本發(fā)明屬于石油天然氣開采技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種測量管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)的實驗裝置及方法。

背景技術(shù)：

目前，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，在全國范圍內(nèi)廣泛分布的油氣輸送管道很多都存在著隱患，國務(wù)院辦公廳和各省市高度重視，分別出臺了油氣輸送管道安全隱患整改文件。在油氣的輸送過程中，帶壓流體流經(jīng)管道，會使管道發(fā)生一定程度的變形，并引發(fā)應(yīng)力集中的現(xiàn)象，造成管道長期疲勞損壞，不利于管道的長期安全使用。因此，測量帶壓流體充滿或流經(jīng)管道時的管壁應(yīng)力或應(yīng)變，對管道安全運行至關(guān)重要。同時，在管道的輸送過程中，油氣需要克服管道內(nèi)壁的摩擦阻力，產(chǎn)生一定的壓耗。因此，測量管壁應(yīng)力或應(yīng)變以及管道內(nèi)壁的摩擦阻力系數(shù)，有利于監(jiān)控管道的工作狀態(tài)，保障油氣管道輸送的安全進行。

近年來，測量管道應(yīng)力的新技術(shù)逐漸涌現(xiàn)，但均未考慮在有一定束縛的振動條件下及有束縛的非振動條件下管路應(yīng)力的測量，未能有效模擬實際的工況，且現(xiàn)有設(shè)備大多針對水平管路的摩擦阻力系數(shù)與應(yīng)力的測量，未能實現(xiàn)對豎直管路的有關(guān)測量。

由此可見，現(xiàn)有技術(shù)有待于進一步的改進和提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種測量管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)的實驗裝置及方法，旨在模擬測量管道管壁局部應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)，進而分析油氣輸送管道的工作狀態(tài)，降低事故分發(fā)生率，有效地保障油氣管道的安全輸送。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種測量管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)的實驗裝置，包括空壓機、第一氣瓶、增壓泵、多條相互并聯(lián)的儲氣支路、多條相互并聯(lián)的高壓水平管路、多個雙軸式應(yīng)變花、多個差壓傳感器、多條引壓管線、應(yīng)變儀、數(shù)據(jù)采集模塊、計算機、多根彎管、多條相互并聯(lián)的高壓豎直管路、第二氣瓶及多個回壓器；所述增壓泵分別與空壓機和第一氣瓶相連，各條儲氣支路上均設(shè)置有相連的儲氣罐和一號壓力變送器，各儲氣罐的進氣口端通過管路與所述增壓泵相連，各一號壓力變送器分別設(shè)置在與其相連的儲氣罐的出氣口端，且各儲氣罐分別通過管路與多條高壓水平管路相連；所述高壓水平管路的條數(shù)與高壓豎直管路的條數(shù)相等，每條高壓水平管路均通過一根彎管與高壓豎直管路相連，各條高壓水平管路的內(nèi)徑均不相同，相互連接的高壓水平管路和高壓豎直管路的內(nèi)徑相等，每條高壓水平管路配備有引壓管線和差壓傳感器，差壓傳感器通過引壓管線安裝在高壓水平管路上，各所述一號壓力變送器和差壓傳感器均通過屏蔽線與數(shù)據(jù)采集模塊相連，數(shù)據(jù)采集模塊與計算機相連；各所述高壓水平管路上每隔一米、各彎管上每隔一米、各高壓豎直管路上每隔一米均貼有一個雙軸式應(yīng)變花，各雙軸式應(yīng)變花通過屏蔽線與應(yīng)變儀相連，應(yīng)變儀與計算機相連；各所述高壓豎直管路的末端分別設(shè)置有一個所述回壓器，各所述回壓器均與第二氣瓶相連。

各所述儲氣支路上還分別設(shè)置有一號截止閥、壓力表、二號截止閥及高壓減壓閥，各條儲氣支路上，一號截止閥的出氣口與儲氣罐的進氣口相連，壓力表的進氣口與儲氣罐的出氣口相連，二號截止閥的進氣口連接一號變送器的出氣口，二號截止閥的出氣口連接高壓減壓閥的進氣口。

