局部阻力分析實驗

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1、管道內(nèi)的局部阻力實驗報告一、實驗?zāi)康模?.了解各種局部阻力的形成原因及影響狀況。2.掌握能量損失以及損失計算方法二、實驗設(shè)備：壓力測量計，管道，閥門三、實驗原理:在實際的管路系統(tǒng)中，不但存在上一節(jié)所講的在等截面直管中的沿程損失，而且也存在有各種各樣的其它管件，如彎管、流道突然擴大或縮小、閥門、三通等，當(dāng)流體流過這些管道的局部區(qū)域時，流速大小和方向被迫急劇地發(fā)生改變，因而出現(xiàn)流體質(zhì)點的撞擊，產(chǎn)生旋渦、二次流以及流動的分離及再附壁現(xiàn)象。此時由于粘性的作用，流體質(zhì)點間發(fā)生劇烈的摩擦和動量交換，從而阻礙著流體的運動。這種在局部障礙物處產(chǎn)生的損失稱為局部損失，其阻力稱為局部阻力。因此

2、一般的管路系統(tǒng)中，既有沿程損失，又有局部損失。四、局部損失的產(chǎn)生的原因及計算：—、產(chǎn)生局部損失的原因?qū)τ谕蝗粩U張的管道，宙于流體從小管道突然進入大管道如圖4.9(“)所示，而且由于流體慣性的作用，流體質(zhì)點在突然擴張?zhí)幉豢赡荞R上貼附于壁面，而是在拐角的尖點處離開了壁面，出現(xiàn)了一系列的旋渦。進一步隨著流體流動截面面積的不斷的擴張，直到2截面處流體充滿了整個管截面。在拐角處由于流體微團相互之間的摩擦作用，使得一部分機械能不可逆的轉(zhuǎn)換成熱能，在流動過程中，不斷地有微團被主流帶走，同時也有微團補充到拐角區(qū)，這種流體微團的不斷補充和帶走，必然產(chǎn)生撞擊、摩擦和質(zhì)量交換，從而消耗一部分機械

3、能。啟一方面，進入大管流體的流速必然重新分配，增加了流體的相對運動，并導(dǎo)致流體的進一步的摩擦和撞擊。局部損失就發(fā)生在旋渦開始到消失的一段距離上。圖4.9(巧給出了彎曲管道的流動。由于管道彎曲,流線合發(fā)生彎曲，流體在受到向心力的作用下，管壁外側(cè)的壓力高于內(nèi)側(cè)的壓力。在管壁的外側(cè)，壓強先增加而后減小，同時內(nèi)側(cè)的壓強先減小后增加，這樣流體在管內(nèi)形成螺旋狀的交替流動。綜上所述，碰撞和旋渦是產(chǎn)生局部損失的主要原因。當(dāng)然在1-2之間也存在沿程損失，一般來說，局部損失比沿程損失要大得多。在測量局部損失的實驗中，實際上也包括了沿程損失。二、局部損失的計算如前所述，單位重量流體的局部能量損失

4、以農(nóng)表示式中，局部損失（阻力）系數(shù)，是一個元量綱的系數(shù)，它的大小與局部障礙物的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，由實驗確定。7—管中的平均速度（通常指局部損失之后的速度）。局部壓強損失為式中，a—流經(jīng)局部障礙物前后的壓強差(或總壓差)。1.突然擴張管道的局部損失計算由于產(chǎn)生局部損失的情況多種多樣以及其流動tl況的復(fù)雜性，所以對于大多數(shù)情況局部損失只能通過實驗來確定。只有極少數(shù)情況下的局部損失可以進行理論計算。對于突然擴大的情況，可以通過理論推導(dǎo)得到局部損失的計算公式。流體在如圖4.9(a)所示的突然擴張的管道內(nèi)流動，由于流體的碰撞、慣性和附面層的影響，在拐角區(qū)形成了旋渦,引起能量損失。由圖可見

5、，流體到2截面充滿整個管道。取1-1和2-2截面以及側(cè)表面為控制體，并設(shè)截面1處的面積為參數(shù)為戸必；截直2處的面積為仗參數(shù)為譏,貝岷據(jù)柏努力方程，有△+紀(jì)+z】=—+—+z2+hX2g1y2g2;于是局部損失為h=4+士'Y2g對1-1和2-2截面運用連續(xù)方程，即對所取得控制面應(yīng)用動量方程，考慮到1T和2-2截面之間的距離比較短，通常可以不計側(cè)表面上的表面力，于是動量方程可寫為將動量方程和連續(xù)方程代入劣的表達式得(g2g2g￥(1一令2g4返4G=(^_1),則局部損失可寫為2g2g(4.35)式中，分別表示局部損失(阻力)系數(shù)。式(4.35)表明，用公式計算局部損失時，采

6、用的速度可以是損失前的也可以是損失后的，但局部損失系數(shù)也不同。宙式(4.35)及局部損失系數(shù)的表達式可以看出，突然擴大的局部損失系數(shù)僅與管道的面積比有關(guān)而與雷諾數(shù)無關(guān)，實際上根據(jù)實驗結(jié)果可知，在雷諾數(shù)不很大時，局部損失系數(shù)隨著雷諾數(shù)的增大而減小，只有當(dāng)雷諾數(shù)足夠大(流動進入阻力平方區(qū))后，局部損失系數(shù)才與雷諾數(shù)無關(guān)。對所取得控制面應(yīng)用動量方程，考慮到1T和2-2截面之間的距離比較短，通?？梢圆挥媯?cè)表面上的表面力，于是動量方程可寫為將動量方程和連續(xù)方程代入劣的表達式得(g2g2g￥(1一令2g4返4G=(^_1),則局部損失可寫為2g2g(4.35)式中，分別表示局部損失(阻

7、力)系數(shù)。式(4.35)表明，用公式計算局部損失時，采用的速度可以是損失前的也可以是損失后的，但局部損失系數(shù)也不同。宙式(4.35)及局部損失系數(shù)的表達式可以看出，突然擴大的局部損失系數(shù)僅與管道的面積比有關(guān)而與雷諾數(shù)無關(guān)，實際上根據(jù)實驗結(jié)果可知，在雷諾數(shù)不很大時，局部損失系數(shù)隨著雷諾數(shù)的增大而減小，只有當(dāng)雷諾數(shù)足夠大(流動進入阻力平方區(qū))后，局部損失系數(shù)才與雷諾數(shù)無關(guān)。下面給出的幾種比較常見的局部損失系數(shù)的計算，且一般情況下,局部損失系數(shù)均指對應(yīng)發(fā)生損失后的速度給出的。流體流過逐漸擴張的管道時，由于管道截百積的逐漸