāo) | 說 明 | |||
| 裝置特點(diǎn) |
實(shí)驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，能給實(shí)驗(yàn)者較明確的流體阻力概念。 2、整個(gè)裝置美觀大方，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，具備強(qiáng)烈的工程化氣息，能夠充分體現(xiàn)現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)室的概念。 3、設(shè)備布局合理、美觀，結(jié)構(gòu)清晰，整體感強(qiáng)，能夠在實(shí)驗(yàn)室中體現(xiàn)主實(shí)驗(yàn)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(yùn)。 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(cè)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(jìn)行化工原理實(shí)驗(yàn)，也是過程自動(dòng)化及化工檢測(cè)儀表實(shí)驗(yàn)的良好平臺(tái)。 7、裝置設(shè)計(jì)可360度觀察，實(shí)現(xiàn)全方位教學(xué)與實(shí)驗(yàn)。 |
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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(cè)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(yàn)證在層流、過渡流、湍流區(qū)內(nèi)λ與Re的關(guān)系曲線。 3、測(cè)定湍流狀態(tài)下流體流經(jīng)閥門時(shí)的局部阻力系數(shù)。 4、采用四點(diǎn)測(cè)壓法精確測(cè)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(jì)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(shí)驗(yàn)時(shí)經(jīng)離心泵進(jìn)入測(cè)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(gè)實(shí)驗(yàn)室需配置1~2個(gè)接地點(diǎn)（安全地及信號(hào)地）。 實(shí)驗(yàn)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(cè)量段：DN 20mm，透明可視，管長1000 mm，Re范圍0.80～6.0×104。 2、細(xì)管測(cè)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(diǎn)取壓，1000 mm，Re范圍1.35～6.0×104,上裝閥門一個(gè)。 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(yuǎn)傳輸出數(shù)字顯示，流量檢測(cè)機(jī)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(cè)機(jī)構(gòu)。 6、循環(huán)水箱：≥100L，優(yōu)質(zhì)透明有機(jī)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(jì)。 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(yáng)程14m。 電器：接觸器、開關(guān)、漏電保護(hù)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(yùn)算。 12、模擬模塊：高達(dá)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(jī)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(diǎn)，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(dòng)式設(shè)計(jì)，帶剎車輪，高品質(zhì)鋁合金型材框架，無焊接點(diǎn)，安裝拆卸方便，水平調(diào)節(jié)支撐型腳輪. 17、工程化標(biāo)識(shí)：包含設(shè)備位號(hào)、管路流向箭頭及標(biāo)識(shí)、閥門位號(hào)等工程化設(shè)備理 念配套，使學(xué)生處于安全的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境中，學(xué)會(huì)工程化管路標(biāo)識(shí)認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生 工程化理念。 |
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測(cè)控組成 |
變量 | 檢測(cè)機(jī)構(gòu) | 顯示機(jī)構(gòu) | 執(zhí)行機(jī)構(gòu) |
| 水流量 | 渦輪流量計(jì) | 觸摸屏 | 手動(dòng)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(dòng)阻力的測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置使用說明書
本實(shí)驗(yàn)裝置可以測(cè)定對(duì)比：DN20粗糙直管、光滑管和閥門等阻力系數(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，許多過程都涉及到流體流動(dòng)的內(nèi)部細(xì)節(jié)，尤其是流體的流動(dòng)阻力。流體在流動(dòng)過程中為克服流動(dòng)阻力必定要消耗能量。流體流動(dòng)阻力產(chǎn)生根本的原因是流體具有粘性，流動(dòng)時(shí)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(dòng)流體的內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為流體流動(dòng)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(dòng)狀況及壁面等因素有關(guān)。流體在流動(dòng)系統(tǒng)中作定態(tài)流動(dòng)時(shí)，流體在各截面上的流速、密度、壓強(qiáng)等物理參數(shù)僅隨位置而改變而不隨時(shí)間而變。
二、設(shè)備性能及主要技術(shù)參數(shù)
1.該實(shí)驗(yàn)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(jì)、渦輪流量計(jì)、流量顯示儀閥門、實(shí)驗(yàn)臺(tái)架及電控箱等組成。