各所述儲氣支路與高壓水平管路相連的管路上設(shè)置有四號壓力變送器和放空閥，所述四號壓力變送器和放空閥之間的管路上設(shè)置有用于檢測實驗前、實驗中和實驗后管路內(nèi)氣體溫度的溫度傳感器，四號壓力變送器通過屏蔽線與所述數(shù)據(jù)采集模塊相連。

各所述高壓水平管路的進氣口處均設(shè)置有一個一號高壓球閥，各所述高壓水平管路的出氣口處均設(shè)置有一個二號高壓球閥。

各所述高壓豎直管路上均設(shè)置有二通、三通及二號壓力變送器，每套高壓豎直管路均分段設(shè)置，且分段為偶數(shù)段，每兩段為一組，同組內(nèi)的相連兩段之間通過二通相連，相鄰兩組之間通過三通相連，三通的另一端接二號壓力變送器或堵死。

用于連接每條所述高壓水平管路與高壓豎直管路的彎管均有三種型號，各型號的彎管的曲率半徑不同，各彎管的內(nèi)徑和與彎管相連的高壓水平管路的內(nèi)徑相同。

所述實驗裝置還包括干燥機、過濾器、三號壓力變送器、安全閥及單向閥，所述干燥機和過濾器均與空壓機相連，所述三號壓力變送器、安全閥及單向閥分別設(shè)置在增壓泵與儲氣支路之間的管路上，其中，三號壓力變送器的進氣口與增壓泵的出氣口相連，三號壓力變送器的出氣口與安全閥的進氣口相連，安全閥的出氣口與單向閥的進氣口相連，單向閥的出氣口與各所述儲氣支路相連。

所述實驗裝置還包括機架和用于固定高壓水平、豎直管路的若干個卡箍，所述機架由鋁合金制成，各卡箍均包括卡箍本體和定位槽，定位槽開設(shè)在卡箍本體的中央位置，定位槽的截面呈半圓狀，定位槽內(nèi)嵌有硅膠套。

所述卡箍中央開設(shè)有螺栓孔。

本發(fā)明還提供了一種利用上述的測量管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)的實驗裝置測量管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)的實驗方法，該方法包括如下步驟：

步驟1，將空壓機與干燥機和過濾器相連，經(jīng)干燥和過濾后的氣體作為增壓泵的驅(qū)動氣源，打開各儲氣支路上的一號截止閥，增壓泵將增壓后的氣體分別輸送到各儲氣支路上的儲氣罐；

步驟2，打開其中一條儲氣支路上的二號截止閥，其余儲氣支路上的二號截止閥均關(guān)閉，同時記錄下該打開的儲氣支路上的一號壓力變送器的示數(shù)P₁；

步驟3，打開其中一條高壓水平管路進氣口處的一號高壓球閥，其余的高壓水平管路進氣口處的一號高壓球閥均關(guān)閉，同時關(guān)閉該打開的高壓水平管路出氣口處的二號高壓球閥，記錄下該打開的高壓水平管路上的差壓傳感器的示數(shù)Pm₁和該打開的高壓水平管路上的雙軸式應(yīng)變花的應(yīng)力F₁₁、F₁₂、F₁₃……F_1n，其中n為各高壓水平管路上雙軸式應(yīng)變花的個數(shù)；

步驟4，關(guān)閉步驟3中已經(jīng)打開的高壓水平管路進氣口處的一號高壓球閥，打開該已經(jīng)打開的高壓水平管路的出氣口處的二號高壓球閥，記錄下與該已經(jīng)打開的高壓水平管路相連通的高壓豎直管路上的二號壓力變送器的示數(shù)P₁₁、P₁₂、P₁₃……P_1h，其中h為各高壓豎直管路上二號壓力變送器的個數(shù)，同時記錄下用于連通打開的高壓水平管路和高壓豎直管路的彎管上雙軸式應(yīng)變花的應(yīng)力Fw,以及設(shè)置在該已經(jīng)打開的高壓豎直管路上的雙軸式應(yīng)變花的應(yīng)力F′₁₁、F′₁₂、F′₁₃……F′_1i，其中i為各高壓豎直管路上雙軸式應(yīng)變花的個數(shù)；

