化工原理实验~流体流动阻力系数的测定实验报告

1、流体流动阻力系数的测定实验报告、实验目的：1、掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法。2、测定直管的摩擦阻力系数 入及突然扩大管和阀门的局部阻力3、验证湍流区内摩擦阻力系数 入为雷诺系数Re和相对粗糙度的函数。4、将所得光滑管的入一Re方程与Blasius方程相比较。二、实验器材：流体阻力实验装置一套三、实验原理：1、直管摩擦阻力不可压缩流体（如水） ，在圆形直管中做稳定流动时，由于黏性和涡流的作用产生摩擦阻力； 流体在流过突然扩大、 弯 头等管件时，由于流体运动的速度和方向突然变化， 产生局部 阻力。影响流体阻力的因素较多， 在工程上通常采用量纲分析 方法简化实验， 得到在一定条件下具有普遍

2、意义的结果， 其方 法如下。流体流动阻力与流体的性质， 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, p , a , & )引入下列无量纲数群。从而得到雷诺数 Re=duD / a相对粗糙度 £ / d管子长径比 l / d P/( p u2) =书(dup / ,£ / d , I / d)令入=( Re, £ / d ) P/ p= (I / d )©(Re, £ / d ) u2/2可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系, 这种关系可用试验方法直接测定。hf =»/ p =入(l/ d ) u

3、2/2式中，h f直管阻力，J/kgI 被测管长， md 被测管内径，mu 平均流速, m/s入一一摩擦阻力系数。当流体在一管径为 d 的圆形管中流动时，选取两个截面，用 U 形压差计测出这两个截面间的静压强差，即为流体流过 两截面间的流动阻力。根据伯努利方程找出静压强差和摩擦 阻力系数的关系式，即可求出摩擦阻力系数。改变流速可测 出不同Re下的摩擦阻力系数，这样就可得出某一相对粗糙度 下管子的入一Re关系。1)、湍流区的摩擦阻力系数在湍流区内入=f (Re £ / d )。对于光滑管，大量实验证明，当Re在3X 103105范围内，入和Re的关系遵循Blasius关系式，即 入=/

4、对于粗糙管，入和Re的关系均以图来表示。2、 局部阻力hf=S u2/2式中，S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，S与Re无关，成为定值。四、实验步骤：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，保证测压点一一对应。2、排净系统中的气体以便使液体能连续流动。 设备和测压管线中的气体都要排净，观察 U形压差计中两液面是否水平，如果水平说明系统中气体已经排净。3、测定光滑管和粗糙管摩擦阻力，先将流量从小到大慢慢增加，并观察U形压差计中两液面差，当液面差达到最大并等数据稳定后记录第一组数据，即此时的液体流

5、量和压差。接着将流量由大到小，每相差h左右侧一组数据。充分利用面板量程测取10组数据，然后再由小到大测取几组数据，以检查数据的重复性（不记录数据）。测定突然扩大管、 球阀和截止阀的局部阻力时， 各测取3 组数据，具体步骤与侧量光滑管和粗糙管相同。注意在记录整个实验的第一组数据时记录一次液体温度，记录最后一组数据时记录一次温度。4、1、求光滑管、粗糙管摩擦阻力系数 入和雷诺系数Re测完一根管的数据后，应将流量调节阀关闭，观察压差计的两液面是否水平，水平时才能更换另一条管路，否则全部数据无效。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。五、实验数据处理:在整个实

6、验过程中，液体温度可由始末温度值之和的平均值代替，则有t=（t 始+t 末）/2= +/2=24 C此温度对应水的密度可由相关表查得，P =m由公式u=Q/A=xi02Q/cF得到流速，由公式 Re=dp /卩可求得hf=AP/卩=入(1 / d ) u2/2可求得真实的入，由Blasius关系式 入'=/可求得理论入'。光滑管几何尺寸为d=21mm l=,相对粗糙度£ / d=21 =所求光滑管在不同流量下的u、Re入、入'如下表:光滑管的相关数据如下表：序号12345678910Q/ m3/hP/kPau/m/sRe<10-4入入粗糙管几何尺寸为 d

7、=22mm l=,相对粗糙度 £ / d=22=所求粗糙管在不同流量下的 u Re入、入'如下表:粗糙管的相关数据表如下：序号12345678910Q/ m3/hP/kPau/m/sRe<10-4入入2 、求局部阻力系数S由公式 u=Q/A=xi02Q/cF得到流速，由式 hf=»/ P = E u2/2可得到S。其中，扩大管的管径取d=16mm球阀和截止阀的管径取d=20mm 所求得各数据如下表:扩大管、球阀管、截止阀管的相关数据表如下序号扩大管球阀截止阀123123123Q/ m3/hP/kPau/m/sS所得湍流时入一Re £ / d关系图如下

8、:3、六、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?设备中要是还有空气未排净将使设备中液体不能连续地流动，势必影响实验结果。在接通水泵电源以后，再打开流量调节阀门，使之大流量输出便可迅速有效地排净设备中的空气。(2) 、在不同设备(包括相对粗糙度相同而管径不同)、不同温度下测定的入一Re数据能否关联在一条曲线上?不能关联到一条曲线上。(3) 、测出的直管摩擦阻力与设备的放置状态有关吗？为什么?有关系。由 h f = (Pi/ p +Zig) -( F2/ p + Z2g) = P/ p 可知,阻力损失均主要表现为流体势能的降低，即 »/ p,只有当管道水