2.光滑直管段：管徑DN-20mm、管長L=1.7m、測(cè)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(cè)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(cè)壓段L=1.3m，材質(zhì)：不銹鋼管。
5.渦輪流量計(jì)：量程（0.8～8m3／h),精度0.5。
6.水泵參數(shù):流量:5m3／h，揚(yáng)程:20m，電機(jī)功率:750W。
7.蓄水箱為不銹鋼材質(zhì)，容積約80L。
三、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
1.掌握流體流經(jīng)直管和閥門時(shí)的阻力損失和測(cè)定方法，通過實(shí)驗(yàn)了解流體流動(dòng)中能量損失的變化規(guī)律。
2.測(cè)定直管摩擦系數(shù)λ與雷諾數(shù)Re的關(guān)系。
3.測(cè)定流體流經(jīng)閘閥時(shí)的局部阻力系數(shù)x。
四、實(shí)驗(yàn)原理
1.直管阻力與局部阻力實(shí)驗(yàn)：
流體阻力產(chǎn)生的根源是流體具有粘性，流動(dòng)時(shí)存在內(nèi)摩擦。而壁的形狀則促使流動(dòng)的流體內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為流動(dòng)阻力的產(chǎn)生提供了條件，流動(dòng)阻力的大小與流體本身的物理性質(zhì)、流動(dòng)狀況及壁面的形狀等因素有關(guān)。流動(dòng)阻力可分為直管阻力和局部阻力。
流體在流動(dòng)過程中要消耗能量以克服流動(dòng)阻力。因此，流動(dòng)阻力的測(cè)定頗為重要。從流程圖可知水從貯槽由泵輸出，經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后，再流經(jīng)管道后回到水槽，循環(huán)利用。改變流量并測(cè)定直管與管件的相應(yīng)壓差，即可測(cè)得流體流動(dòng)阻力。
2.直管阻力磨擦系數(shù)λ的測(cè)定
直管阻力是流體流經(jīng)直管時(shí)，由于流體的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力損失hf。
對(duì)于等直徑水平直管段根據(jù)兩測(cè)壓點(diǎn)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(qiáng)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(cè)定λ，需知道I、d、（P1-P2）、u、ρ等。
1）若測(cè)得流體溫度，則可查得流體的ρ值。
2）若測(cè)得流量，則由管徑可計(jì)算流速u。
兩測(cè)壓點(diǎn)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(cè)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(shí)所引起的阻力損失，在局部阻力件左右兩側(cè)的測(cè)壓點(diǎn)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(qiáng)降（Pa）
式（1—4）中ρ、u、ΔP等的測(cè)定同直管阻力測(cè)定方法。
五、實(shí)驗(yàn)流程圖
1.實(shí)驗(yàn)流程
實(shí)驗(yàn)對(duì)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(jì)和U型壓差計(jì)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(cè)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(cè)定局部阻力部分使用不銹鋼管，其上裝有待測(cè)管件(閘閥)；光滑管直管阻力的測(cè)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(cè)定對(duì)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(jì)測(cè)量，管路和管件的阻力采用壓差傳感器測(cè)量。
2.裝置參數(shù)
| 名稱 | 材質(zhì) | 管內(nèi)徑（mm） | 測(cè)量段長度（cm） | |
| 管路號(hào) | 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(dòng)：首先對(duì)水箱進(jìn)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(dòng)按鈕啟動(dòng)離心泵。
2.實(shí)驗(yàn)管路選擇：選擇實(shí)驗(yàn)管路，把對(duì)應(yīng)的進(jìn)口閥打開，并在出口閥最大開度下，保持全流量流動(dòng)5－10min。
3.排氣：將實(shí)驗(yàn)管路和測(cè)壓管中的空氣排盡。再進(jìn)行阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)。
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(shí)驗(yàn)變化0.5m3/h左右。每次改變流量，待流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，記下對(duì)應(yīng)的壓差值。然后用同樣方法做其他管路實(shí)驗(yàn)。
5.計(jì)算：裝置確定時(shí)，根據(jù)
和u的實(shí)驗(yàn)測(cè)定值，可計(jì)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(shí)驗(yàn)點(diǎn)，從而繪出λ～Re曲線。6.實(shí)驗(yàn)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(xiàng)
1.在啟動(dòng)離心泵前，要確保電源的正確，確保不缺相，離心泵缺相不會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)，且會(huì)燒毀離心泵。
2.在啟動(dòng)離心泵前，要確保離心泵轉(zhuǎn)向的正確，否則長時(shí)間反向運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)損壞離心泵。
3.在做流體阻力實(shí)驗(yàn)時(shí)，要排盡管路里的氣泡。
4.在開、關(guān)各閥門時(shí)，須緩開慢關(guān)。
八、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
| 序號(hào) | 流量（m3/h） | 光滑管壓差（mmHg） | 粗糙管壓差（mmHg） | 局部管壓差（mmHg） |