步驟5，更換打開不同的高壓水平管路處的一號、二號高壓球閥，重復(fù)上述步驟1～步驟4，分別測得不同管徑的高壓水平管路和高壓豎直管路的管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)，高壓水平管路的管壁應(yīng)力由設(shè)置在高壓水平管路上的雙軸式應(yīng)變花直接測得，高壓豎直管路的管壁應(yīng)力由設(shè)置在高壓豎直管路上的雙軸式應(yīng)變花直接測得，高壓水平管路的管壁摩擦阻力系數(shù)及高壓豎直管路的管壁摩擦阻力系數(shù)通過下式計算得出：

高壓水平管路：

高壓豎直管路：

步驟6，更換不同曲率半徑的彎管，重復(fù)上述步驟1～步驟5，測得不同管徑和曲率半徑的彎管的管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)，彎管上的管壁應(yīng)力由設(shè)置在彎管上的雙軸式應(yīng)變花直接測得，彎管上的管壁摩擦阻力系數(shù)由下式得出：

其中，

λ₁、λ₂、λ₃分別為高壓水平管路的管壁摩擦阻力系數(shù)、高壓豎直管路的管壁摩擦阻力系數(shù)以及彎管的管壁摩擦阻力系數(shù)；

D₁、D₂、D₃分別為高壓水平管路的內(nèi)徑、高壓豎直管路的內(nèi)徑以及彎管的內(nèi)徑；

L₁、L₂、L₃分別為高壓水平管路的管道長度、高壓豎直管路的管道長度以及彎管的管道長度；

R為氣體常數(shù)，對于空氣而言，R＝287.1kJ/(kg·K)；

T為管路內(nèi)氣體溫度；

Z為氣體壓縮因子，Z的數(shù)值根據(jù)管路內(nèi)氣體溫度和壓力由物性數(shù)據(jù)庫查詢得知；

M為質(zhì)量流量，M通過以下途徑獲得：實驗前，根據(jù)管路內(nèi)氣體溫度和壓力，通過物性數(shù)據(jù)庫查詢得出密度ρ₁，管路體積為V₁，得出質(zhì)量m₁＝ρ₁V₁；實驗后，氣體的壓力下降，再由此時的壓力和管路內(nèi)氣體溫度，通過物性數(shù)據(jù)庫查詢到一個新密度ρ₂，體積不變還是V₁，得出質(zhì)量m₂＝ρ₂V₁，前后兩質(zhì)量做減法，除以實驗時間得到質(zhì)量流量M，即t為實驗時間。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明所取得的有益效果為：

1、本發(fā)明中的實驗裝置可以方便地測量振動狀態(tài)及非振動狀態(tài)下不同管徑的高壓水平管路、高壓豎直管路和彎管的管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)，同時可以測量不同曲率半徑的彎管的管壁應(yīng)力和摩擦阻力系數(shù)，為石油工業(yè)的安全運輸提供了有力地保障。

2、本發(fā)明中三號變送器的出氣口連接安全閥的進氣口，安全閥的設(shè)置可以保證管路內(nèi)的壓力在一定范圍內(nèi)，防止了對各儲氣支路中儲氣罐的損壞，是實驗更加安全。本發(fā)明中安全閥的出氣口連接單向閥的進氣口，單向閥可以防止增壓泵停泵的瞬間氣體倒流，對增壓泵造成損壞。本發(fā)明中的儲氣罐的出氣口連接壓力表，壓力表用于顯示儲氣罐內(nèi)的壓力，壓力表的出氣口連接二號截止閥的進氣口，截止閥的設(shè)置方便了實驗人員對儲氣罐作出選擇，二號截止閥的出氣口連接高壓減壓閥，高壓減壓閥可以更好地保護管路，防止氣體壓力過大損壞管路。本發(fā)明中高壓減壓閥的出氣口處設(shè)置有一號壓力變送器，壓力變送器可以監(jiān)測氣體的流程壓力。本發(fā)明中高壓水平管路、高壓豎直管路和彎管上均設(shè)置有雙軸式應(yīng)變花，雙軸式應(yīng)變花方便測量每段高壓水平管路、高壓豎直管路和彎管上的管壁應(yīng)力。本發(fā)明中高壓豎直管路的末端安裝有大流量的回壓器，可以保證整個管路壓力一直。此外，本發(fā)明中卡箍的設(shè)置，為固定高壓水平管路和高壓豎直管路預(yù)留了一定的活動空間，可以實現(xiàn)管路在一定束縛條件下的自由振動。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)測量的實驗裝置整體流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)測量的實驗裝置立體效果圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的卡箍結(jié)構(gòu)圖。

