流体阻力实验报告

1、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 ：流体阻力实验、摘要通过测定不同阀门开度下的流体流量 qv ，以及测定已知长度 l和管径 d 的光滑直管和粗糙直管间的压差 p ，根据公式2d p ，其中 为实验温度下流体的密度；流体流速l u 2u 4qv2 ，以及雷诺数 Re du （ d2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Re 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

2、粗糙度 /d 的函数。由公式u2 2 p1 u2可求出突然扩大管的局部阻力系数，以及由12u1264 求出层流时的摩擦阻力系数Re，再和雷诺数 Re作图得出层流管Re 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

3、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-3 -1 -1 -1 2 -2ML-3，ML-1 T-1， lL ，dL ，L ，uLT -1 ， hf L 2 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 M 0L0T0 =ML -1 T -1ML -3 aLT -1 bL c ? a=-1,b=-1,c=-1 变换形式后得： 1 ud / 2l: 2l/d : 3 /dhf: 4hf /u5）原函数无量纲化hf , du2,l d

4、 , d6）实验hfdudRe, dlu2摩擦系数：层流圆直管（ Re<2000）： = 湍流水力学光滑管（ Re>4000）： 湍流普通直管（ 4000<Re<临界点）：Re)=即=64/ReRe, /d )即 1 1.742log 2d18.7d Re22logd湍流普通直管（ Re>临界点）： =（/d ）即 1 1.741.742、局部阻力损失函数2局部结构）hfu 2 局部阻力系数：f2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 10 30m/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： d 2.9mm， l

5、 1.00m ；突然扩大管： d1 16.0mm, l1 140mm ；粗糙管：d 21.5mm,l 1.50m ；光滑管： d 21.5mm, l 1.50m 。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/m3?h-1，压降/kPa，温度 /；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

6、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）= =T= 光滑管 l= d=T= 粗糙管 l= d=序号流量qv/m3?h-1压降 p/pa流量qv/m3?h-1压降 p/pa12345678910突然扩大管T= d= D=42mm l=140mm L=280mm序号流量 qv/m3?h-1p/pa123层流管 d= l=1m T= 序号V/mlt/sp/pa11112021022038420470205622062220数据计算示例：1、光滑管：近似取 T=时水的密度3998.2Kg / m3 ， 粘度1.005mPa?s以光滑管第一组数据为例

7、998.2Kg /m3,qv 4.1m3 /h, p 7314.5 Pa, d 21.5mm, l 1.50mu 4qv2u d 2duRe4 4.10 / 36002 3.138591m / s3.14 0.02152 0.0215 3.138591 100067023.1431.005 10 32、2d pl u22 0.0215 7314.5 2 0.0213241.50 1000 3.1385912Blasius关系式求得 粗糙管： 以粗糙管第一组数据为例：0.250.3163 / Re0.250.250.3163 / 67023.140.25 0.0196583qv 4.12m3 /

8、h , p 10468Pa , d21.5mm, l1.50m4qvudv24 4.12/36002 3.153902m/ s3.14 0.02152Re du0.02153.153902998.2 67350.081.005 10 32d pl u22 0.0215 10468 2 0.0302221.50 998.2 3.15390223、突然扩大管： 以第一组数据为例：qv 3.5m3 /h, p 5256.5Pa , d1 16.0mm, d2 42.0mm,u 4qv12d124 3.5/ 36005.089167m / su24qv4 3.5 / 36000.702097m / s

9、3.14 0.0162d223.14 0.042222p25256.5u20.702097 2+21=1-998.2=0.5702072u14.188232理求出三组数据所对应的值，再求其平均值0.570207 0.632167 0.7422520.648209 34、 层流管：以第一组数据为例：111ml , t 20s2.9mm, l 1.00m , p 5155.6Pa, V111 10 62030.00000555m3 / s , u4qv4 0.0000055523.14 0.002920.840673m/ sRedu0.0029 0.840673 998.21.005 10 324

10、21.4572d pl u 22 0.0029 5155.61.00 998.220.840673 20.042387225按照以上方法将实验数据处理如下表所示： 光滑管： l= m ，d= ，压降零点修正 P0=0 kPa ，水温度 = 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/m3?h-1压降 /Pa流速/ m?s -1雷诺数Re摩擦系数 Blasius12345678910粗糙管 ：l= m ，d= ， 压降零点修正 P0= 0 kPa ，水温度 = 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/m3?h-1压降 /Pa流速/ m?s -1雷诺数 Re摩擦

11、系数 12345678910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= ，d2= ，压降零点修正 P0= 0 kPa ，水温度 = 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3 -1 /m3?h-1压降 /Pa细管流速/m1?s -1粗管流速/m1?s-1局部阻力 系数1230.570207 0.632167 0.7422520.64820934）层流管： l= ，d= m，压降零点修正 P0= 0 kPa ，水温度 =

12、 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3 -1 /m3?s-1压降/kPa流速 /m1?s-1雷诺数 Re摩擦阻力 系数理论111121023842172470562622图 6. 层流管的与 Re 的关系七、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 3 103 105范围内，与 Re 的关系满足 Blasius 关系式，即

13、0.250.3163 / Re0.25 ；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 64 特性曲线相近，证明在层流区与 Re 的关系满足公式 Re64 。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 Re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。

14、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。、不同温度下测定的 -Re 数据能否关联2、在不同设备(包括相对粗糙度相同而管径不同) 在一条曲线上？2d p ，可知 -Re 曲线受、 d 、 l 、 lRe2 2答：由 Re du ， 2d p 联立得：l u 2 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 Re 103 105范围内，与 Re 的关系式遵循Blasius 关系式，即0.3163/Re0.25 ，而 Re的值与流体密度、粘度等物理性质有关， 不同流体物理性质不同，所以不适用。4、测出的直管摩擦阻力与设备的放置状态有关吗？为什么？（管径、管长相同， 且 R1=R2