流阻

流阻測量的精度：

流阻測量的精度一方面依賴於流阻儀本身的系統精度，另一方面決定於利用標準流阻對儀器的校準，對各種可能的標準流阻材料進行了分析，最後確定使用玻璃管作標準流阻較適宜。因為玻璃管標準流阻既有足夠的精度又有容易獲得和製作。

常用的流阻測試方法：

隨著減阻技術的發展，根據不同的減流阻性能測試的需要，湧現出不同的流阻測試方法。流阻測試裝置研製及塗層減阻性能。

應變式天平測試法：

將試驗模型與應變式天平相連，模型在流體流動(水流)中受到的阻力會使與其相連的應變式天平變形，這個變形通過電阻應變片轉化為電信號，然後通過電橋電路測量，並以電壓值的形式顯示出測量值。應變天平的應變值通過放大器放大，用精密數字示波器讀出，將數據採集到微型計算機上進行處理后，將電壓值換算成阻力值，通過比較不同模型的阻力值大小來檢測模型的減阻性能。

採用了應變式單分量阻力天平原理對四類不同的壁面(親水性光滑壁面、親水性粗糙壁面、疏水性光滑壁面和疏水性粗糙壁面)的平板模型減阻性能進行了研究。該水洞試驗段為6.0mx0.4mx0.4m。實驗平板模型尺寸分別為950mmx392mmxsrnrn。

閥門的流量係數是衡量閥門流通能力的指標，流量係數值越大說明流體經過閥門時的壓損失越小。閥門的流阻係數可以衡量流體通過閥門後主要功率消耗。而閥門的流量係數、流阻係數取決於閥門的尺寸、形式、結構，因此閥門流量流阻係數的試驗對閥門產品改進、為流體工程系統降低功耗合理設計，能提供有效數據。

裝置主要技術參數與功能

根據建設方對試驗裝置的要求，設計的試驗裝置主要技術參數如下：

①能提供迴路最高壓力：2.5MPa；②溫度：常溫（≤40℃）；③最大流量：150m/h；④閥門最大口徑：100mm；⑤迴路介質：去離子水。

試驗裝置主要功能為：當水流通過閥門達到穩流時，測定各型閥門的流量係數與流阻係數，流量試驗和流阻試驗能滿足JB/T5296－1991《通用閥門流量係數和流阻係數的試驗方法》的要求。

主迴路系統

1）功能：

主迴路系統為閉式循環迴路，功能是為被測試閥門提供穩定的流量。根據現場條件以及建設方需求，設計的流量範圍為（0～10）m/h、（0～40）m/h、（0～200）m/h。

2）組成及特點：

①根據試驗及現場環境要求，需要儘可能減少泄漏，最大程度降低雜訊，故選用2台型號為P4L100－65－250/37－2的屏蔽泵。1台屏蔽泵可提供80m/h的流量，出口壓力2.5MPa。當使用流量（0～10）m/h、（0～40）m/h，只需啟動1台屏蔽泵；當使用流量為（80～200）m/h，同時啟動2台屏蔽泵。

②3條通徑分別為DN25，DN50，DN100的測試管段，每個測試管段由1台流量計、1台電動調節閥、被測試閥門、1台壓差計、2台隔離閥、相應的管路組成。

DN25、DN50、DN100測試管段的流量範圍分別為：（0～10）m/h、（0～40）m/h、（0～200）m/h。DN25測試管段可用於測量DN15、DN20、DN25閥門；DN50測試管段可用於測試DN32、DN40、DN50閥門；DN100測試管段可用於測試DN65、DN80、DN100閥門。

③1條通徑為DN100的旁通管段，用於調節閥門試驗段至額定壓力與流量。

④測量儀錶（流量計、壓力表、壓差計、溫度計）。各測量儀錶具有現場指示及控制台集中顯示功能，能對現場工況實時監控。

⑤排氣閥門及相應管路、附件。

3）運行過程：

運行前先將主迴路系統注滿水，然後在控制室啟動1台或2台屏蔽泵，通過補水系統、穩壓系統、旁通閥將閥門被試驗段壓力調至公稱壓力，流量調至所需流量值，然後進行閥門流量流阻係數試驗。

試驗數據

試驗應按JB/T5296－91的規定進行，被測試的閥門在迴路充水前即安裝在試驗管段上，隨同迴路一起升壓，達到試驗要求的溫度和壓力后即可進行閥門的各項試驗。

啟動主泵（當需要的流量低於80m/h啟動1台主泵，否則同時啟動2台主泵），主迴路系統開始工作。在控制室中調節電動調節閥可得到5個流量：測試閥門的最小流量（Re=4×10）、25%最大流量、50%最大流量、75%最大流量和最大流量，同時差壓計可測定對應流量下閥門進出口的壓差。試驗數據將自動儲存在計算機中，計算機對試驗數據進行處理就可得到被試驗閥門的流量係數C和流阻係數K。

對DN25截止閥、DN50截止閥、DN100蝶型止回閥進行了流量流阻係數試驗，並由計算機生成試驗報告，試驗報告中的數據即為壓力損失△P的對數與流量Q的關係。壓力損失△P的對數lg△P與流量Q的近似線性關係，並計算出閥門的流量係數與流阻係數。