其中，

1、空壓機 2、第一氣瓶 3、增壓泵 4、三號壓力變送器 5、安全閥 6、單向閥 7、一號截止閥 8、儲氣罐 9、壓力表 10、高壓減壓閥 11、四號壓力變送器 12、放空閥 13、一號高壓球閥 14、雙軸式應(yīng)變花 151、一號高壓水平管路 152、二號高壓水平管路 153、三號高壓水平管路 154、四號高壓水平管路 155、五號高壓水平管路 16、差壓傳感器 17、引壓管線 18、彎管 19、三通 201、一號高壓豎直管路 202、二號高壓豎直管路 203、三號高壓豎直管路 204、四號高壓豎直管路 205、五號高壓豎直管路 21、大流量回壓器 22、第二氣瓶 23、一號壓力變送器 24、二號壓力變送器 25、二號高壓球閥 26、二號截止閥 27、卡箍 28、硅膠套 29、定位槽 30、機架 31、計算機 32、溫度傳感器 33、螺栓孔

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但本發(fā)明并不限于這些實施例。

如圖1至圖3所示，一種測量管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)的實驗裝置，包括空壓機1、干燥機、過濾器、第一氣瓶2、增壓泵3、三號壓力變送器4、安全閥5、單向閥6、四條儲氣支路、五條高壓水平管路、多個雙軸式應(yīng)變花14、五個差壓傳感器16、五條引壓管線17、應(yīng)變儀、數(shù)據(jù)采集模塊、計算機31、五根彎管18、五條高壓豎直管路、第二氣瓶22及五個大流量回壓器21。

所述增壓泵3分別與空壓機1和第一氣瓶2相連，所述干燥機和過濾器均與空壓機1相連，空壓機1為增壓泵3提供驅(qū)動氣源。所述三號壓力變送器4、安全閥5及單向閥6分別設(shè)置在增壓泵3與儲氣支路之間的管路上，其中，三號壓力變送器4的進氣口與增壓泵3的出氣口相連，三號壓力變送器4的出氣口與安全閥5的進氣口相連，安全閥5的出氣口與單向閥6的進氣口相連，單向閥6的出氣口與各所述儲氣支路相連。

各條儲氣支路上均設(shè)置有儲氣罐8、一號壓力變送器23、一號截止閥7、壓力表9、二號截止閥26及高壓減壓閥10，各條儲氣支路上，一號截止閥7的進氣口與上述單向閥6的出氣口相連，一號截止閥7的出氣口與儲氣罐8的進氣口相連，壓力表9的進氣口與儲氣罐8的出氣口相連，二號截止閥26的進氣口連接一號壓力變送器23的出氣口，二號截止閥26的出氣口連接高壓減壓閥10的進氣口，高壓減壓閥10的出氣口連接下述四號壓力變送器11的進氣口。

實驗前，由空壓機把各儲氣罐8或某個儲氣罐8充到一定壓力，壓力值由具體的實驗要求來定；實驗時：根據(jù)實驗要求，根據(jù)氣量，可打開一個、兩個、三個或四個儲氣罐8，儲氣罐8的打開個數(shù)根據(jù)試驗要求來定。

