流体流动阻力实验报告材料

1、北京化工大学化工原理实验报告实验名称：流体流动阻力班级：学号:姓名：同组人：实验日期：2015-10-26摘要：本实验通过测定流体在不同管路中流动时的流量qv、测压点之间的压强差 P,结合已知的管路的径、长度等数据，应用机械能守恒式算出不同管路的入 -Re变化关系及突然扩大管的Z -Re关系。从实验数据分析可知，光滑管、粗糙管的摩擦阻力系数随Re增大而减小，并且光滑管的摩擦阻力系数较好地满足 Blasuis关系式：0.3163Re0.25。突然扩大管的局部阻力系数随 Re的变化而变化。一、目的及任务 掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法。 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

2、系数E。 验证湍流区摩擦系数入为雷诺数 Re和相对粗糙度的函数。 将所得光滑管入-Re方程与Blasius方程相比较。二、基本原理1. 直管摩擦阻力不可压缩流体，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相关， 可 表示为： p=? （d ,l ,u , p ,卩, ）引入下列无量纲数群。雷诺数Redu相对粗糙度一d管子长径

3、比丄d从而得到弋（也，丄）ud d令但蔦）可得到摩擦阻力系数与压头损失之间的关系,这种关系可用实验方法直接测hf式中hf 直管阻力，J/kg；l被测管长，m；d被测管径，m ；在此处键入公式。u 平均流速，m/s；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。改变流速科测 出不同Re下的摩擦阻力系数，这样就可得到某一相对粗糙度下的入 -Re关系。(1)湍流区的摩擦阻力系数在湍流区f(Re,)。对于光滑管，大量实验证明，当Re在3

4、103105围，d与Re的关系式遵循Blasius关系式，即0.3163 Re025对于粗糙管，与Re的关系均以图来表示。(2)层流的摩擦阻力系数64Re2. 局部阻力u2式中，E为局部阻力系数，其与流体流过管件的集合形状及流体的 Re有关, 当Re大到一定值后，E与Re无关，为定值。三、装置和流程本实验装置如图，管道水平安装，实验用水循环使用。其中No.1管为层流管，管径(6X 1.5)mm,两测压管之间的距离1m； No.2管安装有球阀和截止阀两种管 件，管径为(27X 3)mm； No.3管为(27X 2.75) mm不锈钢管；No.4为(27X 2.75) mm镀锌钢管，直管阻力的两测

5、压口间的距离为1.5m； No.5为突然扩大管， 管子由(22X 3) mm扩大到(48X 3) mm；1、a2为层流管两端的两测压口； 3、 b2为球阀的两测压口； C1、C2表示截止阀的两测压口； d1、d2表示不锈钢管的两 测压口； e1、e2表示粗糙管的两测压口； f1、f2表示突然扩大管的两测压口。系统 中孔板流量计以测流量。乩片g1片i T仃匚p丙匚1Nc.2bl1 11 11Zp7?Z7 =!Ne.3g4Mtt.Sp Nol io?-I鸟一cPL二 F ItItq 弋a四、操作要点 启动离心泵，打开被测管线上的开关阀及面板上与其对应的切换阀， 关闭其他开关阀和切换阀，确保测压点一

6、一对应。 系统要排净气体使液体连续流动。设备和测压管线中的气体都要排净， 检验的方法是当流量为零时，观察 U形压差计的两液面是否水平。 读取数据时，应注意稳定后再读数。测定直管摩擦阻力时，流量由大 至叨、，充分利用面板量程测取10组数据。测定突然扩大管、球阀和 截止阀的局部阻力时，各取3组数据。本次实验层流管不做测定。 测完一根管数据后，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 止漏。五、数据处理(1)、原始数据水温：243C密度：1000kg/m3粘度：卩=1.305

7、 101）、不锈钢管 d=21mm l=1.50m序号12345678910V/m3.h-14.003.703.40 :3.11：2.82 :2.492.211.931.61:1.19： P/kPa7.186.245.424.633.913.142.552.031.490.902）、镀锌钢管 d=21.5mm l=1.50m序号12345678910V/m3.h-14.003.68；3.423.102.792.512.201.901.621.29 P/kPa10.458.897.726.395.244.293.342.531.901.303）、突然扩大 d仁 15.5mm li=140mm d

8、2=42.0mm l2=280mmV/ m3.h-13.802.791.68 P/kPa4.102.050.704）、层流管 d=2.9mm l=1.00mV/ m3.h-14.333.833.53.132.331.67 P/kPa2.352.221.941.641.170.812、数据处理雷诺数Redu1）不锈钢管，镀锌管以及层流管的雷诺数和摩擦阻力系数用以下公式计算hf式中hf-直管阻力，J/kg;l被测管长，m；d被测管径，m;u平均流速，m/s；摩擦阻力系数。p 丄Id 22）突然扩大管的雷诺数及摩擦阻力系数由以下公式计算雷诺数Re虬3、数据处理结果如下表所示直管阻力数据处理记录表不序

