安全工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教程2.2摩擦阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)的測定

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1、××學(xué)院摩擦阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握風(fēng)筒摩擦阻力與摩擦阻力系數(shù)值的實(shí)測方法，進(jìn)一步理解影響摩擦阻力的各個(gè)因素。2、掌握使用皮托管和傾斜壓差計(jì)（或微壓計(jì)）測定局部阻力系數(shù)的原理、步驟和方法。3、掌握測定通風(fēng)阻力，求算風(fēng)阻，等積孔并繪制風(fēng)阻特性曲線的方法。4、通過測定加深理解能量方程在通風(fēng)中的應(yīng)用。二、儀器設(shè)備扇風(fēng)機(jī)和管網(wǎng)系統(tǒng)（如圖2-15所示），皮托管、空盒氣壓計(jì)、溫度計(jì)、膠皮管、三通、傾斜U形水柱計(jì)，垂直U形水柱計(jì)、鋼卷尺、皮尺。圖2-15扇風(fēng)機(jī)和管網(wǎng)系統(tǒng)三、實(shí)驗(yàn)原理1、摩擦

2、阻力系數(shù)α的測定對(duì)某一段風(fēng)道（實(shí)驗(yàn)室為管道）的摩擦阻力可按下式計(jì)算：（2-11）式中：h摩——摩擦阻力，mmH2O；α——摩擦阻力系數(shù)，kg?s2/m4；L——風(fēng)道長度，m；S——風(fēng)道斷面積，m2；Q——通過風(fēng)道的風(fēng)量，m3/s；U——風(fēng)道的周邊長，m。由2-11式可知，若要測出某段風(fēng)道的摩擦阻力系數(shù)α，只要測出這段風(fēng)道的摩擦阻力（h摩）和通過的風(fēng)量（Q），同時(shí)把風(fēng)道的長度（L）周邊長（U）和凈斷面積（S）量出來，可計(jì)算出風(fēng)道的摩擦阻力系數(shù)α。三、實(shí)驗(yàn)原理欲測定風(fēng)筒的摩擦阻力系數(shù)α，可在圖2-15所

3、示的管網(wǎng)系統(tǒng)中，先取一段直線風(fēng)筒，在風(fēng)道內(nèi)選擇A、B兩個(gè)測點(diǎn)，如圖2-16所示，在其中亟A、B兩點(diǎn)，將單管壓差計(jì)調(diào)平，A、B在兩測點(diǎn)放置皮托管，用膠皮管將測點(diǎn)的靜壓分別接到壓差計(jì)，測A、B兩斷面風(fēng)流的勢能差（h測AB），再用皮托管和壓差計(jì)分別測出兩端面的平均風(fēng)速，用皮尺和小鋼尺量出間的距離和它們的周長。圖2-16摩擦阻力系數(shù)測定三、實(shí)驗(yàn)原理（1）hc的測定。當(dāng)風(fēng)筒水平放置、兩測點(diǎn)之間風(fēng)筒斷面積相等、沒有局部阻力且空氣密度近似相等時(shí)，根據(jù)能量平衡方程可知兩測點(diǎn)之間的摩擦阻力就是通風(fēng)阻力。根據(jù)風(fēng)流的能量

4、方程可知：（2-12）式中：hm1-2——AB段風(fēng)道的通風(fēng)阻力，Pa；P1、P2——AB段風(fēng)道的勢能差，Pa；v1、v2——分別為A和B斷面的平均風(fēng)速，m/s；ρ1、ρ2——分別為A和B斷面的空氣密度，kg/m3。三、實(shí)驗(yàn)原理空氣重率，由下式求出：（2-13）式中：ρ——空氣密度（kg/m3）；P——大氣壓，毫米汞柱；T——絕對(duì)溫度，（273+t℃）。風(fēng)量取A和B兩點(diǎn)的平均風(fēng)量：（2-14）式中：S1,S2——兩點(diǎn)斷面積，m2；k1,k2——?jiǎng)訅盒Ｕ禂?shù)。三、實(shí)驗(yàn)原理（2）風(fēng)阻R的求算：（2-15）

5、（3）等積孔A的計(jì)算：（2-16）（4）摩擦阻力系數(shù)α的計(jì)算：（2-17）換算成礦井標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的摩擦阻力系數(shù)α值：（2-18）三、實(shí)驗(yàn)原理2、局部阻力系數(shù)ξ的測定由于風(fēng)流的速度和方向突然發(fā)生變化，導(dǎo)致風(fēng)流本身產(chǎn)生劇烈的沖擊，形成極為紊亂的渦流，從而損失能量，造成這種沖擊渦流的阻力就叫局部阻力。在圖2-15所示風(fēng)筒直角轉(zhuǎn)彎前后選擇兩個(gè)測定斷面C、D，測定CD段通風(fēng)阻力h阻CD和平均風(fēng)速。因?yàn)樗裕?-19）三、實(shí)驗(yàn)原理又（2-20）式中：——測定的AB段風(fēng)筒風(fēng)阻，NS2/M7；——AB段長度，m；——

6、CD段長度，m；——測定的鐵風(fēng)筒摩擦阻力系數(shù)，kg/m3。（2-21）四、實(shí)驗(yàn)步驟1、摩擦阻力系數(shù)α的測定按測量要求布置和連接好儀器后，測量AB的間距L、風(fēng)筒周邊長U和風(fēng)筒的兩點(diǎn)斷面積S1、S2；啟動(dòng)扇風(fēng)機(jī)，待運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，讀出風(fēng)流中心點(diǎn)的動(dòng)壓hmax及絕對(duì)靜壓差（P1-P2），并同時(shí)記錄氣溫t、濕球溫度和大氣壓P。2、局部阻力系數(shù)ξ的測定選定局部阻力物，例如直角轉(zhuǎn)彎及圓弧轉(zhuǎn)彎的風(fēng)筒，布置儀器測出h及h動(dòng)，計(jì)算的空氣密度ρ，然后計(jì)算出ξ值。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理畫出實(shí)驗(yàn)示意圖，在圖中標(biāo)注皮托管及傾斜壓差計(jì)（

7、或微壓計(jì)）的連接方式。具體記錄在表2-5～2-8中。