各所述儲氣支路分別通過管路與五條高壓水平管路相連；所述五條高壓水平管路相互并聯(lián)，分別為一號高壓水平管路151、二號高壓水平管路152、三號高壓水平管路153、四號高壓水平管路154、五號高壓水平管路155，五條高壓水平管路的內(nèi)徑均不相同，優(yōu)選一號高壓水平管路151的內(nèi)徑為22.01mm、二號高壓水平管路的內(nèi)徑為16.56mm、三號高壓水平管路153的內(nèi)徑為10.92mm、四號高壓水平管路154的內(nèi)徑為7.75mm、五號高壓水平管路155的內(nèi)徑為4.57mm。一號高壓水平管路151通過一根彎管18與一號高壓豎直管路201相連，二號高壓水平管路152通過一根彎管18與二號高壓豎直管路202相連，三號高壓水平管路153通過一根彎管18與三號高壓豎直管路203相連，四號高壓水平管路154通過一根彎管18與四號高壓豎直管路204相連，五號高壓水平管路155通過一根彎管18與五號高壓豎直管路205相連，一號高壓豎直管路201的內(nèi)徑、以及用于連接一號高壓水平、豎直管路的彎管的內(nèi)徑均與一號高壓水平管路151的內(nèi)徑相同，二號高壓豎直管路202、以及用于連接二號高壓水平、豎直管路的彎管的內(nèi)徑均與二號高壓水平管路152的內(nèi)徑相同，三號高壓豎直管路203的內(nèi)徑、以及用于連接三號高壓水平、豎直管路的彎管的內(nèi)徑均與三號高壓水平管路153的內(nèi)徑相同，四號高壓豎直管路204、以及用于連接四號高壓水平、豎直管路的彎管的內(nèi)徑均與四號高壓水平管路154的內(nèi)徑相同，五號高壓水平管路205、以及用于連接五號高壓水平、豎直管路的彎管的內(nèi)徑均與五號高壓水平管路155的內(nèi)徑相同。

每條高壓水平管路配備有引壓管線17和差壓傳感器16，差壓傳感器16通過引壓管線17安裝在高壓水平管路上，各所述一號壓力變送器23和差壓傳感器16均通過屏蔽線與數(shù)據(jù)采集模塊相連，數(shù)據(jù)采集模塊與計算機31相連。

各所述儲氣支路與高壓水平管路相連的管路上設(shè)置有四號壓力變送器11和放空閥12，所述四號壓力變送器11和放空閥12之間的管路上設(shè)置有用于檢測實驗前、實驗中和實驗后管路內(nèi)氣體溫度的溫度傳感器32，四號壓力變送器11通過屏蔽線與所述數(shù)據(jù)采集模塊相連。各所述高壓水平管路的進氣口處均設(shè)置有一個一號高壓球閥13，各所述高壓水平管路的出氣口處均設(shè)置有一個二號高壓球閥25。

所述一號、二號、三號、四號、五號高壓水平管路的長度均為4米，各引壓管線17的長度與各高壓水平管路的長度相等，所述引壓管線的外徑為4.57mm。一號、二號、三號、四號、五號高壓豎直管路的長度均為8米。所述一號、二號、三號、四號、五號高壓豎直管路上均設(shè)置有二通、三通19及二號壓力變送器24，三通19呈T型。所述一號、二號、三號、四號、五號高壓豎直管路均分段設(shè)置，50cm一段，共分成16段，每兩段為一組，同組內(nèi)的相連兩段之間通過二通相連，相鄰兩組之間通過三通19相連，三通19的另一端接二號壓力變送器24或堵死。當某一個高壓豎直管路內(nèi)有氣體流通作為測試管路時，其上的三通19上連接二號壓力變送器24，當該高壓豎直管路不作為測試管路時，其上的三通19堵死，二號壓力變送器24再放置到另外一條作為測試管路的高壓豎直管路的三通19上。

需要說明的是，所述一號、二號、三號、四號壓力變送器并不僅僅局限于使用壓力變送器，也可以用壓力傳感器替代。

用于連接每條所述高壓水平管路與高壓豎直管路的彎管18均有三種型號，各型號的彎管18的曲率半徑不同，分別為1米、0.75米、0.5米，使用時，可以通過接頭更換，各彎管18的內(nèi)徑和與彎管18相連的高壓水平管路的內(nèi)徑相同。

