流体阻力实验报告

1、流体流动阻力的测定北京化工大学化工原理实验报告 实验名称： 流体流动阻力测定 班 级： 化工10 学 号： 2010 姓 名： 同 组 人： 实验日期： 2012.10.10 流体阻力实验一、摘要通过测定不同阀门开度下的流体流量，以及测定已知长度和管径d的光滑直管和粗糙直管间的压差，根据公式，其中为实验温度下流体的密度；流体流速，以及雷诺数（为实验温度下流体粘度），得出湍流区光滑直管和粗糙直管在不同Re下的值，通过作双对数坐标图，可以得出两者的关系曲线，以及和光滑管遵循的Blasius关系式比较关系，并验证了湍流区内摩擦阻力系数为雷诺数Re和相对粗糙度/d的函数。由公式可求出突然扩大管的局部阻

2、力系数，以及由求出层流时的摩擦阻力系数，再和雷诺数Re作图得出层流管关系曲线。关键词：摩擦阻力系数 局部阻力系数 雷诺数Re 相对粗糙度/d 二、实验目的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的局部阻力系数；3、测定层流管的摩擦阻力系数；4、验证湍流区内摩擦阻力系数为雷诺数Re和相对粗糙度/d的函数；5、将所得光滑管的-Re方程与Blasius方程相比较。三、实验原理1、直管阻力损失函数：f（hf， l，d，, u）=0应用量纲分析法寻找hf（P /）与各影响因素间的关系1）影响因素物性：， 设备：l，d， 操作：u（p,Z）2）量纲分析 ML-3，

3、ML-1 T-1， lL ，dL，L，uLT-1， hf L2 T-23）选基本变量（独立，含M，L，T） d，u，（l，u，等组合也可以）4）无量纲化非基本变量 ：1aubdc M0L0T0 =ML-1 T-1ML-3aLT-1bLc a=-1,b=-1,c=-1 变换形式后得：1ud / l: 2l/d : 3/d hf: 4hf /u2 5）原函数无量纲化 6）实验 摩擦系数：层流圆直管（Re<2000）：=（Re）即=64/Re湍流水力学光滑管（Re>4000）：=0.3163/Re0.25 湍流普通直管（4000<Re<临界点）：=（Re,/d）即湍流普通直管

4、（Re>临界点）：=（/d）即2、局部阻力损失函数 局部阻力系数： 考虑流体阻力等因素，通常管道设计液速值取13m/s，气速值取1030m/s。 大多数阀门：顺时针旋转是关闭，逆时针旋转是打开。 四、实验流程层流管：；突然扩大管：；粗糙管：；光滑管：。操作装置图如下： 五、实验操作1、关闭流量调节阀门，启动水泵；2、调整阀门V1V5开关，确定测量管路；3、打开对应引压管切换阀门和压差传感器阀门，进行主管路、测压管路排气；4、排气结束，关闭传感器阀门，检查其数值回零，否则继续排气；5、确定量程，布点，改变水流量测多组数据；6、所有参数在仪表柜集中显示，水流量/m3h-1，压降/kPa，温度

5、/；7、层流实验水流量由量筒和秒表测出；8、测完所有数据，停泵，开传感器排气阀，关闭切换阀门；9、检查数据，整理好仪器设备，实验结束。六、实验数据处理原始数据如下表： （kg/m3）=998.2 (mPa.s)=1.005T=20.6 光滑管 l=1.5m d=21.5mmT=21.6粗糙管 l=1.5 d=21.5mm序号流量qv/m3h-1压降p/pa流量qv/m3h-1压降p/pa14.107314.54.1210468.023.555580.03.557748.733.054225.53.055739.542.583058.72.554054.552.212265.82.203046.

6、761.851608.81.862179.671.501065.21.501448.281.16643.21.15869.490.85349.30.84482.5100.65205.50.65284.5突然扩大管T=22.5 d=15.6mm D=42mm l=140mm L=280mm序号流量qv/m3h-1p/pa13.55256.522.01457.530.8159.6层流管 d=2.9mm l=1m T=23.1序号V/mlt/sp/pa1111205155.62102205065.5384202172.0470201731.2562201535.662220438.0数据计算示例：1

