DB-ZL 流体流动阻力实验装置
| 技术指标 | 说 明 | |||
| 装置特点 |
实验装置数据稳定，重现性好，能给实验者较明确的流体阻力概念。 2、整个装置美观大方，结构设计合理，具备强烈的工程化气息，能够充分体现现代化实验室的概念。 3、设备布局合理、美观，结构清晰，整体感强，能够在实验室中体现主实验设备的概念。 4、设备整体为自行式框架结构，并安装有禁锢脚，便于系统的拆卸检修和搬运。 5、管路取压采用工业标准均压环方式，取压稳定、准确；采用差压传感器测量，工艺美观，操作方便。 6、整套系统采用标准工业仪表控制系统，可进行化工原理实验，也是过程自动化及化工检测仪表实验的良好平台。 7、装置设计可360度观察，实现全方位教学与实验。 |
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| 装置功能 |
1、学习直管摩擦阻力△Pf、直管摩擦系数λ的测定方法。 2、掌握不同流量下摩擦系数λ与雷诺数Re之间关系及其变化规律。验证在层流、过渡流、湍流区内λ与Re的关系曲线。 3、测定湍流状态下流体流经阀门时的局部阻力系数。 4、采用四点测压法精确测定局部阻力。 5、全触摸集成化控制，高稳定数据传输，硬件加密。 |
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| 设计参数 |
流体阻力： 光滑管：雷诺数：0.80～6.0×104，液体流量：0.5~10 m3/h ，压差范围：10~100KPa。常温、常压操作。 粗糙管：雷诺数：0.60～6.0×104，液体流量：0.5~10 m3/h，压差范围：20~150KPa。常温、常压操作。 阀门局部阻力：雷诺数1.35～6.0×104，液体流量：0.5~10 m3/h，压差范围：10~200KPa。常温、常压操作。 |
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| 公用设施 |
水：装置自带透明水箱，连接自来水。实验时经离心泵进入测试管路，循环使用。 电：电压AC220V，功率1.0KW，标准单相三线制。每个实验室需配置1~2个接地点（安全地及信号地）。 实验物料：清洁自来水，外配设备：无。 |
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| 主要设备 |
1、粗管测量段：DN 20mm，透明可视，管长1000 mm，Re范围0.80～6.0×104。 2、细管测量段：DN 15mm，透明可视，1000 mm，Re范围0.60～6.0×104。 3、局部阻力：DN 15mm，四点取压，1000 mm，Re范围1.35～6.0×104,上装阀门一个。 4、涡轮流量传感器：量程0.5-10 m3//h，分辨率0.001 m3/h，4-20mA远传输出数字显示，流量检测机构。 5、压差传感器：压差范围：10~200KPa，分辨率0.01 KPa，4-20mA输出数字显示，压力检测机构。 6、循环水箱：≥100L，优质透明有机玻璃,带贮水排空底阀，管路循环回水与泵吸入口间隔板设计。 7、管路：透明材质，壁厚≥2.5mm。 8、温度传感器：Pt100，分辨率0.1℃，精度0.5%，数字显示。 9、304不锈钢离心泵：功率550W，最大流量6m3/h，扬程14m。 电器：接触器、开关、漏电保护空气开关。 11、中央处理器：执行速度0.64μs，内存容量16K，功能：数据处理运算。 12、模拟模块：高达16位分辨率，总和精度±0.5%，内建RS485通讯模式。 13、温度模块：分辨率0.1℃，精度0.5%，内建RS485通讯模式。 14、采用一体机平板触摸电脑，全程数字化触摸屏控制操作。HMI：投射式触控技术，5000万次触摸点，内存2G，功能：中央处理器数据显示控制。 15、额定电压：220V，总功率：1.0kW。 16、外形尺寸：2200×550×1800mm（长×宽×高），外形为可移动式设计，带刹车轮，高品质铝合金型材框架，无焊接点，安装拆卸方便，水平调节支撑型脚轮. 17、工程化标识：包含设备位号、管路流向箭头及标识、阀门位号等工程化设备理 念配套，使学生处于安全的实验操作环境中，学会工程化管路标识认知，培养学生 工程化理念。 |
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测控组成 |
变量 | 检测机构 | 显示机构 | 执行机构 |
| 水流量 | 涡轮流量计 | 触摸屏 | 手动阀控 | |
| 压差 | 压差传感器 | 触摸屏 | 无 | |
| 液体温度 | PT100铂电阻 | 触摸屏 |
无 |
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流体流动阻力的测定实验装置使用说明书
本实验装置可以测定对比：DN20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：离心泵、蓄水箱、沿程阻力光滑管、沿程阻力粗糙管、局部阻力管、U型压差计、涡轮流量计、流量显示仪阀门、实验台架及电控箱等组成。
2.光滑直管段：管径DN-20mm、管长L=1.7m、测压段L=1.3m，材质：不锈钢管。
3.粗糙直管段：管径DN-18mm、管长L=1.7m、测压段L=0.5m，材质：镀锌铁管。
4.局部阻力直管段:管径DN-20mm；管长L=1.7m、测压段L=1.3m，材质：不锈钢管。
5.涡轮流量计：量程（0.8～8m3／h),精度0.5。
6.水泵参数:流量:5m3／h，扬程:20m，电机功率:750W。
7.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x。
四、实验原理
1.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。
2.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：
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。
3.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：
（1-4）即：
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。
五、实验流程图
1.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，涡轮流量计和U型压差计等所组成的。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(闸阀)；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较粗糙的镀锌管。
水的流量使用涡轮流量计测量，管路和管件的阻力采用压差传感器测量。
2.装置参数
| 名称 | 材质 | 管内径（mm） | 测量段长度（cm） | |
| 管路号 | 管内径 | |||
| 局部阻力 | 闸阀 | 1 | 20.0 | 50 |
| 光滑管 | 不锈钢管 | 2 | 20.0 | 130 |
| 粗糙管 | 镀锌铁管 | 3 | 18.0 | 130 |
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2到5m3/h范围内变化，建议每次实验变化0.5m3/h左右。每次改变流量，待流动达到稳定后，记下对应的压差值。然后用同样方法做其他管路实验。
5.计算：装置确定时，根据
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.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。
2.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。
3.在做流体阻力实验时，要排尽管路里的气泡。
4.在开、关各阀门时，须缓开慢关。
八、实验数据处理
| 序号 | 流量（m3/h） | 光滑管压差（mmHg） | 粗糙管压差（mmHg） | 局部管压差（mmHg） |