管路设计与安装实验的装置图

① 试验方案

3.2.1.1 非饱和砂的土水特征曲线试验方案

图3.9 土水特征曲线压力板仪

本实验采用美国GCTS公司SWC-150Fredlund土水特征曲线压力仪（图3.9），该仪器具有如下主要特点：

1）由非饱和土力学创始人Fredlund先生指导设计；

2）在试验过程中，可以施加垂直压力；

3）可以测量体积变化和含水量；

4）可以施加吸力到1500kPa，既可测试吸湿曲线，也可以测试脱湿曲线；

5）双压力仪表和调压器，可以精确控制压力；

6）使用轴平移技术，可以测量零位初始吸力（备选功能）；

7）冲刷功能，可以测量扩散气泡；

8）不锈钢结构，手动按键，可以快速安装在加载锤上，提供压力补偿器；

9）微型加热器，防止压力室内的蒸汽冷凝。

美国GCTS公司Fredlund SWCC装置是一套非饱和土测试装置，具有很大的灵活性，可以在不同的应力路径下，施加基质吸力。该设备可以得到土体完全的土水特征曲线，吸力控制可以从近似零值到1500kPa，可以施加一维加载（即K0状态），试样直径可以达到71mm，不锈钢结构。可以对各种试样在干或者湿状态下进行试验。通过双压力仪表和调节阀来控制试样顶部的孔隙气压力_μa。不锈钢结构的压力室带有简便的按键和旋扭，可以快速的安装试样。设备包括一个压力面板、双压力表和调节阀，可以在低压范围内调节精确的压力；还包括必要的管路和阀门，用来定期冲刷和测量扩散气泡。

几种不同压力的高进气值陶土板可以轻易地更换，压力范围有100kPa、300kPa、500kPa和1500kPa，可以根据被测的土体类型来选择不同压力的陶土板。在试验过程中，试样可以受到一个象征性的垂直荷载，或者是一个类似于现场的覆盖层土压力。现场覆盖层土压力的施加可以简单地在加载板上增加固定荷载。

本次非饱和砂的土水特征曲线试验工况设计见表3.4。

表3.4 非饱和砂的土水特征曲线试验干密度

3.2.1.2 饱和砂的渗透试验方案

试样安装在渗透室，同时有一个常水头的水箱让水流过土样。在渗透室侧壁上有3个测点与安装在带有米尺的控制板上的压力计连接。通过土样的水以一定量或一段时间被收集和测量。水头的减少可以通过压力计的水位改变而得到。液体压力计和架子，包括带孔的3个玻璃试管、刻度尺、连接压力室出水的连接管，所有这些都安装在一个控制板上，试验装置如图3.10所示。

本试验以水温20℃为标准温度，标准温度下的渗透系数应按下式计算：

毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究

式中：K₂₀为标准温度时试样的渗透系数，cm/s；K_T为T℃时试样的渗透系数，cm/s；_ηT为T℃时水的动力黏滞系数kPa·s；_η20为20℃时水的动力黏滞系数kPa·s；黏滞系数比_ηT/_η20可由表3.5查得。

饱和砂渗透系数试验工况设计见表3.6，根据需要，改变试样的孔隙比进行多次试验，以获得密度和渗透系数的关系。

图3.10 试验装置

表3.5 标准温度换算关系

表3.6 饱和砂的渗透系数试验干密度工况设计

② 化学实验室如何规划设计啊

一.实验台的布置方式
在自然采光里，不宜平行于有采光窗的外墙，因人面向窗子时有眩光，而背向时，台面产生阴影。
A.设置岛式中央台时应考虑管线的处理，下面列出几种情况：
（1）地板上挖地沟加盖板，存在渗漏、积液问题，但便于维修；
（2）地板直埋式，当出现问题时，需要凿开检修更换，影响周围；
（3）穿楼板存在渗漏问题，楼下不宜设置高精密仪器，太高检修不便；
（4）悬吊式，太难看，影响美观。
B.建议设置半岛式中央台（即边中央台），优点是易于埋藏管线。
C.实验台之间的必要间距
二.
实验台的尺度要求

a)
实验台的长度分配：一般实验室1.2米/人；有机实验室1.5米/人
b)
台面高度：中国850mm；美国、西德900～920mm；日本800mm
c)
台面宽度：≥600mm，尽量不要超过750mm（板材最大利用率）
d)
双面即中央台台面：1500mm
三.
实验台的组合
a)
实验台的台面尽量采用整片台面、标准柜体组合，减少台面的拼缝，保证实验台的整体美观，调试方便并可提高施工进度。

b)
伸膝凹口宽度：600～1100mm
c)
试剂架：深度能并列放置两瓶中型试剂瓶（500ml）为合适。通常为200～300mm，分上下两层；
d)
靠墙边台用试剂架取：200mm
e)
中央台用试剂架取：300mm

四.
特殊实验室的规划要求
a)
光谱分析室：
（1）配备样品处理间：有洗涤池、实验台、通风柜等；
（2）仪器室（摄谱室）：室温20±5℃，湿度65±5 ％；
（3）通风：仪器激发部分的上方要有局部排气罩装置。
b)
质谱分析室：
（1）配备样品处理间：有洗涤池、实验台、通风柜等；
（2）仪器室：室温20±5℃，湿度60%～65％；
（3）通风：质谱仪有汞蒸汽逸出，室内需局部通风，仪器上方要有局部排气罩装置。
（4）供水：水压不低于2Kg/Cm2。
（5）供电电源：需单相三线110VAC、220VAC及三相五线380VAC电源。

