技術(shù)特征：

1.一種測(cè)量管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，

包括空壓機(jī)、第一氣瓶、增壓泵、多條相互并聯(lián)的儲(chǔ)氣支路、多條相互并聯(lián)的高壓水平管路、多個(gè)雙軸式應(yīng)變花、多個(gè)差壓傳感器、多條引壓管線、應(yīng)變儀、數(shù)據(jù)采集模塊、計(jì)算機(jī)、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(gè)回壓器；

所述增壓泵分別與空壓機(jī)和第一氣瓶相連，各條儲(chǔ)氣支路上均設(shè)置有相連的儲(chǔ)氣罐和一號(hào)壓力變送器，各儲(chǔ)氣罐的進(jìn)氣口端通過(guò)管路與所述增壓泵相連，各一號(hào)壓力變送器分別設(shè)置在與其相連的儲(chǔ)氣罐的出氣口端，且各儲(chǔ)氣罐分別通過(guò)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(guò)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(guò)引壓管線安裝在高壓水平管路上；

各所述一號(hào)壓力變送器和差壓傳感器均通過(guò)屏蔽線與數(shù)據(jù)采集模塊相連，數(shù)據(jù)采集模塊與計(jì)算機(jī)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(gè)雙軸式應(yīng)變花，各雙軸式應(yīng)變花通過(guò)屏蔽線與應(yīng)變儀相連，應(yīng)變儀與計(jì)算機(jī)相連；

各所述高壓豎直管路的末端分別設(shè)置有一個(gè)所述回壓器，各所述回壓器均與第二氣瓶相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，各所述儲(chǔ)氣支路上還分別設(shè)置有一號(hào)截止閥、壓力表、二號(hào)截止閥及高壓減壓閥，各條儲(chǔ)氣支路上，一號(hào)截止閥的出氣口與儲(chǔ)氣罐的進(jìn)氣口相連，壓力表的進(jìn)氣口與儲(chǔ)氣罐的出氣口相連，二號(hào)截止閥的進(jìn)氣口連接一號(hào)變送器的出氣口，二號(hào)截止閥的出氣口連接高壓減壓閥的進(jìn)氣口。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，各所述儲(chǔ)氣支路與高壓水平管路相連的管路上設(shè)置有四號(hào)壓力變送器和放空閥，所述四號(hào)壓力變送器和放空閥之間的管路上設(shè)置有用于檢測(cè)實(shí)驗(yàn)前、實(shí)驗(yàn)中和實(shí)驗(yàn)后管路內(nèi)氣體溫度的溫度傳感器，四號(hào)壓力變送器通過(guò)屏蔽線與所述數(shù)據(jù)采集模塊相連。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，各所述高壓水平管路的進(jìn)氣口處均設(shè)置有一個(gè)一號(hào)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(gè)二號(hào)高壓球閥。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，各所述高壓豎直管路上均設(shè)置有二通、三通及二號(hào)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?jī)啥螢橐唤M，同組內(nèi)的相連兩段之間通過(guò)二通相連，相鄰兩組之間通過(guò)三通相連，三通的另一端接二號(hào)壓力變送器或堵死。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，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(hào)，各型號(hào)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。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述實(shí)驗(yàn)裝置還包括干燥機(jī)、過(guò)濾器、三號(hào)壓力變送器、安全閥及單向閥，所述干燥機(jī)和過(guò)濾器均與空壓機(jī)相連，所述三號(hào)壓力變送器、安全閥及單向閥分別設(shè)置在增壓泵與儲(chǔ)氣支路之間的管路上，其中，三號(hào)壓力變送器的進(jìn)氣口與增壓泵的出氣口相連，三號(hào)壓力變送器的出氣口與安全閥的進(jìn)氣口相連，安全閥的出氣口與單向閥的進(jìn)氣口相連，單向閥的出氣口與各所述儲(chǔ)氣支路相連。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述實(shí)驗(yàn)裝置還包括機(jī)架和用于固定高壓水平、豎直管路的若干個(gè)卡箍，所述機(jī)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(kāi)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。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測(cè)量管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述卡箍中央開(kāi)設(shè)有螺栓孔。

10.一種利用上述權(quán)利要求1至9所述的測(cè)量管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量管壁應(yīng)力與摩擦阻力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟1，將空壓機(jī)與干燥機(jī)和過(guò)濾器相連，經(jīng)干燥和過(guò)濾后的氣體作為增壓泵的驅(qū)動(dòng)氣源，打開(kāi)各儲(chǔ)氣支路上的一號(hào)截止閥，增壓泵將增壓后的氣體分別輸送到各儲(chǔ)氣支路上的儲(chǔ)氣罐；

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

步驟3，打開(kāi)其中一條高壓水平管路進(jìn)氣口處的一號(hào)高壓球閥，其余的高壓水平管路進(jìn)氣口處的一號(hào)高壓球閥均關(guān)閉，同時(shí)關(guān)閉該打開(kāi)的高壓水平管路出氣口處的二號(hào)高壓球閥，記錄下該打開(kāi)的高壓水平管路上的差壓傳感器的示數(shù)Pm₁和該打開(kāi)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(gè)數(shù)；

步驟4，關(guān)閉步驟3中已經(jīng)打開(kāi)的高壓水平管路進(jìn)氣口處的一號(hào)高壓球閥，打開(kāi)該已經(jīng)打開(kāi)的高壓水平管路的出氣口處的二號(hào)高壓球閥，記錄下與該已經(jīng)打開(kāi)的高壓水平管路相連通的高壓豎直管路上的二號(hào)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(hào)壓力變送器的個(gè)數(shù)，同時(shí)記錄下用于連通打開(kāi)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(kāi)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(gè)數(shù)；

步驟5，更換打開(kāi)不同的高壓水平管路處的一號(hào)、二號(hào)高壓球閥，重復(fù)上述步驟1～步驟4，分別測(cè)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(cè)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(cè)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(guò)下式計(jì)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(cè)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(cè)得，彎管上的管壁摩擦阻力系數(shù)由下式得出：

${\mathrm{\λ}}_3=\frac{{\mathrm{\π}}^2\[{(P_1-{\mathrm{Pm}}_1)}^2-{P_{11}}^2\]{D_3}^5}{16M^2{\mathrm{ZRTL}}_3}-\frac{2L_3}{D_3}ln\frac{P_1-{\mathrm{Pm}}_1}{P_{11}}$

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(zhǎng)度、高壓豎直管路的管道長(zhǎng)度以及彎管的管道長(zhǎng)度；

R為氣體常數(shù)，對(duì)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(kù)查詢(xún)得知；

M為質(zhì)量流量，M通過(guò)以下途徑獲得：實(shí)驗(yàn)前，根據(jù)管路內(nèi)氣體溫度和壓力，通過(guò)物性數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)得出密度ρ₁，管路體積為V₁，得出質(zhì)量m₁＝ρ₁V₁；實(shí)驗(yàn)后，氣體的壓力下降，再由此時(shí)的壓力和管路內(nèi)氣體溫度，通過(guò)物性數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)到一個(gè)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(shí)驗(yàn)時(shí)間得到質(zhì)量流量M，即t為實(shí)驗(yàn)時(shí)間。