试验3送风机性能试验.DOCVIP

四、實驗原理： 雷諾由實觀察發現，圓管內流體的運動可分成兩種截然不同之模式，即層流及紊流。如圖4之實驗(a)證明，當流速甚低時，染料痕跡為直線，並與管軸平行，是為層流;(b)是流速增加至某一臨界點時，染料之條紋變成波浪形，如(c)所示;流速繼續增加，則染料痕跡破碎而擴散至全管水中，如(d)，稱為紊流。 圖4 圓管內之流動(a)實驗裝置(b)層流流動(c)過渡流動(d)紊流流動 層流中，流體流動為層狀，一層流體在另一層上滑移，各層之間具有分子作用。流體沿管子之流動形式，是由其流體分子動量與黏性之黏滯力比值大小所決定。當速度低時，流體分子動量低，與黏黏力之比值較小，使流體形成曾流;速度大時，動量遠大於黏滯力，形成紊流。無因次量之雷諾數NR即被用來作為判斷流動是層流或紊流之依據。 流體在圓管內之流動中，層流是發生於RE2000時，2000RE4000為過渡時期，RE4000時則為紊流。 下圖所示為各種流體之動力黏性係數。 圖5 各種流體在定壓下之動力黏性 下表所示為水於1atm時之各種物理性質 流體若是理想流體、穩定流動(steay flow)，則每單位質量流體之有效能量或每單位重量流體之有效能量為一常數，此方程式稱為理想流體在穩定流之能量方程式或稱為柏努利方程式(Bernoulli’s equation)。可分別以下列方程式表之 流體流動時，可以轉變其他型式之能量或做功的能量稱為有效能量(effective energy)。如壓力能、動能、位能等均屬之。流體運動由剪力所作之功、流體元素所具有之內能及熱量均不能為流體系統所利用，統稱為流體系統有效能量損失(energy loss)。流體在管路系統中之流動有二種形式能量之損失，即表面阻抗及形狀阻抗所造成。分敘如下： (1) 管流之表面阻抗 1.成因：管流之表面阻抗係管壁對流體黏滯性阻抗之效果，以管壁剪力之方式表之。 2.表面阻抗之通式：定型斷面之直線管流不論其斷面形狀如何，或管中流體質點為層流(Laminor fiow)或紊流(Turbulent flow)，若在穩定均勻流動(steady uniform fiow)下，其管壁表面阻抗之能量損失可以下式表之： 上式稱為Darcy-Weisbach方程式，f為磨阻係數，可查Moody-diagram，如圖6所示。磨阻係數f可用下列公式來計算： (a)層流 (b)紊流(柯爾布魯克公式Colebrook formula) 下表為若干新管之絕對粗糙度 圖6各種圓管之磨阻係數 (2)形狀阻抗 1.成因：流體運動若有尾跡 (wake) 出現，其動能無法轉變為壓力能，致生壓力阻抗 (pressure drag)，又稱形狀阻抗 (form drag)，即因流速變化所引起之能量損失稱為管壁之形狀阻抗能量損失 2.管流發生形狀阻抗之流況 (a)由於管流斷面之縮小或擴大，如突縮、突擴、漸縮、漸擴管流。 (b)由於管線方向之改變，如彎管、折管。 (c)由於管線中設置流速儀、流量計等量測儀器，當流體通過時，其流速之大小及方向均受影響。 (d)由於管線中設置控制流量之設備，如閘閥、開關等。 (e)由於管線中設置分流及合流之設備，如Y形管、T形管、十字形管等。 3.形狀阻抗之通式 形狀阻抗之能量損失，是非直線管流之能量損失，均靠實驗以定其值。 該類實驗多在紊流狀態下完成，因此其能量損失，均約與流速平方成正比例，即 KL為形狀阻抗之損失係數。 五、實驗記錄表： 六、問題與討論： 1.將管路系統、閥門系統各控制點間之損失係數或磨阻係數作成表。 2.將所使用之各種管路或配件查附表，找出其理論上或經驗之f或KL值，將實驗值結果與其做比較，並加以討論。 3.試計算不同流量下之雷諾數。 4.試取一參考之基準高度，計算各點測量點之有效能量。 相對粗糙度 磨阻係數 雷諾數 光滑管 過渡範圍