c)
光衍射分析仪器室：
（1）配备样品处理间：有洗涤池、实验台、通风柜等；
（2）仪器室：室温20±5℃，湿度65±5％；要有足够的防护厚度，防护门要有打开关闭的信号装置，要有良好的通风，需具备：真空、压缩空气、冷却水的供应。
d)
色谱分析室：
（1）配备气瓶贮藏室：
（2）仪器室：室温20±5℃，湿度65±5％；有稳固的色谱仪器台，仪器台应离墙距离600mm，以便于仪器的检修，仪器的上方要有局部排气罩装置。
e)
原子吸收室：
（1）配备样品处理间：有洗涤池、实验台、药品柜、通风柜等；
（2）不易和液相色谱、气相色谱放在同一个房间。
（3）室温22～27℃，湿度65±5％；有稳固的色谱仪器台，仪器台应离墙距离600mm，以便于仪器的检修。
（4）气路：一般设有三种气路管线：笑气、乙炔气、压缩空气，气路由气瓶贮藏间进入室内，室内总管线通过稳压阀分向每一台色谱仪，在连接每一台色谱仪前加针型阀。助燃气可用空气压缩泵。
（5）通风：原子吸收用可燃气体，燃烧放出大量二氧化碳，室内要有良好的通风，仪器的上方要有局部排气罩装置。
（6）供电电源：需单相三线110VAC、220VAC及三相五线380VAC电源。
f)
液相色谱室：
（1）配备样品处理间：有洗涤池、实验台、药品柜、通风柜等；
（2）不易和原子吸收、气相色谱放在同一个房间。
（3）室温22～27℃，湿度65±5％；有稳固的色谱仪器台，仪器台应离墙距离600mm，以便于仪器的检修。
（4）通风：液相色谱有有机气体，室内要有良好的通风，在仪器的上方要有局部排风罩装置。
（5）供电电源：需单相三线110VAC、220VAC及三相五线380VAC电源。
g)

气相色谱室：
（1）配备样品处理间：有洗涤池、实验台、药品柜、通风柜等；
（2）不易和液相色谱、气相色谱放在同一个房间。
（3）室温22～27℃，湿度65±5％；有稳固的色谱仪器台，仪器台应离墙距离600mm，以便于仪器的检修。
（4）气路：一般设有四种气路管线：氮气、氢气、氦气、压缩空气，气路由气瓶贮藏间进入室内，气路上要加过滤器，进入室内后总管线通过稳压阀分向每一台色谱仪，在连接每一台色谱仪前加针型阀。助燃气可用空气压缩泵，氢气可用氢气发生器。
（5）TCD检测器的尾气要用管线连接到室外。
（6）通风：色谱室有氢气和燃烧放出的二氧化碳，室内要有良好的通风。
（7）供电电源：需单相三线110VAC、220VAC及三相五线380VAC电源。
h)
天平室：
天平是化学试验室必备的常用仪器。
高精度天平对环境有一定的要求：防振、防尘、防阳光直射、防腐蚀性气体侵蚀及有恒定的气温，故设专用天平室以满足以上要求。
天平室以北向为宜，还应远离振源，不能与高温室和有较强电磁干扰的房间相邻。而高精度微量天平应设在底层。
天平室要采用双层窗，利于隔热防尘，天平室最好设置有过渡间进入，以免受气流的影响，有空调，风速宜小。
天平室内不得设置水盆或有任何管道穿过室内，以免管道渗漏、结露或在管道检修时影响天平的使用和维护。
尽量不要放置一些不必要的家具，以减少积尘。
其它环境因素对天平的影响有：人的走动、门的开关等。
环境低频对天平的影响最大。
安装时，不能紧贴墙身，应离墙20mm～50mm，防止来自振动。
五.
实验室的通风管路规划及测量要求
绘制线条图
在同客户规划设计通风系统方案时，一定要得到工程相关现场测量数据：实验室房间的平面尺寸、所处的楼层、楼层净空高度、房间横梁与地板的高度、天花板与地板的高度、通风产品在房间的布局位置尺寸、墙体窗户的位置的尺寸、天台所处的楼层、风机在天台上安放的位置尺寸、客户要求排风管道的走向、排风井的截面尺寸等。
以上内容来自广州雅玛实验室

③ 暖气串联安装方法示意图

暖气串联安装方法示意图如图所示：

拓展资料：

暖气片安装分为明装和暗装两种，明装暖气片，就是暖气片暴露在外面，不加任何的遮挡或包装;暖气片暗装，一般是做室内软包的时候，用木板吧暖气包起来，做个造型，目的是与室内装修风格保持一致。

暖气片明装步骤：

①铺管路

②安装暖气片

③安装壁挂炉

④压力测试

⑤客户验收

暖气片暗装步骤：

①对地面或者墙壁进行开凿。

②铺设管路并护卡槽。

③安装集分水器。

④对暖气片系统进行压力测试。

⑤按照装修进度进行。

⑥安装暖气片。

⑦安装壁挂炉。

⑧客户对暖气片整个系统进行检查验收。

⑨暖气片系统安装完成。

注意：

1、暖气片在安装前确认暖气片包装的完整,放置时采用相应的防震、防碰措施，不能以任何方式拖拉暖气片，暖气片应存放在干燥和防雨的安全地方。

2、现场要清理干净，供热系统的阀门、干管、支管及管道的支、吊架均已安装并按设计要求管道冲洗试压完毕。

3、暖气片外接口螺纹应符合JG/T6-1999的要求，连接暖气片的支管螺纹应完整，如有断丝或缺丝则不得大于螺纹全扣的10%，并至少年宫扣以上的完整螺纹。

4、安装暖气片处的内墙已处理完毕。

5、钢制暖气片、铝制暖气片、铜铝复合暖气片、铸铁暖气片等本体试验压力如设计无要求时应按设计选用的工作压力的1.5倍进行，但钢制板式暖气片本体最大试验压力不应超过1.3MPa并不小于1.3MPa.试压2至3分钟不渗漏为合格。