9、 号V/m3/h-1hfv/m/s-1Re入B入147.183.207963I 67032.070.019535（0.019658 123.76.242.96736662004.660.0198430.020044锈33.45.422.72676956977.260.0204110.02047343.114.632.49419152117.430.0208390.020934钢52.823.912.26161447257.610.0214040.02145362.493.141.99695741727.460.0220470.022131管72.212.551.772437035.220.02

10、27290.02280181.932.031.54784232342.970.0237250.02358691.611.491.29120526980.410.0250240.02468101.190.90.95436919942.040.0276670.026617序 号V/m3/h-1P/kPav/m/sRehf入1410.453.06049165473.1810.450.031982镀23.688.892.81565160235.338.890.03214633.427.722.61672:55979.577.72P 0.032321；锌43.16.392.3718850741.726.

11、390.03256152.795.242555.240.032964管62.514.291.92045841084.424.290.03334572.23.341.6832736010.253.340.03379281.92.531.453733P 31099.762.53P 0.034319191.621.91.23949926516.641.90.035452101.291.30.98700821115.11.30.038254层序 号V(mL/s)T/ C P/kPav(m/s)Re入14.3326.12.3518P0.6560491893.078P0.0338

12、07:流23.8326.12.21740.5803511674.6460.03821733.526.21.93530.5298861529.0250.041857管43.1326.31.64060.4743741368.8410.04675552.3326.41.1726P 0.3532571019.35P 0.062785161.6726.50.812P0.252327728.10690.087899突序 号v1(m/s)v2( m/s)RehfE然15.5940690.76189131840.834.0882430.72016824.1072240.55938923377.432.0420

13、220.739351扩3大2.4731670.33683614076.730.6992980.752793管数据处理示例：1、光滑管：T=20OC时水的密度1000Kg/m3，粘度1.005mPa?s以光滑管第4组数据为例:qv=3.11 m3 /h P=4.63kPa d=21.0 mm l=1.50 m P hf =P4qvU它Re吒4 3.11/360022.4954543.14 0.02120.021 2.495454 100052117.431.005 10 32d Pl u22 .21 463 103 2 0.0208391.50 1000 2.49545420.31630.25R

14、e0.316352117.433250.0209342、粗糙管:以粗糙管第4组数据为例:3qv 3.1m /h d 21.5mmI 1.50m4qv2.3730814 3.1Redu0.0215 2.373081 100031.005 1050741.722d pl u20.03252832 0.0215 6.39 101.50 1000 2.3730813.14 0.002153、突然扩大管:以第1组数据为例：qv 3.80P 4.1036kpa d115.5mm l1140mmd242.0mm l2280mm-J.2 2(U1U2)2qRe 31840.832 4.1036 103 100

15、0 (5.5940692 0.7618912) 0 720168 1000 5.59406924、层流管：以第4组数据为例:qv 3.13mL/sP 1.6406kPa v0.474374m/s d=2.9mm l=1.00mRedu0.0029 0.474374 10001.005 101368.84132d p 2 0.0029 1.6406 10l u21 1000 0.47437420.046755由上述数据可以得到以下图形:0 035-亠-光滑管丄-Biasiustt线-0.03-0 025 -0.02-20000E | F r F tr I r | T F 1 T I I 1 |

16、II I F T F | R T 11 T F 3000040000500Q0 60000 700QQ0.09.0 06-=J、0.07 镒 0.05；5 0-054一 0.040 03 -”I 1! pI I I 60080Q七、实验结果分析： 层流管1000120014001600 1800 2000由上面图表中的数据信息可以得出以下结论：1当Re4000时，流动进入湍流区，摩擦阻力系数入随雷诺数 Re的增大而 减小。至足够大的Re后，入-Re曲线趋于平缓；2、实验测出的光滑管入-Re曲线和利用Blasius关系式得出的入-Re曲线比较接近，说明当Re在3 103 105围，入与Re的关系满足Blasius关系 式，即0.3163/Re0.25 ;3、突然扩大管的局部阻力系数随流量的减小而增大；4、在Re2000围，流体流动为层流，实验所得层流管的摩擦阻力系数入随Re的变化趋势与公式64特性曲线相差较远，可能原因是在调节流量Re和时间控制中未把握好，人为造成了实验误差，并且流量过大，导致流体 并非层流状态。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：排气是为了保证流体的连续流动。先打开出口阀排除管路中的气体，然后 关闭出口阀，打开U形