流体阻力实验报告

1、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、摘要通过测定不同阀门开度下的流体流量 回，以及测定已知长度1和管径d的光滑直管和 粗糙直管间的压差 匚目，根据公式2d p）其中为实验温度下流体的密度；流体流4q,以及雷诺数Re业（口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下的入值，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，并验证了湍流区摩擦阻力系数入为雷诺数Re和相对粗糙度 e/d的函数。由公式 1 u2 一可求出突然扩大管的

2、局部阻力系数，以及 2由 匚64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| 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入及突然扩大管的局部阻力系数日3、测定层流管的摩擦阻力系数入；4、验证湍流区摩擦阻力系数入为雷诺数Re和相对粗糙度e/d勺函数；5、将所得光滑管的 人-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, p, % l, d, s, u） =0应用量纲分析法寻找hf （A P /p）与各影响因素间的关系1）影响因素物性：p,科

3、设备：l, d, 操作：u （p,Z）2）量纲分析pML-3, MML-1 T1, lL , dL, L, uLT1, hf L2 T23）选基本变量（独立，含 M, L, T）d, u, p （l, u, p等组合也可以）4）无量纲化非基本变量. 式 1= W P aubdcM0L0T0 =ML-1 丁1ML-3rLT1bLc ? a=-1,b=-1,c=-1变换形式后得：n1= p ud /l:n 2=l/d :n 3= /dhf:n 4=hf/u5）原函数无量纲化du6）实验h fdul u 2l u 2ii f, dd2d2Re, d层流圆直管（Re4000）:入=0.3163/Re0

4、.2518.7Re湍流普通直管（4000Re临界点）：入=。（e/。即12T1.742 log d2、局部阻力损失函数2hf u2局部阻力系数:（局部结构）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：d 2.9mm, 1 1.00m ；突然扩大管：d116.0mm, 11 140mm；粗糙管:d 21.5mm,l 1.50m；光滑管:d 21.5mm,l 1.50m。dd操作装置图如下:图1流体阻力实验装置流程图1.水箱 2*离心泉 3.孔板流量计4.管路切换阀5.测量管路6,稳流罐7.流量调节

5、阀五、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/C；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：p (kg/m3) =998.2 小(mPa.s)=1.005T=20.6C 光滑管 l=1.5m d

6、=21.5mmT=21.6C粗糙管 l=1.5 d=21.5mm在舁 厅P8M:qv/m3?h-1压降A p/paqv/m3?h-1压降A p/pa14.107314.54.1210468.023.555580.03.557748.733.054225.53.055739.542.583058.72.554054.552.212265.82.203046.761.851608.81.862179.671.501065.21.501448.281.16643.21.15869.490.85349.30.84482.5100.65205.50.65284.5突然扩大管T=22.5C d=15.6m

7、m D=42mm l=140mm L=280mm在舁 厅p流里qv/m ?hA p/pa13.55256.522.011457.530.8159.6层流管 d=2.9mm l=1m T=23.1 C在舁 厅pV/mlt/sA p/pa1111205155.62102205065.5384202172.0470201731.2562201535.662220438.0数据计算示例：八八一，31、光滑管：近似取 T=20.0C时水的密度 998.2Kg/m|J,粘度 1.005mPa?s以光滑管第一组数据为例 ：_33_998.2Kg/m,qv 4.1m /h, p 7314.5Pa,d 21.5

8、mm, l 1.50mRe4qv d2du4 4.10/3600一-23.14 0.02153.138591m/s0.0215 3.138591 10001.005 10 367023.142d p l u22 0.0215 7314.5 2 0.021324 1.50 1000 3.1385912Blasius关系式求得_ 0 25_ 0 25_0.3163/Re .0.3163/67023.14 .0.0196582、粗糙管：以粗糙管第一组数据为例:,3 ，qv 4.12m / h ,10468Pa|, |d 21.5mm, |l 1.5014qv 4 4.12/3600u ”2o 3.1