6、暖气片安装步骤：先安进水阀和回水阀，固定挂件用水平尺测量暖气片的位置，将暖气片平稳放置，将阀门连接件与进出水口阀门连接在一起，使用水平尺测量暖气片是否平直，管路安装是否符合要求。使用管钳加固拧紧连接件。试压：关闭主管连接阀门，关闭暖气片的进回水阀，试验压力应为工作压力的1.5倍进行试压2至3分钟不渗漏为合格。

参考资料：网络_暖气片

④ 五、管道的试验 (2020-03-07)

五 、管道的试验

1、 水压试验

管 道蝗水压试验是对管道的接口、管材、施工质量的全面检查，也是工程验收之前必须进行的一个试验 项 目。其 试验方法 有落压法和漏水量法两种。

1）  水压试验前的准 备 工作

（ 1） 编制试验组织设计。内 容 主要有：后背及堵板、进水管路、排水孔、排气孔、 加 压设备压力计的选择及安装；排水疏导措施；升 压分 段的划分及观测制度的规定；试验管段的稳定措施制订等。

（ 2） 分 段。为了水压试验的精度和便于试验人员的联络及对管口的检查，每一试验段的长度不宜大于 1.0 km ； 非金属管道应更短些； 过 河、架桥及 穿 越障碍地段应单独进行试验。

（ 3） 后 背及堵板设计。在试验时，管 道 堵板应做临时后 背 。因 为管道 在进行水压 试验 时，在水压力作 用 下管端产生巨大的推力，该推力完全作用在试验段的后背上，管径愈大，试验压力愈大，堵头（板）与后背支撑面积应根据后背墙的土质和试验压力经过算后决定。如 果 试验时后物悉背不坚固 ，管 段将产生很大的纵 向 位移，导致接口拨出，甚至管身产生 环向 开 裂 的事故 。 为 此 ，应增加后背的 受 力面积，提高自身强度和刚度； 或 在管端 支 设千 斤顶 或弹性压缩弹簧，借此抵消后背的位移；或在管段端部的第一个接口采用柔性接口或采用特制兆大的 柔性 接口 堵 板，一旦后背产生 微 小纵向位移，可将其吸收。根据 水 压 试验 的实验 经 验，当管径小于 600 mm 时 ，后背结构认真处理后，发生事故 的 概 率 较小，而管径大于 600 mm 时 就必须采取措施，防止事故的发生。后 背抗 力的核算一般按被动土压力理论计算，安全系数取 1.5—2.0 .

（ 4） 设计 管内压力观察装置。为 观察 管内压力，在 试 压管段的两段装设压力表。并 在 堵头上装设进水管、排气管，在管道各最高点应设排气孔，最低点设放水阀。试验 压 力表一般采用弹簧压罩猜乎力计（最 大量 程宜为试验压力的 1.3—1.5倍 ，表壳的公称直径不 应 小于 150 mm ，精 度不 应 低于 1.5级 ）， 使用 前 应 校正。

（ 5） 完 整性检查 。 管道在 试 验前，应按设计图纸对安装管 道 进行全面检查，避免发生管道因安装有误而造成的重复试验。 完 整性检查的主要内容如下：

① 按 设计图纸检查管道是否全部安装完毕，管道的走向、坡 度 和标高是否正确。

② 检查 管子、管配件（弯头、三通、异径管等） 和 管路附件（阀门、法兰、螺栓等）的材质、规格、压力等 级 等是否符合设计要求。

③ 检查 各类支架的形式、材质、位置是否符合设计或规范要求，其制作、焊接和安装是否 正 确。管 道 的临时 支 吊架应拆除。

④ 按 工艺流程检查阀门的安装方向是否正确，手轮的设置是否正确。

⑤ 按 仪表施工图纸检查管道上各类仪表的取源点是否遗漏。

⑥ 检查 焊 缝 的焊接和热处理工作是否完成，并经检验合格，焊缝处不得涂刷油漆或保温。

⑦ 各 类施工记录（管道安装记录、焊接记录等）和检测记录（无损探伤记录、热处理记录等）应齐全，数据完整，抽检检测 数 符合设计或相关规范要求。

（ 6） 管路附件的处理。

① 管 道试验时，安全阀、爆破板应拆下或 加 以隔离。

② 止 回阀应注意试验介质的 注 入方向，当试验介质逆 向 注入 时 ，可将止回阀转向安装或将阀芯拆除。

③ 调 节阀如装在系统中与管道 一 同试验时，有手控装置的应手动开启，气动式的可用氮气瓶充气开启。不 与 管道一同试验时，有旁通管 路 的用盲板隔离， 无 旁通管路的将阀拆除后用短管连接。焊接 式 的调节阀宜在管 道 试验后安装 。

④ 流 量孔板应拆下，待管道 吹 扫后再复位。

⑤ 生 产用压力表不得装上表头。无 套 管的温度计、热电偶接口处用管塞封闭， 待 管道吹扫后安装。

⑥ 液 位计应将其操作阀 门 关闭，与试验系统隔离

⑦ 其他不能承受 压力试验或吹扫易 损坏 的管路附件应用法兰 短 管临时替代，待管道试验或吹扫后复位。

⑧ 弹簧 支吊架的临时固定件 ， 应待系统试验、绝热完毕后方可拆除。

（ 7） 浸泡试验管 段。 为了排除管道内气体，使管 道 内壁及接口填料充分吸 水 ，应 向 管内灌满水，并在不大于工作压力的条件下充分 浸泡 后再进行试压。浸 泡 时间 应 应符合有关规范要 求 。一般钢管、铸铁管、 球墨 铸铁管，无 水 泥砂浆衬里时不 少 于 24 h ； 有水泥砂浆补里时不少于 4 8h；预应力、自应力砼管及钢筋砼管，管径小于或等于 1 000mm不少于 4 8h，管径大于 1 000mm不少于 7 2h。

