局部阻力分析实验.doc

局部阻力分析实验.doc:..管道内的局部阻力实验报告一、 实验目的:。、 实验设备:压力测量计,管道,阀门三、实验原理:在实际的管路系统中,不但存在上一节所讲的在等截面直管中的沿程损失,而且也存在有各种各样的其它管件,如弯管、流道突然扩大或缩小、阀门、三通等,当流体流过这些管道的局部区域时,流速大小和方向被迫急剧地发生改变,因而出现流体质点的撞击,产生旋涡、二次流以及流动的分离及再附壁现象。此时由于粘性的作用,流体质点间发生剧烈的摩擦和动量交换,从而阻碍着流体的运动。这种在局部障碍物处产生的损失称为局部损失,其阻力称为局部阻力。因此一般的管路系统中,既有沿程损失,又有局部损失。四、局部损失的产生的原因及计算:—、产生局部损失的原因对于突然扩张的管道,(“)所示,而且由于流体惯性的作用,流体质点在突然扩张处不可能马上贴附于壁面,而是在拐角的尖点处离开了壁面,出现了一系列的旋涡。进一步随着流体流动截面面积的不断的扩张,直到2截面处流体充满了整个管截面。在拐角处由于流体微团相互之间的摩擦作用,使得一部分机械能不可逆的转换成热能,在流动过程中,不断地有微团被主流带走,同时也有微团补充到拐角区,这种流体微团的不断补充和带走,必然产生撞击、摩擦和质量交换,从而消耗一部分机械能。启一方面,进入大管流体的流速必然重新分配,增加了流体的相对运动,并导致流体的进一步的摩擦和撞击。局部损失就发生在旋涡开始到消失的一段距离上。(巧给出了弯曲管道的流动。由于管道弯曲,流线合发生弯曲,流体在受到向心力的作用下,管壁外侧的压力高于内侧的压力。在管壁的外侧,压强先增加而后减小,同时内侧的压强先减小后增加,这样流体在管内形成螺旋状的交替流动。综上所述,碰撞和旋涡是产生局部损失的主要原因。当然在1-2之间也存在沿程损失,一般来说,局部损失比沿程损失要大得多。在测量局部损失的实验中,实际上也包括了沿程损失。二、局部损失的计算如前所述,单位重量流体的局部能量损失以农表示式中,局部损失(阻力)系数,是一个元量纲的系数,它的大小与局部障碍物的结构形式有关,由实验确定。7—管中的平均速度(通常指局部损失之后的速度)。局部压强损失为式中,a—流经局部障碍物前后的压强差(或总压差)。,所以对于大多数情况局部损失只能通过实验来确定。只有极少数情况下的局部损失可以进行理论计算。对于突然扩大的情况,可以通过理论推导得到局部损失的计算公式。(a)所示的突然扩张的管道内流动,由于流体的碰撞、惯性和附面层的影响,在拐角区形成了旋涡,引起能量损失。由图可见,流体到2截面充满整个管道。取1-1和2-2截面以及侧表面为控制体,并设截面1处的面积为参数为戸必;截直2处的面积为仗参数为讥,贝岷据柏努力方程,有△+纪+z】=—+—+z2+hX2g1y2g2 ;于是局部损失为h=4+士'Y 2g对1-1和2-2截面运用连续方程,即对所取得控制面应用动量方程,考虑到1T和2-2截面之间的距离比较短,通常可以不计侧表面上的表面力,于是动量方程可写为将动量方程和连续方程代入劣的表达式得( g 2g 2g¥(1一令2g4返4G=(^_1),则局部损失可写为2g2g()式中,分别表示局部损失(阻力)系数。式()表明,用公式计算局部损失时,采用的速度可以是损失前的也可以是损失后的,但局部损失系数也不同。宙式()及局部损失系数的表达式可以看出,突然扩大的局部损失系数仅与管道的面积比有关而与雷诺数无关,实际上根据实验结果可知,在雷诺数不很大时,局部损失系数随着雷诺数的增大而减小,只有当雷诺数足够大(流动进入阻力平方区)后,局部损失系数才与雷诺数无关。下面给出的几种比较常见的局部损失系数的计算,且一般情况下,局部损失系数均指对应发生损失后的速度给出的。流体流过逐渐扩张的管道时,由于管道截百积的逐渐扩大,使得流速沿流向减小,压强增高,且由于粘性的影响,在靠近壁面处,宙于流速小,以至于动量不足以克服逆压的倒推作用,因而在靠近壁直处出现倒流现象从而引起旋涡,产生能量损失。渐扩管的扩散角&越大,旋涡产生的能量损失也越大,9越小,要达到一定的面积比所需要的管道也越长,因而产生的摩擦损失也越大。所以存在着一个最佳的扩散角&。在工程中,一般取®=Z2・,其能量损失最小。&在60。左右损失最大。渐扩管的局部损失系数为a8吨)()