所述一號、二號、三號、四號、五號高壓水平管路上均布有五個雙軸式應(yīng)變花14，各彎管18上分別設(shè)置有一個雙軸式應(yīng)變花14，一號、二號、三號、四號、五號高壓豎直管路上均布有八個雙軸式應(yīng)變花14。各所述雙軸式應(yīng)變花14的敏感柵長為5mm，應(yīng)變片又屏蔽線接到應(yīng)變儀，應(yīng)變儀與計算機相31連，方便測量每段管路的管壁壓力。所述一號、二號、三號、四號、五號高壓豎直管路的末端分別設(shè)置有一個大流量回壓器21，各所述大流量回壓器21均與第二氣瓶22相連。只有管路中的氣體壓力達到第二氣瓶22的覆壓力，才會把大流量回壓器21中的膜片頂開形成通路，從而保證管路的壓力。

所述實驗裝置還包括機架30和用于固定高壓水平、豎直管路的若干個卡箍27，用于固定同一條管路的相鄰兩個卡箍27之間的間距是1米，所述機架30由鋁合金制成，各卡箍27均包括卡箍本體和定位槽29，定位槽29開設(shè)在卡箍本體的中央位置，定位槽29的截面呈半圓狀。卡箍本體的兩端加工有沉頭螺栓孔，定位槽29內(nèi)嵌有厚度為2mm左右的與定位槽29相適配的硅膠套28，所述硅膠套28的半徑比高壓水平管路的外徑大3mm，卡箍27使用時由螺栓固定在機架30的型材上，預(yù)留一定的活動空間，可以讓高壓水平管路和高壓豎直管路有一定束縛的自由振動。此外，在各所述卡箍27的中央開設(shè)一個螺栓孔33，該螺栓孔33與內(nèi)六角螺栓相適配，設(shè)置該螺栓孔33的作用在于：當未用內(nèi)六角螺栓頂緊螺栓孔33時，可測量各高壓水平管路、彎管、高壓豎直管路在沒有束縛、可自由振動條件下的管壁應(yīng)力和摩擦阻力系數(shù)時；當使用內(nèi)六角螺栓頂緊螺栓孔33時，可測量各高壓水平管路、彎管、高壓豎直管路在有束縛、不可振動條件下的管壁應(yīng)力和摩擦阻力系數(shù)。

本發(fā)明還提供了一種利用上述的測量管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)的實驗裝置測量管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)的實驗方法，該方法包括如下步驟：

步驟1，實驗前，通過空壓機1將各儲氣罐8中充到符合實驗要求的壓力，一般為10MPa；連接好整個實驗裝置，選擇其中一個曲率半徑的彎管18安裝到管路中，打開空壓機1，空壓機1連接干燥機與過濾器，經(jīng)干燥和過濾后的氣體作為增壓泵3的驅(qū)動氣源，打開各儲氣支路上的一號截止閥7，增壓泵3將增壓后的氣體分別輸送到各儲氣支路上的儲氣罐8；每次實驗前，都先設(shè)計好該次實驗的回壓壓力，回壓壓力由第二氣瓶22的上覆壓力控制；

步驟2，打開其中一條儲氣支路上的二號截止閥26，其余儲氣支路上的二號截止閥26均關(guān)閉，同時記錄下該打開的儲氣支路上的一號壓力變送器的示數(shù)P₁；如果管路上的四號壓力變送器11檢測到管路的壓力過大，則打開放空閥12，釋放管路內(nèi)的壓力；

步驟3，打開其中一條高壓水平管路進氣口處的一號高壓球閥13，其余高壓水平管路進氣口處的一號高壓球閥13均關(guān)閉，同時關(guān)閉該條已經(jīng)打開的高壓水平管路出氣口處的二號高壓球閥25，記錄下該條已經(jīng)打開的高壓水平管路上的差壓傳感器16的示數(shù)Pm1和該條已經(jīng)打開的高壓水平管路上的雙軸式應(yīng)變花14的應(yīng)力F₁₁、F₁₂、F₁₃、F₁₄、F₁₅，同時記錄實驗時間，則可測量該條已經(jīng)打開的高壓水平管路的管壁應(yīng)力和摩擦阻力系數(shù)；關(guān)閉該條已經(jīng)打開的高壓水平管路，打開另外一條高壓水平管路，重復(fù)上述過程，即可測得不同管徑的高壓水平管路的管壁應(yīng)力和摩擦阻力系數(shù)；