（ 8） 回填土。埋地管道在外观检查后试压前应进行部分回填土，一般除接口外，管道两侧及管顶以上回填高度不应小于 0 .5m。确保管道试压时稳定。

2）  管道水压试验的试验压力

管道试验压力不应小于 0 .6MPa；生活饮用水和生产、消防合用的管道，试验压力为工作压力的 1 .5倍，但不得超过 1 MPa。试验时达到规定压力即停止加压，在 1 0min内压力降不大于 0 .05MPa,然后将压力降至工作压力进行外观检查，以不漏为合格。管道水压试验的压力符合下表规定即可。

（ 1） 落压法。管径不大于 4 00mm的压 力 管道， 可 用落压法进行试验。

试 验时用泵 向 管内充分，将其压力升到试验压力，停止加压，此 时 开始观察压力下降情况。试 验 压力在 10 min 内 的压力降不大于 0.05 MPa 即 认 为 合格。

落 压试验是根据如果管道漏水，漏水量与压力降的速度成正比的原理进行的。但 这只 限于管内空气被排尽才是正确的。 由 于在一般情况下 ，管内 空气 不 易 全 部排尽 ， 因此 ， 落压试验是不够精确的。只 有 当管径较小或管内空气较易排除，才允许采用落压法检查与验收。

（ 2） 漏水 量 试验。漏水量试验是根据在同一管段内 ， 压力相同、压降亦相同，其漏水量相同的原理来检查管道的 漏 水情况的。此 法 可 消 除管内残留空气对试验精度的影响，可以直接 测 得漏水量。

试 验时，先将管道内的 压 力升到试验压力值，停止加压并记录压力表指针 降 低至某个压力（一般压力降为 0.1 MPa ） 所用的 时间T 1 (min ) 。若 漏 水率为 q 1 (L/min ) ， 则 降低至上述压力的漏水量为 T 1 q 1 (L); 然 后，将管内水重新加压 到 试验 压 力值，此时，开启放水阀门，在放 出 水时，记录压力表与上述同一压力降的时间 T 2 （min） ，如在 T 2 时间 内由阀门 放 出的水量为W （L ）, 管 道的漏水率为 q 2 (L/min ) ，则此时的漏水量为 T 2 q 2 +W, 根据 压力降相同，漏水量亦相同的原则则： T 2 q 1 =T 2 q 2 +W, 因 q 1 =q 2 令 其为 Q， 则Q=W/(T 1 -T 2 ) 若 漏水量不超过设计规定，即认为合格。

4）  水 压 试验应注意的事项

（ 1） 向 管内灌水。灌水时应打开管 道 各高 处 的排气阀，待水灌满后关闭排气阀和进水阀，所用水应清洁 。

在 试压过程中， 应 排除管道内的空气 ， 但全部排尽不易，譬如：管内原有的空气；承 插口 缝隙及油麻内存气；注水时带进的空气等。所 以 管径愈大，残留空气亦愈多，试验结果 愈 不准确。

（ 2） 加 压。试验时用压力泵加压，压力应逐渐升高， 加压到 一定数值时，应停下来对管道进行检查，无问题时再继续加 压， 一般应分 2—3次使 压 力 升 至 试验压力 。

（ 3） 停 压 。 当压力达到试验 压 力时，停止加压，保持 恒 压 10 min ， 检查 接 口，管身无破损及漏水现象时，管道强度试验合格（压力降不大于 0.05 MPa）.

（ 4） 严 密性。按规定的放水法或注水法进行。以 实 测渗水量衡量严密性。、

（ 5） 对 于小口径（ 指 管径小于 30 mm ） 的管道，在气温降于 0 0 C 时 ， 可 在采取特殊防冻措施后用 50 0 C 左右 的水 进行 试验，试验完毕立即将管内存水放净。对 于 大口径的管道，当气温在-5 0 C 时 ，可用掺盐20%—30%的冷盐水进行试压。

（ 6） 冬季 进行管道试 压 ， 小口 径的管道容易冻结，如压力表管、排气阀 及 放水阀短管等，都要预先缠好草绳或覆盖保温。此 外 ，试压管段 长 度宜控制在 50 m 左右 ， 操作 前做好各项准备工作，操作中行动迅速，一般应在 2—3 h 内 试验完毕。

2 、 气压试验

气 压试验 应 进行两次，即 回 填土以前的试 验 （预先试 验 ） 和 沟槽全部还土后的试验（最后试 验 ），试验项目 同 样是强度和严密性两项。

1）  确定试验压力

不 同材质管道 试 验压力应符合下表规定。

将 压力升至 强度 试验压力，恒压 30 min ，若 管线 或 接口未发生破坏， 然 后将压力降至严密性试验压力，再进行外观检查，如 仍 无渗漏现象，则认为合格。

3）  最后试验

先 将压力升至强度试验压力，恒压 30 min ， 如管道未发生破坏，则降压至 0.05 MPa ， 再恒压 24 h ， 恒压 结束 后，并记录试验开始的时刻和压力表的压力降，其值应符合设计的要求。

4）  注意 的 问题

在 气压 试 验进，应设置防护区，管道进气期间及 在 试验压力下的恒压时间内，任何人不得进入 防 护区，严禁操作人员在管道受压期间内进行 敲打 、修 补 和拧紧螺栓等操作，以防伤人。

