流体流动阻力试验报告

1、流体流动阻力的测定摘要：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AP,结合已知的管路的内径、长度等数据，应用机械能守恒式算出不同管路的人-Re-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：儿=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人及突然扩大管和阀门的局部阻力系数E。验证湍流区内摩擦系数人为雷诺数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。一、

2、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，可表小为：p=?（d,1,u,p,仙，£）引入下列无量纲数群。雷诺数Re=与相对粗糙度-d管子长径比-d从而得到二P2”,（华三士）:u口dd令'=:奴Re,一)dLpl,；u2(Re,)-:dd2可得到摩擦阻力系数与压头损失

3、之间的关系，这种关系可用实验方法直接测定。hfplu2=九一M：d2式中hf直管阻力，J/kgi被测管长，md被测管内径，mu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人-Re关系。(1)湍流区的摩擦阻力系数在湍流区内儿=f(Re)。对于光滑管，大量实验证明，当Re在3父103105d范围内，九与Re的关系式遵循Blasius关系式，即=0.3

4、163Re。25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64丸=Re2 .局部阻力hf2u.2式中，己为局部阻力系数，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，七与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(6X1.7)mm,两测压管之间的距离1.2m；No.2管安装有球阀和截止阀两种管件，管径为(27X3.5)mm；No.3管为(27X3.5)mm锈钢管；No.4为(27X2.5)mm度锌钢管，直管阻力的两测压口间的距离为1.5m；No.5为突然扩大管，管子由(22X3)mm扩大到(

5、48X3)mm；&、a2为层流管两端的两测压口；b1、上为球阀的两测压口；Ci、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；，、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。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，应注稳定后再读数。测定直管摩擦阻力时，流量由大至“、，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

6、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，防止内漏。五、数据处理1、原始数据水温：13.8C密度：999.7kg/m3粘度：尸1.305父10工1）、不锈钢管d=20.5mml=1.5mQ/ni.h-14.373.503.012.512.021.611.301.000.900.800.750,70p/kPa12.556.795.173.722.541.721.170.750.620.510.440.412

7、）、镀锌管d=22.0mml=1.5mQ/ni.h-14.364.003.502.912.001.801.601.501.401.291.201.10P/kPa13.199.05；6.964.9112.452.021.6111.471.281.090.940.813）、突然扩大d1=16.0mml1=1.4md2=42.0mml2=280mmQ/m.h-14.03.02.0P/kPa-5.60-2.98-1.234）、球阀d=21.0mml=1.5mQ/m.h-14.03.02.0P/kPa36.7820.328.962、数据处理1）不锈钢管，镀锌管以及球阀雷诺数和摩擦阻力系数用以下公式计算雷

8、诺数Re=如hf直官阻力，J/kgi被测管长，md被测管内径，mu平均流速，m/s；摩擦阻力系数。2）突然扩大管得雷诺数及摩擦阻力系数由以下公式计算雷诺数Re=2少+%：一：）摩擦阻力系数3、数据处理结果如下表所示直管阻力数据处理记录表Q/m.h-1Q/m.s-1P/PaU/m.s-1Re阻力系数4.370.001214125503.84468460395.420.0232073.500.000972679013.079266148371.620.019573不3.010.00083651702.64816941599.590.0201512.510.00069737202.208274:34

9、689.360.020851：2.020.00056125401.77717727917.330.021982切1.610.00044717201.41646322250.940.023432钢1.3010.00036111701160.0244471.000.0002787500.8797913820.460.026485管0.900.000256200.79181112438.420.027030.800.0002225100.70383211056.370.028140.75；0.0002084400.659843；10365.350.0276230.7010.

10、00019441010.6158539674.3240.0295484.360.001211131903760.0381164.000.00111190502.92295849275.920.0310723.500.00097269602.55758843116.430.0312112.910.00080849102.12645235848.240.031852镀2.0010.000556245011.46147924637.960.0336471.800.000520201.31533122174.170.0342491.600.00044416101.169183

11、19710.370.034548管1.500.00041714701.09610918478.470.035891.4010.0003891280:1.02303517246.570.0358751.290.00035810900.94265415891.490.0359821.200.00033394010.87688714782.780.0358591.10.0003068100.80381413550.880.036774球阀数据处理记录表Q/nlh-1Q/nis-P/Pa1U/m.s-1Re阻力系数40.001111367803.20796351622.40.100072310.000

12、833；2032012.405972f38716.810.09828820.00055689601.60398225811.20.097514平均阻力系数0.098625突然扩大数据处理记录表Q/m.h-1Q/m.s-1P/PaUi/m.s-1Lb/m.s-1Re阻力系数1410.001111P56005.5262180.801991167754.40.61219630.00083329804.1446630.60149350815.80.63198820.00055612302.7631090.40099533877.20.656729平均阻力系数0.633638六、实验结论及误差处理1.入

13、-Re关系图如下图：由图可知，当雷诺数大于4000（阻力平方区），阻力系数人随着雷诺数Re增大而减小；当雷诺数增大到相当大后，阻力系数取决于其相对粗糙度。图中光滑管与粗糙管的人-Re曲线可以很清晰地反应出这一点。0c数系力阻00000一不锈钢管-镀锌管Biasius曲线2.系统误差，人为操作所造成的误差，读取数据时的随意性也可导致误差，在数据处理过程中有效值的取舍带来的误差等等六、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？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形压差计下端的排气阀。2 .在不同设备、不同温度下测定的人-Re数据能否关联在一条曲线上？答：只要相对粗糙度相同，入-Re数据就能关联到一条曲