7、、 光滑管：近似取T=20.0时水的密度，粘度以光滑管第一组数据为例：2、 粗糙管：以粗糙管第一组数据为例：, , , , 3、 突然扩大管：以第一组数据为例：, , 同理求出三组数据所对应的值，再求其平均值4、 层流管：以第一组数据为例：, , , 按照以上方法将实验数据处理如下表所示：1 光滑管：l=1.50 m ，d=21.5mm ，压降零点修正P0=0 kPa，水温度= 20.6 表1.光滑管的原始数据记录及处理结果一览表序号水流量/m3h-1压降/Pa流速/ ms-1雷诺数Re摩擦系数Blasius14.107314.53.138667023.140.0213240.01965823

8、.555580.02.717658032.230.0216990.02037933.054225.52.334949858.670.0222610.02116742.583058.71.975042175.530.0225190.02207252.212265.81.691836127.100.0227350.02294361.851608.81.416230242.150.0230360.02398571.501065.21.148324520.660.0232010.02527681.16643.20.888018962.640.0234250.02695490.85349.30.6507

9、13895.040.0236930.029133100.65205.50.497610625.620.0238370.031154粗糙管：l=1.50 m ，d= 21.5mm，压降零点修正P0= 0 kPa，水温度=21.6 表2. 粗糙管的原始数据记录及处理结果一览表序号水流量/m3h-1压降/Pa流速/ ms-1雷诺数Re摩擦系数14.1210468.03.154067350.080.03022223.557748.72.717658032.230.03013233.055739.52.334849858.670.03023742.554054.51.952141685.120.0305

10、5752.203046.71.684135963.630.03084961.862179.61.423930405.620.03087571.501448.21.148324520.660.03154381.15869.40.880318799.170.03221790.84482.50.643013731.570.033512100.65284.50.497610625.620.033000根据以上数据做出散点图如下：图3.光滑管和粗糙管的与Re的关系散点图将上图修正处理，得到曲线图如下图4.光滑管和粗糙管的与Re的关系以及Blasius公式比较（3）突扩管：d1=16.0mm ，d2=42

11、.0mm ，压降零点修正P0= 0 kPa，水温度= 22.5表3. 突然扩张管的原始数据记录及处理结果一览表序号水流量/m3h-1压降/Pa细管流速/m1s-1粗管流速/m1s-1局部阻力系数13.55256.55.08920.70210.57020722.01457.52.90810.40120.63216730.8159.61.16320.16050.742252（4）层流管：l= 2.9mm ，d= 1.00 m，压降零点修正P0= 0 kPa，水温度= 23.1 表3. 层流管的原始数据记录及处理结果一览表序号水体积 /ml水流量/m3s-1压降/kPa流速/m1s-1雷诺数 Re摩

12、擦阻力 系数理论11110.00000565155.60.84072421.460.0423870.02643021020.00000515065.50.77252225.120.0493200.0287623840.000004221720.63621832.450.0311820.0349264700.00000351731.20.53021527.050.0357890.0419115620.00000311535.60.46961352.530.0404670.0473196220.0000011438.00.1666479.930.0916710.133353图6. 层流管的与Re的

13、关系七、实验结果分析： 由上面图表中的数据信息可以得出以下结论：1、 流动进入湍流区时，摩擦阻力系数随雷诺数Re的增大而减小。至足够大的Re后，-Re曲线趋于平缓；2、 实验测出的光滑管-Re曲线和利用Blasius关系式得出的-Re曲线比较接近，说明当Re在范围内，与Re的关系满足Blasius关系式，即；图像有误差可能原因是在调节流量和时间控制中未把握好，人为造成了实验误差。包括流量的控制大小以及压降度数误差等。3、 突然扩大管的局部阻力系数随流量的减小而增大；4、 在Re<2000范围内，流体流动为层流，实验所得层流管的摩擦阻力系数随Re的变化趋势与公式特性曲线相近，证明在层流区与

14、Re的关系满足公式。Re超过2000后明显与特征曲线相差变大，证明Re大于2000不符合特征曲线。5、 主要实验误差来源：实验过程中水的温度不断改变，数据处理中仅取初始温度20度；压力差计量表的数据在不断变化，读取的是一个瞬时值。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？答：在流动测定中气体在管路中，对流动的压力测量产生偏差，在实验中排出气体，保证流体的连续，这样流体的流动测定才能准确。先打开出口阀排净管路中的空气，然后关闭出口阀开U形压差计的排气阀。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-Re数据能否关联在一条曲线上？答：由，联立得：，可知-Re曲线受、d、l、等的影响，故不一定能关联到一条曲线上。3、以水为工作流体所测得的-Re关系能否适用于其他种类的牛顿型流体？为什么？答，不能，因为由实验证明在湍流区范围内，与Re的关系式遵循Blasius关系式，即，而Re的值与流体密度、粘度等物