3、 管道 的无压试验内容

城市 污水排水管道一般均为无压力管道，因此只进行严密性试验（以防对地下污染） ，即 只试水不加大压力，常称闭水试验。

闭 水 试 验是指在管道 隐 蔽 或 覆土之前将拟检查的管段内充水，并具有一定的水头（高出管顶 2 m 左右 ），在规 定 的时间内观测漏水量。充 水24 h 后 开始进行观测，记录 30 min 内 水 位 降落值，折合成每公里管道 24 h 的 渗水量是否超过规定，如小于规定数值，该管段闭水试验合格。

4、 给水管道的水质检查要求

给 水管道大部分为饮 用 水管道， 当 试验合格后，饮 用 水管道应进行水质检验。先 将 管道内冲洗干净，然后用自来水浸泡 24 h ， 取出管道内水样进行 细菌 检查。 1升 水 中 大肠菌数不超过 3个 和 1毫 升水中的杂 菌 不超过 100个 菌落（沉落在水中的菌 数 量）为合格。

当 检查不符合要求时，应进行消毒，按饮用水 消毒方法 进行 。

5、 管道工程验收

管 道的验收，应按分 部 、分项或单位工程验收。分 项 、分部工程应由施工单位会同建设单位共同验收，单位工程应由主管单位组织施工、设计、监理、建设 和 有关单位联合验收。并 进行 记录，签署文件，立 卷 归档。

根据 工程施工的特点， 可 分为 隐 蔽工程的验收、中间验收和竣工验收。

隐蔽 工程验收

管 道工程中的隐蔽工程是指被下道工序掩盖，并且无法再进行复 查 工程质量的工程部 位 ，如地下埋设的给排水管道、煤气管道、热力管道等均属于隐蔽工程。当 隐蔽 工程验收合格后， 方 可进行下一道工序，如回填土等。并 填 写好隐蔽工程的检查记录，纳入工程档案 。隐蔽 工程验收是工程中间验收 的 主要 内容。

中间 验收

在 管道施工安装过程中 ， 如 某一 分 项 工程完工 ， 交付使用前应 进行 中间验收 ， 并作好检查记录 ， 明确 使 用、保管责任 。

竣工验收

竣工验收 是对管 道 工程是否符合 工程 质量标准的全面检查。其 内容 包括：核实竣工验收资料；时行 必要 的复验和外观检查；对管道的位置及 高 程、断面 尺寸 、配件安装的位置及数量、试验、冲洗及消毒记录等作出鉴定，并填写竣工验收鉴定书。竣 工 验收后，建设单位应将有关设计、施工及验收的文件和技术资料立 卷 归档。

⑤ 　流体阻力计算

前面已提到，由于流体有粘性，因此在流动时层与层之间会产生内摩擦力，流体与管壁之间还存在外摩擦力。为了克服这种内外摩擦力就会消耗流体的能量，即称为流体的压头损失（E_损或Σh_f）。在应用柏努利方程解决有关流体流动的问题时，必须事先标出这项压头损失，即阻力。所以阻力计算就成了流体力学中的一项重要任务之一。

流体阻力的大小，除与流体的粘性大小有关外，还与流体流动型态（即流动较缓和的还是较剧烈的）、流体所通过管道或设备的壁面情况（粗糙的还是光滑的）、通过的路程及截面的大小等因素有关。

下面先研究流动型态与阻力的关系，然后再研究阻力的具体计算。

一、流体的流动型态

（一）雷诺实验和雷诺数

为了弄清什么叫流体的流动型态，首先用雷诺实验装置进行观察。如图1-10所示。

图1-10雷诺实验装置

1-墨水瓶；2-墨水开关；3-温度计；4-水箱；5-阀门；6-水槽

在实验过程中，水箱4上面由进水管不断进水，并用溢流装置保持水面稳定。大玻璃管内的水流速度的大小由阀门5来调节，在大玻璃管进口中心处插入一根与墨水瓶1相连的细小玻璃管，以便将墨水通过墨水开关2注入水流中，以观察大玻璃管内水的流动情况。水温可通过温度计3测量。

在实验开始前，首先将水箱注满水，并保持溢流。实验开始时，略微开启阀门5，使水在大玻璃管内以很慢的速度向下流动，然后开启墨水开关2，随后逐渐打开阀门5以增大管内流速。在实验过程中可以看到，当管内的水流速度不大时，墨水在管内沿着轴线方向成一条直线而流动，像似一条拉紧的弦线，如图1-11a所示。这表示，此时由于大玻璃管内水的质点之间互不混杂，水流沿着管轴线作平行而有规则的流动，这种流动型态称为层流。

当管内流速增大时，墨水线不再保持成直线流动，线条开始波动而成波浪式流动，如图1-11b所示。若此时继续增大管内流速而达到某一定值时，这条墨线很快便与水流主体混合在一起，整个管内水流均染上了颜色，如图1-11c所示。这表明，水的质点不仅沿着玻璃管轴线方向流动，而且在截面上作径向无规则的脉动，引起质点之间互相剧烈地交换位置，互相碰撞，这种流动型态称湍流（又称紊流）。

图1-11流体流动型态示意图

a-层流；b-过渡流；c-湍流

根据不同的流体和不同的管径所获得的实验结果表明，影响流体流动型态的因素，除了流体的流速外，还和管子的内径d、流体密度ρ和流体的粘度η有关。通过进一步分析研究，这些因素对流动情况的影响，雷诺得出结论：上述四个因素所组成的复合数群

，是判别流体流动型态的准则，这个数群就称为雷诺数，用符号Re表示。

若将组成Re数的四个物理量的因次代入数群，则Re数的因次为

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即：Re数是一个无因次数群。组成此数群的各物理量，必须用一致的单位表示。因此，只要所用的单位一致，对任何单位制都可得到同一个数值。根据大量的实验得知，Re≤2000时，流动型态为层流；当Re≥4000时，流动型态为湍流；而在2000＜Re＜4000范围内时，流动型态不稳定，可能是层流，也可能是湍流，或是两者交替出现，与外界干扰情况有关。例如周围振动及管道入口处等都易出现湍流。这一范围称为过渡流。

