流体流动阻力的测定

1、流体流动阻力的测定实验时间：2009/11/6组长：张江威 200721042同组人：孙旭阳200721039吴丹200721040张乐然200721041报告摘要:本报告首先分析了实验目的，ud Re 实验步骤。通过和列举了相应的实验理论，画出流程图，写出2d p21 U两式对实验数据进行处理。同时由于温度影响密度和黏度，因此用试差法进行计算不同温度下的密度和黏度。在报告中绘制出了光滑管，粗糙管和层流管三种情况下的Re关系，并2U2对此进行了比较和讨论。然后又根据2U1，计算出了突然扩大管的局部阻力系数。此后比较了光滑管方程和Blasius方程,层流管方程和理想下的方程。在报告的最后对实验结

2、果进行了讨论并回答了思考题。二,实验目的和任务：1）掌握测定流体流动阻力实验的一般试验方法。2）测定直管的摩擦阻力系数及突然扩大管和阀门的局部阻力系数。3）测定层流管的摩擦阻力。4）验证湍流区内摩擦阻力系数为雷诺数Re和相对粗糙度的函数。5）将所得光滑管的Re方程与Blasius方程相比较。三，基本理论：1）直管摩擦阻力流体流动阻力和流体的性质，流体流经处的几何尺寸以及流动状态有关，可表示为p f d,l,u, 引入下列的无量纲数群Redu雷诺数相对粗糙度d1_管子的长径比d从而得到pud l7，d，_d令 Re，d这种关系可用实验的方法可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系, 直接测定。hf式

3、中hf直管阻力，J/kg| 被测管长，m d 被测管内径，mu 平均流速，m/s摩擦阻力系数当流体在一管路中流动时，选取两截面，测出两截面的压强差。根据2d p 2伯努利方程找出摩擦阻力系数与压强差的关系式为：1 u ，即可Re关系以求出摩擦阻力系数。改变流速可测出不同的 Re下的摩擦阻力系数, 这样就可以得出某一相对粗糙度下管子的A.湍流区的摩擦阻力系数f Re,在湍流区内d 。对于光滑管，大量实验证明，当Re在3 103 105内，与Re的关系遵循Blasius关系式，即0.3163/ Re025对于粗糙管，与Re的关系均以图来表示。B.层流区的摩擦阻力系数64Re2）局部阻力hf式中，

4、为局部阻力系数，其与流体流过的管件的几何形状及流体的Re有关，当Re达到一定值后，与Re无关，成为定值。四，试验装置流程图和主要测试仪器仪表：主要测试仪器仪表：压差计，流量计五，实验操作要点：1. 启动离心泵，打开被测管线上的开关阀及面板上与其相应的切换阀， 关闭其他的开关阀和切换阀，保证侧压点一一对应。2. 系统要排净气体时使液体连续流动。设备和测压管线中的气体都要 排干净，检验是否排净方法是当流量为零时，压差计的读数为零。3. 读取数据时，应注意稳定后再读数。测定直管阻力时，流量由大到小,测取810组数据。测定突然扩大管时，测取 3组数据。层流 管的流量用量筒和秒表测取。4. 测完一根管的

5、数据后，应将流量调节阀关闭，观察压差计的读数是 否趋于零。同时要了解各种阀门的特点，学会使用阀门，注意阀门 的切换，同时要关严，防止内漏。六,实验数据整理：（一）实验原始数据光滑管 l=1.50m d=21.5mm序号流量m/h压降kPa水温C13.795.436821.823.514.783522.033.214.094522.042.903.447822.052.612.864222.062.302.336922.071.991.817422.381.701.381722.491.400.985122.5101.100.658222.6110.800.367522.6粗糙管 l=1.50m

6、 d=21.5mm序号流量m/h压降kPa水温C13.807.817923.823.506.664322.933.215.644023.142.904.682423.252.603.817023.362.303.043023.471.992.334823.581.691.724823.591.401.216023.6101.100.802923.7110.790.423123.8突然扩大管 1 1=140mm d=16.0mm;l2=280mm d=42.0mm序号流量m/h压降kPa水温C13.802.325524.023.511.932924.233.201.578924.342.901.

7、270424.4层流管 l=1.00m d=2.7mm序号体积ml时间s流量103nVh压降kPa水温C1198 51.7113.782.554025.1219255.2712.512.198125.33179 :55.7011.572.001927.04172 157.9010.691.804325.6515859.149.621.591325.86142 79.886.401.005826.679877.914.530.665526.98113：149.522.720.354627.1（二）数据处理1.用试差法查水的黏度表计算出不同水温下的黏度值及查水的密度 表计算出不同水温下的密度值如下

8、：光滑管粗糙管层流水 温C黏度mPa*s密度mA3/Kg水 温C黏度mPa*s密度mA3/Kg水 温C黏度mPa*s密度mA3/Kg21.80.9625997.7523.80.9185997.2525.10.8917996.925220.9579997.722.90.938997.47525.3 :0.8877996.875220.9579997.723.10.9336997.425270.8545996.45220.9579997.723.20.9315997.425.60.8817996.8220.9579P 997.723.30.9293997.37525.8 :0.8777996.75

9、220.9579997.723.40.9271997.3526.6 10.8622996.5522.30.9513997.62523.50.925997.32526.90.8564996.47522.40.9491997.623.50.925997.32527.10.8527996.42522.50.9469997.57523.60.9228997.322.60.9448997.5523.70.9207997.27522.60.9448997.5523.80.9185997.252.以光滑管为例说明计算Re和的过程Pl u2由d 2得2d pl u2Redu同时。摩擦系数与雷诺数的关系0mol