無閥壓電泵的泵送性能主要取決於管道系統中的正、反向流阻差值，因而對流阻的測試尤為重要。為此設計了能夠實現自動或半自動上水功能的無閥壓電泵流阻測試裝置，該裝置測試液體的流速範圍較寬，易於分析、研究流阻作用規律；以半球缺閥為例推導了阻力係數公式；利用新、舊2種測試裝置對半球缺阻流體無閥壓電泵的流阻進行了測試並計算了泵理論流量，與試驗流量的偏差分別為34.38%、117.33%。研究表明：無閥壓電泵流阻測試裝置極大地提高了流阻測試精度；能夠進行流阻測試、分析、泵理論流量計算及試驗流量的預測。

無閥泵流阻測試原理

半球缺阻流體無閥泵是一種新型的無閥泵，其形成無移動部件閥的結構是置於泵腔中的阻流體半球缺，這裡所謂的半球缺是1/4球體。由於其球面和圓面具有對流體不等的阻流特性，能夠形成穩定的流阻差，故置於泵腔中就起到了管道閥或腔底閥的作用，能夠使泵形成穩定的輸出流量。除了通過電壓或頻率控制流量外，還可通過適當旋轉半球缺相對於出入口的角度、有序增加半球缺的個數等方法提高泵的泵送性能，流量的可調可控性較好。

因球面對流體的阻力小於圓面對流體的阻力，所以，泵在工作時，經由左入口管流入泵腔的流體多於右出口管流入的流體；由右出口管排出的流體多於左入口管排出的流體，故在泵的一個工作周期內，形成了流體的單向流動。

通過分析無閥泵的流阻測試原理，推導出流阻係數計算公式。半球缺流阻係數計算是基於伯努利能量方程、質量守恆方程，計算流體流經半球缺后的水頭損失而獲得的。取入口管、出口管所在中心平面O-O面為基準面；過流斷面Ⅰ-Ⅰ取為工作水箱給定水位自由液面處，距離基準面為H；過流斷面Ⅱ-Ⅱ取為距出口管較近處。取過流斷面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ之間的流體區域為試驗測試段。具有一定勢能的恆定均勻水流從工作水箱出口管流入泵腔內，流經測試段區域，消耗掉一部分水頭能量，包括沿程水頭損失、局部水頭損失和由阻流體半球缺產生的水頭損失。

在泵腔內放入半球缺后，流體分別繞流過半球缺的球面和圓面後會產生不同的水頭損失。若流體由入口流入、由出口流出的流動定義為正向流動，簡稱正流；流體由出口流入、由入口流出的流動定義為反向流動，簡稱反流。

流阻測試試驗

1、流阻測試試驗比較：

為比較新、舊2種測試裝置的測試精度，現以半球缺阻流體無閥壓電泵為例，先後利用2種測量裝置進行流阻測試。試驗中，分別調整新、舊2種測試裝置的水箱和儲液瓶中自由液面至泵腔中心水平面的距離H為相同高度，此處取為300mm，在相同的測試條件下先後利用2種測試裝置分別對半球缺阻流體無閥泵泵腔內流阻係數進行測試，測試的流體介質為純凈水。試驗中需要測試的數據有：無半球缺時流體流經測試區域所需時間Δt、加半球缺正向、反向流經測試區域所需時間Δt、Δt。待測試流體的流量取Q為300mL，管道的橫截面面積A為3×10mm。

具有相同勢能的流體，流經2種測試裝置后，流出相同體積的流體所消耗的時間不同，導致流體流經半球缺后的流速不同，直接導致流阻係數的不同。新型流阻測試裝置，由於具有自動或半自動上水功能，能夠保證自由液面穩定在固定高度H液面處，確保流速的穩定，能夠提高測試數據的準確性；傳統流阻測試裝置自由液面高度H隨著試驗的進行是無常的、實時變化的，使測試點速度波動較大，測試數據不準確。

2、泵流量試驗驗證：

泵理論流量與試驗流量均隨頻率增加而增加，二者變化趨勢一致；傳統流阻測試裝置得到的阻力係數對應的泵理論流量Q遠大於新型流阻測試裝置對應的理論泵流量Q；傳統與新型測試裝置對應的理論與試驗流量Q的平均偏差分別為117.33%、34.38%。分析表明，新型流阻測試裝置極大地提高了流阻測試精度，提高了泵理論流量計算精度；可以應用該裝置對無閥泵的流阻進行測試、分析，並進行泵理論流量的計算及試驗流量的預測；同時，適當調整載物台高度，能夠保證測試數據點分佈均勻，易於進行流阻作用規律的分析，為無閥泵泵送性能的優化提供有力的理論依據。

儘管新型流阻測試裝置提高了流阻測試精度，但其對應的理論流量與試驗流量仍然存在較大偏差。其中，對偏差影響較顯著的是泵理論流量計算公式。因流場運動的複雜性和瞬變性，難以建立工程中實用的流動方程式，對於數學上各種流動問題分析，進行模型的移植、簡化是常用的處理方式。泵理論流量的推導是將瞬態流模型簡化為定常流模型而實現的，而試驗中的流態仍是瞬態流，瞬態流容易產生激波、振動、撞擊，會消耗大量的能量，這些能量不可逆轉的轉變為熱量，使沿程機械能不守恆，直接導致試驗流量低於理論流量；另外，氣穴、泵腔密封性、環境條件、人為因素等在一定程度上也將減小泵的試驗流量。