例1-4有一根内径为300mm的输水管道，水的流速为2m/s，已知水温为18℃，试判别管内水的流动型态。

解：计算Re值进行判断

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已知：d＝300mm＝0.3m

v＝2m/s

水在18℃的密度ρ≈1000kg/m³，水的粘度η＝1.0559cP＝1.0559×10^-3Pa·s将以上各值代入Re的算式得

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此时Re＞4000，故水在管内的流动型态为湍流。

（二）流体在圆管中的速度分布

流体速度的分布是表示流体通过管道截面时，在截面上各点流体速度大小的状况，它可以更具体地反映层流和湍流两种不同流动型态的本质。

层流时，流体的质点是沿着与管道中心线平行的方向流动的。在管道截面上，从中心至管壁，流动是作层与层的相对流动，在管道壁面上流体的速度等于零；愈向管道中心，流体层的速度愈大，直到管道中心线上速度达到最大。如果测得管道截面直径上各点的流体速度，并将其进行标绘，可得一条抛物线的包络曲线，如图1-12所示。此时管道截面上流体的平均速度v为管道中心线上流体最大速度v_max的一半，即

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湍流时，流体中充满着各种大小的旋涡，流体质点除了沿管道轴线方向流动外，在管道截面上，流体质点的运动方向和速度大小随时在变化，但是，管内流体是在稳定情况下流动，对整个管道截面来说，流体的平均速度是不变的。

图1-12层流时流体在圆管中的速度分布

图1-13湍流时流体在圆管中的速度分布

若将截面上各点速度进行绘制，可得湍流时的速度分布包络曲线，如图1-13所示。此曲线近似于梯形平面的轮廓线，与图1-12所示的层流时速度分布曲线比较，在管道中心线四周区域内，湍流时速度的分布比较均匀。这是因为流体质点在截面上作横向脉动之故。如果流体湍流程度愈剧烈，即雷诺数Re愈大，则速度分布曲线顶部的区域愈广阔而平坦。

湍流时，管道截面上的流体的平均速度v为管道中心线上流体最大速度v_max的0.8倍左右，即：

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由图1-13所示的湍流时的速度分布曲线中可以看出，在靠近管壁的区域，流体的速度骤然下降，直到管壁上的速度等于零为止。在这个区域内，流体的速度梯度最大，速度分布曲线的形状与层流时很相似。虽然对整个管道截面来讲，流体流动型态属于湍流，但是，因受到管壁上速度等于零的流体层阻碍的影响，使得在管壁附近的流体流动受到约束，不像管中心附近部分的流体质点那样活跃。如果用墨水注入紧靠管壁附近的流体层中时，可以发现有直线流动的墨水细流。由此证明，即使在湍流时，在靠近管壁区域的流体仍作层流流动。这一作层流流动的流体薄层，称为层流底层或层流内层。在湍流主体与层流内层之间的过渡区域，称为过渡层，如图1-14所示。

层流内层的厚度与雷诺数Re大小有关，Re数愈大，则层流内层的厚度愈薄，但不会等于零。

层流内层的厚度虽然极薄，但由于在层流内层中，流体质点是作直线流动，质点间互不混合。所以要在流体中进行热量和质量的传递时，通过层流内层的阻力，将比在流体的湍流主体部分要大得多。因此，要提高传热或传质的速率，必须设法减少层流内层的厚度。

上面介绍的流体速度分布曲线是在管道的平直部分测得的，而且流体的流动情况必须在稳定和等温（即整个管道横截面上流体的温度是相同的）的条件下，因为流体的流动方向、温度和截面的变化，都会影响速度分布曲线的形状和比例。

图1-14湍流时管道中流体层的分布情况

CB-层流内层；BA-过渡层；AO-湍流主体

二、流体阻力的计算

流体在管路中流动时的阻力可分成直管阻力与局部阻力两类。直管阻力是由于流体的粘性和流体质点之间的互相碰撞以及流体与管壁之间所产生的摩擦阻力所致。局部阻力是指流体通过管路中的管件（如三通、弯头、接头、变径接头等）、阀件、管子的出入口等局部障碍而引起流速的大小或方向突然改变而产生的阻力。

管路中的流体阻力就为上述两类阻力之和。即：

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式中∑h_f——管路的总阻力，或者说流体克服管路阻力而损失的压头；

h_p——管路中的直管阻力，或者说流体克服直管阻力而损失的压头；

h_e——管路中的局部阻力，或者说流体克服局部阻力而损失的压头。

（一）直管阻力的计算

根据实验，直管阻力可用下式计算

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式中l——直管的长度（m）；

d——直管的内径（m）；

v——流体在管内的流速（m/s）；

g——重力加速度（m/s²）（g＝9.81m/s²）；

μ—摩擦系数。

摩擦系数μ的单位为1，它是雷诺数Re和管壁粗糙度的函数，其值由μ-Re的曲线图查出（见图1-15所示）。

图1-15是根据一系列实验数据整理绘制而成的曲线。应该注意的是，此图的坐标不是采用等分刻度的普通坐标，而是采用双对数坐标（即纵坐标和横坐标都是对数坐标）。

由图1-15可见，在湍流区域内，管壁的粗糙度对摩擦系数有显著影响，管壁粗糙度愈大，其影响亦愈大。图中的每一条曲线（除层流外）都注出其管壁相对粗糙度

不同的数值。各种管子的绝对粗糙度ε（即管壁凸出或凹入部分的平均高度或深度，其值可从表1-2查出）和管径d之比值

，称为相对粗糙度。

从图1-15可以看出：

（1）当Re＜2000时，属层流流动区域。此时不论光滑管或粗糙管，图中只有一条直线。这就说明摩擦系数μ与管壁粗糙度无关，仅与雷诺数Re有关。即：

图1-15摩擦系数与雷诺数及相对粗糙度的关系

表1-2工业管道的绝对粗糙度

μ＝f（Re）

经验方程为（对圆管而言）

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（2）当Re≥4000时，属湍流流动区域。当湍流程度不大时，即图中虚线以左下方的湍流区，μ不仅与Re有关，而且与管壁相对粗糙度