10、数系擦摩绘制Re曲线，比较两者之间的关系。如上所示为MATLAB绘制的三种不同状态下，Re关系图程序如下：d=21.5*10A(-3);1=1.5;midu 仁997.75 997.7 997.7 997.7 997.7 997.7 997.625 997.6 997.575 997.55 997.55;n仁0.9625*10(3)0.9579*10(3)0.9579*10(-3)0.9579*10(3) 0.9579*10(3) 0.9579*10(3)0.9513*10八(-3)0.9491*10(3) 0.9469*10(-3) 0.9448*10(3) 0.9448*10(3);p仁5

11、.4368 4.7835 4.0945 3.4478 2.8642 2.3369 1.8174 1.3817 0.9851 0.6582 0.3675*1000;q1= 3.79 3.51 3.21 2.90 2.61 2.30 1.99 1.70 1.40 1.10 0.80;u仁 q1./(900*pi*dH);lam仁 2*d*p1./(l*midu1.*u1.A2);Re1=midu1.*u1.*d*1./n1;loglog(Re1,lam1,x)grid onhold onmidu2=997.25 997.475 997.425 997.4 997.375 997.35 997.32

12、5 997.325 997.3 997.275 997.25;n 2=0.9185 0.938 0.9336 0.9315 0.9293 0.9271 0.925 0.925 0.9228 0.9207 0.9185*10八(-3);p2=7.8179 6.6643 5.644 4.6824 3.817 3.043 2.3348 1.7248 1.216 0.8029 0.4231*1000;q2=3.8 3.5 3.21 2.9 2.6 2.3 1.99 1.69 1.40 1.1 0.79; u2=q2./(900*pi*dA2);lam2=2*d*p2./(l*midu2.*u2.A2)

13、;Re2=midu2.*u2.*d*1./n2; loglog(Re2,lam2,+) grid on hold onmidu3=996.925 996.875 996.45 996.8 996.75 996.55 996.475 996.425;l3=1;d3=2.7*10A(-3);n3=0.8917 0.8877 0.8545 0.8817 0.8777 0.8622 0.8564 0.8527*10A(-3);p3=2.5540 2.1981 2.0019 1.8043 1.5913 1.0058 0.6655 0.3546*1000;v=198 192 179 172 158 142

14、 98 113*10八(-6);t=51.71 55.27 55.70 57.9 59.14 79.88 77.91 149.52; q3=v.*1./t;u3=4*q3./(pi*d3A2);lam3=2*d3*p3./(l3*midu3.*u3.A2);Re3=midu3.*u3.*d3*1./n3; loglog(Re3,lam3,*) grid on hold onloglog(Re1,lam1,Re2,lam2,Re3,lam3)xlabel(雷诺数 Re)ylabel(摩擦系数 lam)title（摩擦系数与雷诺数的关系） h=lege nd（光滑管,粗糙管,层流,1）3. 局部阻

15、力系数的计算:由伯努利方程2U22hf2Ui2hf联立两方程得2U22Ui用测量的4组数据计算再取平均得0.8157O计算程序如下：11=140*10(3);d1=16/1000;12=280/1000; d2=42/1000;q=3.8 3.51 3.20 2.9; p=2.3255 1.9329 1.5789 1.2704*1000; midu=1000;u1=q./(900*pi*d1A2);u2=q./(900*pi*d2A2);d=1-(u2.A2+2*p./midu)*1./u1.A2七，实验结果及结论：a）分析光滑管和粗糙管：从图中可以看出对于光滑管和粗糙管在雷诺数较少时，摩擦系

16、数随雷诺数Re的增大而减少，在雷诺数较大的情况下，摩擦系数几乎不随雷诺数变化 而变化。b）分析层流管：对于层流的情况摩擦系数 的对数与雷诺数Re的对数呈线性关系，且摩擦系数随雷诺数Re的增大而减少。c）比较光滑管方程和Blasius方程:1010雷诺数Re-1.510-1.610-1.710mor数系擦摩Tfr _ 光滑管方程Blasius 方程A. 7L、K1rb1u,Kiyr、所得 方程与Blasius方程比较由 Blasius 得到lg 0.4999 0.25lg Re用实验数据拟合得到lg 0.3834 0.2796lg Re结果几乎接近。d）比较层流管与理想方程。010层流管与所给方

17、程比较层流管方程lam=64/Re-3 :，:_ 23410 10 10雷诺数Re64如图所示为所得层流管的状态与Re比较。取对数的lg侦6 lgRe ；拟合数据得 lg 1.206 .824|g Re ；两者比较得吻合较好。八，思考题:1. 在测量前为什么要将设备中的空气排净？怎样才能迅速地排净？ 空气的存在，使管路中的水成为不连续流体，测压管中存在空气使测 量数据不准确，管路中存在空气使水的流动不再是单相流动。要使空 气迅速排净，将管路的总阀门开至最大，同时打开测压管的排水口， 带均有水稳定流处时则空气排净。2. 在不同的设备（包括相对粗糙度相同而管径不同）、不同的温度下测量的Re数据能否关联在一条曲线上？Re对于不同的设备由于雷诺数du，不同管路要取得相同的雷诺数Re数在管径不同的条件下，可以改变流速和液体的种类以及不同温度下的黏度来达到相同。因此在不同的设备、不同的温度下测量的据只要保证相对粗糙度相同就能关联在一条曲线上3.以水为工作流体所测得的Re关系能否适用于其