步驟4，關(guān)閉步驟3中已經(jīng)打開的高壓水平管路進氣口處的一號高壓球閥13，打開該已經(jīng)打開的高壓水平管路的出氣口處的二號高壓球閥25，記錄下與該已經(jīng)打開的高壓水平管路相連通的高壓豎直管路上的二號壓力變送器24的示數(shù)P₁₁、P₁₂、P₁₃、P₁₄、P₁₅、P₁₆、P₁₇、P₁₈，同時記錄下用于連通打開的高壓水平管路和高壓豎直管路的彎管18上雙軸式應(yīng)變花的應(yīng)力Fw,以及設(shè)置在該已經(jīng)打開的高壓豎直管路上的雙軸式應(yīng)變花的應(yīng)力F′₁₁、F′₁₂、F′₁₃、F′₁₄、F′₁₅、F′₁₆、F′₁₇、F′₁₈，，同時記錄實驗時間，即可測得彎管18與該條已經(jīng)打開的高壓豎直管路上的管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)；

步驟5，更換打開不同的高壓水平管路處的一號、二號高壓球閥，重復(fù)上述步驟1～步驟4，分別測得不同管徑的高壓水平管路和高壓豎直管路的管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)，高壓水平管路的管壁應(yīng)力由設(shè)置在高壓水平管路上的雙軸式應(yīng)變花直接測得，高壓豎直管路的管壁應(yīng)力由設(shè)置在高壓豎直管路上的雙軸式應(yīng)變花直接測得，高壓水平管路的管壁摩擦阻力系數(shù)及高壓豎直管路的管壁摩擦阻力系數(shù)通過下式計算得出：

高壓水平管路：

高壓豎直管路：

步驟6，更換不同曲率半徑的彎管，重復(fù)上述步驟1～步驟5，測得不同管徑和曲率半徑的彎管的管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)，彎管上的管壁應(yīng)力由設(shè)置在彎管上的雙軸式應(yīng)變花直接測得，彎管上的管壁摩擦阻力系數(shù)由下式得出：

其中，

λ₁、λ₂、λ₃分別為高壓水平管路的管壁摩擦阻力系數(shù)、高壓豎直管路的管壁摩擦阻力系數(shù)以及彎管的管壁摩擦阻力系數(shù)；

D₁、D₂、D₃分別為高壓水平管路的內(nèi)徑、高壓豎直管路的內(nèi)徑以及彎管的內(nèi)徑；

L₁、L₂、L₃分別為高壓水平管路的管道長度、高壓豎直管路的管道長度以及彎管的管道長度；

R為氣體常數(shù)，對于空氣而言，R＝287.1kJ/(kg·K)；

T為管路內(nèi)氣體溫度；

Z為氣體壓縮因子，Z的數(shù)值根據(jù)管路內(nèi)氣體溫度和壓力由查詢美國國家標準與技術(shù)研究院(National Institute of Standards and Technology，NIST)提供的數(shù)據(jù)庫得知；

M為質(zhì)量流量，M通過以下途徑獲得：實驗前，根據(jù)管路內(nèi)氣體溫度和壓力，通過上述數(shù)據(jù)庫查詢得出密度ρ₁，管路體積為V₁，得出質(zhì)量m₁＝ρ₁V₁；實驗后，氣體的壓力下降，再由此時的壓力和管路內(nèi)氣體溫度，通過上述數(shù)據(jù)庫查詢到一個新密度ρ₂，體積不變還是V₁，得出質(zhì)量m₂＝ρ₂V₁，前后兩質(zhì)量做減法，除以實驗時間得到質(zhì)量流量M，即t為實驗時間。

本發(fā)明中未述及的部分采用或借鑒已有技術(shù)即可實現(xiàn)。

此外，術(shù)語“一號”、“二號”、“三號”、“四號”、“五號”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明的精神所作的舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。