有关，即：

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这就是说，μ值要根据管子的粗糙度

和流体在管内的Re数才能在图中查出。

当湍流程度达到极度湍流时，即图中虚线的右上方湍流区，各条曲线都与横坐座标平行，这说明μ仅与

值有关，而与Re数大小无关。即：

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对于相对粗糙度

的管子来说，当Re＞10⁵（即达到极度湍流区）时，μ就为一定值，即

μ＝0.034

（3）当2000＜Re＜4000时，属过渡流区域。在此区域内，层流和湍流的μ-Re曲线都可以用，但做于阻力计算时，为安全起见，通常都是将湍流时的曲线延伸出去，用来查取这个区域的摩擦系数μ值。

从图1-15求出的摩擦系数μ，是等温下的数值。如果流动过程中液体温度有变化，实验结果指出，若液体在管中流动而被加热时，其摩擦系数减少；被冷却时，则增大。因此，当层流时，应按下法计算：

先用液体平均温度下的物理量η、ρ求出Re数，后把从图中查得的μ值除以1.1

以作校正。此处的η为液体在其平均温度下的粘度，η_w为液体在平均管壁温度下的粘度。

当湍流时，温度对摩擦系数μ的影响不大，通常可忽略不计。对温度变化情况下流动的气体，在湍流时，其摩擦系数几乎不受变温的影响；在层流时，则受到一定程度的影响。

（二）局部阻力的计算

局部阻力的计算，通常采用两种方法：一种是当量长度法；另一种是阻力系数法。

1.当量长度法

流体通过某一管件或阀门等时，因局部阻力而造成的压头损失，相当于流体通过与其具有相同管径的若干米长度的直管的压头损失，这个直管长度称为当量长度，用符号l。表示。这样，可用直管阻力公式来计算局部阻力的压头损失，并且在管路阻力的计算时，可将管路中的直管段长度和管件及阀门等的当量长度合并在一起计算。即：

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式中，Σl_e为管路中各种局部阻力的当量长度之和。

其他符号的意义和单位同前。

各种管件、阀门及其他局部障碍的当量长度l。的数值由实验测定，通常以管径的倍数n（又称当量系数）来表示，如表1-3所示。例如闸阀在全开时的n值，查表1-3得7，若这闸阀是装在管径为100mm的管路中，则它的当量长度为：

表1-3局部阻力当量长度

l_e＝7d＝7×100mm＝700mm＝0.7m

2.阻力系数法

流体通过某一管件或阀门等的压头损失用流体在管路中的速度的倍数来表示，这种计算局部阻力的方法，称为阻力系数法。即：

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式中，ρ为比例系数，称为阻力系数，其值由实验测出（对一些常见的管件、阀门等的局部阻力系数可查表1-4得到）。

其他的符号意义和单位同前。

表1-4湍流时流体通过各种管件和阀门等的阻力系数

注：计算突然缩小或突然扩大时的损失压头时，其流体的速度取较小管内的流速来计算。

上面列出的当量长度和阻力系数的数值在各专业书中有时略有差异，这是由于这些管件、阀门加工情况和测量压力损失的装置等不同所致。

三、管路总阻力的计算

管路的总阻力为各段沿程阻力与各个局部阻力的总和，即流体流过该管路的损失压头，即h_损＝∑h_直＋Σh_局，如整个管路的直径d不变，则用当量长度法时

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用阻力系数法时

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当量长度法考虑了μ值的变化，而阻力系数法取μ为常数，因此，前一种方法比较符合实际情况，且便于把沿程阻力与局部阻力合并计算，所以常用于实际设计中。下面举例说明。

例1-5密度为1.1g/cm³的水溶液由一个贮槽流入另一个贮槽，管路由长20mφ114mm×4mm直钢管和一个全开的闸阀，以及2个90°标准弯头所组成。溶液在管内的流速为1m/s，粘度为0.001N·s/m²。求总损失压头h_损。

解：已知ρ＝1.1×1000＝1100（kg/m³）

v＝1m/s

d＝114mm-2×4mm＝106mm＝0.106m

η＝0.001N·s/m²＝10^-3N·s/m²

l＝20m

得

查μ-Re曲线得μ＝0.021

1.用阻力系数法计算局部阻力先计算∑ζ

由贮槽流入管口ζ＝0.5

2个90。标准弯头2ζ＝2×0.75＝1.5

一个（全开）闸阀ζ＝0.17

由管口流入贮槽ζ＝1

∑ζ＝0.5+1.5+0.17+1＝3.17

所以损失压头

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2.用当量长度法计算局部阻力

计算∑l_e，由当量长度表查出l_e/d

贮槽流入管口l_e/d＝20l_e＝20d

2个90°标准弯头l_e/d＝402l_e＝80d

一个闸阀（全开）l_e/d＝7l_e＝7d

管口流入贮槽l_e/d＝40l_e＝40d

Σl_e＝20d+80d+7d+40d＝147d

所以损失压头

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由管路阻力计算式可知，管路对流体阻力的影响是很大的。因为

，即v²＝

将v²值代入管路阻力计算式，得

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上式表明，在qv,s和管路总长度已定时，若忽略μ随d增大而减少的影响，管路阻力近似地与管径d的五次方成反比。例如管径d增一倍，则损失压头可减为原损失压头的1/32。所以适当增大管径，是减少损失压头的有效措施。