9、53902m/sd23.14 0.02152,Redu 0.02153.153902 998.21.005 10367350.02d p2 0.0215 104680.030222l u21.50 998.2 3.1539022-3 ，qv3.5m / h ,p 5256.*a, d1 16.0mm,d242.0mm,4qv4 3.5/3600“v22 5.089167m/sd13.14 0.0164qv4 3.5/3600u2d222 0.702097m/ s3.14 0.0420.7020972 +2=1-4.188235256.5_2 998.2=0.570207组数据所对应的值再求其平

10、均值-0.570207 0.632167 0.7422520.6482093同理求出4、d 2.9mm,l 1.00mp 5155.6Pa,V 111mlt 20s层流管：以第一组数据为例:V111 106 3 .qv0.00000555m /st204qv4 0.00000555 u T r 0.840673m/sd23.14 0.00 292Redu 0.0029 0.840673 998.21.005 1032421.4573、突然扩大管：以第一组数据为例:2d p20.00295155.60.042387225l u21.00998.20.840673 2按照以上方法将实验数据处理如下

11、表所示: 光滑管：l=1.50 m , d=21.5mm ,压降零点修正 APo=0 kPa,水温度=20.6 C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摩擦系数入入 Blasius14.107314.53.138667023.140.0213240.01965823.555580.02.717658032.230.0216990.02037933.054225.52.334949858.670.0222610.02116742.583058.71.975042175.530.0225190.02207252.212265.81

12、.691836127.100.0227350.02294361.851608.81.416230242.150.0230360.02398571.501065.21.148324520.66 ,0.0232010.02527681.16643.20.888018962.640.0234250.02695490.85349.30.650713895.040.0236930.029133100.65205.50.497610625.62 ,0.0238370.031154粗糙管：l=1.50 m , d= 21.5mm,压降零点修正 APo= 0 kPa,水温度=21.6 c表2.粗糙管的原始数据

13、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摩擦系数入14.1210468.03.154067350.080.03022223.557748.72.717658032.230.03013233.055739.52.334849858.670.03023742.554054.5P 1.9521141685.120.03055752.203046.71.684135963.630.03084961.862179.61.423930405.620.03087571.501448.2P 1.1483 124520.660.03154381.15869.40.88

14、0318799.170.03221790.84482.50.643013731.570.033512100.65284.50.497610625.620.033000根据以上数据做出散点图如下:光滑倒。粗糙管0 034 三0 032 g0.03 T0。2屋0 026 ；03 -0 022 -0 0”0Q1S-20000400006000080000Re图3.光滑管和粗糙管的入与Re的关系散点图将上图修正处理，得到曲线图如下-ztiiasiusT-光滑管 一一粗播管200004000060000 30000Re图4.光滑管和粗糙管的入与Re的关系以及Blasius公式比较(3)突扩管：d1=16

15、.0mm , d2=42.0mm ,压降零点修正 APo= 0 kPa,水温度=22.5C表3.突然扩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细管流速/m1 ?s-1粗管流速 /m1?s-1局部阻力 系数E13.55256.55.0892 0.70210.57020722.01457.52.908110.40120.63216730.8159.61.16320.16050.7422520.570207 0.632167 0.742252 八 ”八0.6482093(4)层流管：l= 2.9mm , d= 1.00 m,压降零点修正 APo= 0 kPa,水温度=23

16、.1 C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/m3?s-1压降/kPa流速 /m1?s-1雷诺数Re摩擦阻力 系数入入理论11110.00000565155.60.84072421.460.0423870.02643021020.00000515065.50.77252225.120.0493200.0287623840.000004221720.63621832.450.0311820.0349264700.00000351731.20.53021527.050.0357890.0419115620.00000311535.60.46961352.530.040

17、4670.0473196220.0000011438.00.1666479.930.0916710.133353图6.层流管白入与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 103105围，入与Re的关系满足Blasius关系式，即025 0.3163/Re |：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

18、。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| 义卜寺性曲线相近,证明在层流区入与Re的关系满足公式匚目。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）、不同温度下测定的入-Re数据能否关联在一条曲线上？答：由Re dU_|,2d P |联立得:2d p,可知入-Re曲线受p、d、1、科|1 u21 Re2 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入-Re关系能否适用于其他种类的牛顿型流体？为什么？TT3 TT5答，不能，因为由实验证明在俪流区|Re 1