⑥ 高温内压疲劳爆破实验装置是台什么样的检测设备

高温内压疲劳爆破实验装置采用计算机辅助测试技术与板卡数据采集系统相融合，全自动控制的液压系统，专门针对承压管路或者其他承压部件来设计制造的高温内压疲劳爆破实验装置。

根据相关技术规范，实验工况具有高温、高压、高精度、压力疲劳、应变疲劳等特点，系统一共分为铅铋合金介质大管件疲劳试验模块，铅铋合金介质小管件爆破和疲劳试验模块，铅铋合金介质大管件爆破试验模块，水介质大管件疲劳试验模块，水介质小管件爆破和疲劳试验模块，水介质大管件爆破试验模块，水介质常温高压外压坍塌试验模块、水介质高温低压外压坍塌试验模块共八大模块。

主要功能

1.通过界面设定、程序控制，在试验结束或异常时能自动停机或报警；能满足高温内压疲劳爆破实验装置长周期实验要求；

2.设备运行前能设定试压工艺参数，包括试验压力、温度、试验时间等相关参数；

3.适用于Windows试验平台下操作，与控制系统配合，可控制试验系统完成高温内压疲劳/爆破试验测试、常温内压疲劳/爆破试验测试、外压坍塌试验测试等，软件自成体系，与控制系统高速数据通讯，在控制试验系统工作的同时，实时采样绘制符合试验要求的各类试验曲线，并独立完成各类试验管理、数据存储、试验报告打印等功能。

4.能导出Office、Excel、TXT文档格式的试验报表，并可自由编辑；可根据所提供报告模板，自由编辑以及自动生成试验报告；

5.具有压力微调功能；试件膨胀引起试验参数变化时，可进行补偿修正等；

6.具有试验中断保护功能；因某种原因必须中断试验，再次试验时可以继续当前的试验；

7.对试验的相关设置参数进行保存，便于做相同试件、相同标准的试验时直接提取试验参数，不需再进行设置；

8.能够对当次试验出现故障的时间与性质、操作人员的操作进行记录。（注意，计算机关闭后不再记录上一次开机时的操作过程）；

9.数据采集系统留有足够的扩展接口，以便日后在实验过程当中添加相关所需要的传感器；

10.安全措施：具有液位报警、泄漏报警、异常报警、过载保护、高温报警、紧急卸压、预置疲劳次数到、试件断裂等报警停机功能；

主要特点

1.采用智能控制，系统完全满足其规定的工作，其试验压力、温度、应变、疲劳次数、等信号能精确、连续地按照工艺要求进行采集；

2.具有RS-485通讯界面，能够实时监视试验过程，更好的控制试验过程；

3.采用Lab VIEW开发专用的控制软件，能实现多通道闭环控制；试验过程全自动控制、自动测量等，具有专业性好、可靠性高、升级简易等特点，并可随着试验机测控技术的发展和试验标准的变化而不断升级完善；

4.具备良好的稳定性、重复精度、噪音低、密封性好；

5.设备主要元器件采用行业内标准通用型号，货源可追溯程度高，成本低廉，降低了设备使用成本和耗材成本。

6.设备采用模块化设计，压力控制系统、电气控制系统、数据采集分析系统、试验舱及工装夹具都可以独立地进行操作使用，极大地方便了客户进行设备的调校和维护。

7.软件设置有安全报警功能，在设备出现压力下降过大，压力超高、温度超高等其他异常情况下，设备可以自动停机。

8.试件破裂后压力迅速下降，自动停止加压，即试件破损后自动停机保护功能，最大限度保证人身安全。

9.采用LABVIEW开发的专用控制软件能实现多通道闭环控制，完成试验过程的全自动控制、自动测量等功能，具有专业性好、可靠性高、升级简易等特点，并可随着试验机测控技术的发展和试验标准的变化而不断充实完善。

10.试验机除完成一般疲劳、爆破、坍塌试验外，还可以完成循环加载，循环脉冲等一机多用；

11.采用进口压力传感器，测量精度高，保证了长期工作稳定性好，可靠性高。压力传感器在工作时间，保证其输出值（实时测量值）与设定值一致，存在误差时，能够自动识别并修正；

12.试验机主机、控制系统采取了屏蔽措施和良好的接地技术，因此本机具有良好的抗干扰能力；

13.自动化程度高，主控系统采用NI 高速控制器控制，抗干扰性强，稳定性高；软件采用Labview软件开发，画面生动，便于二次开发；自动建立试验数据库，可随时查询、数据可以长期保存。

14.本机具有超载保护功能，设备压力标定功能，长时间使用后，压力传感器出现漂移时，可以通过软件的调节，将传感器调节至零位。

设备工作原理

高温内压疲劳爆破实验装置采用模块化设计，一共分为大管件疲劳（高温-铅铋合金）模块、小管件爆破/疲劳（高温-铅铋合金）模块、大管件爆破（高温-铅铋合金）模块、大管件疲劳（常温-水）模块、小管件爆破/疲劳（常温-水）模块、大管件爆破（常温-水）模块、常温高压坍塌（水）模块、高温低压坍塌（水）模块八大模块组成，每个模块独立运行，相互间采用共同的元器件组成，在相应的阀门切换以及不同逻辑控制下实现了高温内压疲劳爆破实验装置的各项试验。

各模块总体按两种介质划分，铅铋合金在高温环境下和水介质在常温环境下的疲劳/爆破试验、在常温高压下和高温低压下的坍塌试验。两套介质试验系统彼此独立，不存在更换介质混淆导致的介质变化工况。

设备总工作原理如下图所示：