《流体流动阻力实验报告》

PAGEPAGE5流体流动阻力实验报告实验目的1.掌握流体经直管和管阀件时阻力损失的测定方法。通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。2.测定直管摩阻系数λ与雷诺数Re的关系。3.测定流体流经闸阀等管件时的局部阻力系数ξ。4.学会压差计和流量计的使用方法。5.观察组成管路的各种管件、阀件，并了解其作用。实验原理流体在管内流动时，由于存在粘性切应力和涡流，不可避免得要消耗一定的机械能，这种机械能的消耗包括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻力。1.沿程阻力流体在水平均匀管道中稳定流动时，阻力损失表现为压力降低。即影响阻力损失的因素很多，尤其对湍流流体，目前尚不能完全用理论方法求解，必须通过实验研究其规律。为了减少实验工作量，使实验结果具有普遍意义，须采用因次分析方法将各变量组合成准数关联式。根据因次分析，影响阻力损失的因素有：(1)流体性质：密度ρ、动力粘度μ；(2)管路的几何尺寸：管径d、管长l、管壁粗糙度ε；(3)流动条件：流速u。可表示为：则：式中，λ称为阻力系数。流体处于层流区时，λ＝64/Re；湍流时λ是雷诺准数Re和相对粗糙度的函数，须由实验确定。2．局部阻力局部阻力通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。(1)当量长度法流体流过某管件或阀门时，因局部阻力造成的损失，相当于流体流过与其具有相当管径长度的直管阻力损失，这个直管长度称为当量长度，用符号le表示。则流体在管路中流动时的总阻力损失为：(2)阻力系数法流体通过某一管件或阀门时的阻力损失用流体在管路中的动能系数来表示，这种计算局部阻力的方法，称为阻力系数法。即：式中，ξ——局部阻力系数，无因次；u——在小截面管中流体的平均流速，m/s。实验装置流程（1）实验装置实验装置如图所示主要由高位槽，不同材质的管子，各种阀门和管件、转子流量计等组成。第一根为不锈钢光滑管，第二根为镀锌铁管，分别用于光滑管和粗糙管湍流流体流动阻力的测定。第三根为不锈钢管，装有待测闸阀，弯头，用于局部阻力的测定。（2）装置结构尺寸名称材质管内径(mm)测试段长度（m）光滑管不锈钢管251.3粗糙管镀锌铁管251.3局部阻力闸阀25-局部阻力弯头25-实验步骤1）设定流体的流体测定方向和测位点；2）打开控制柜电源，启动离心泵；3）切换管路做流体闸阀/直角弯头/粗糙管/光滑管/流体阻力实验。注意在实验时，要排除实验中压力测量管路中的气体。如果是手动测量，从最大的流量开始测量，每隔1m3/h，记下一组数据，最小测量流量为2m3/h，记录实验数据表1流动阻力实验数据闸阀直角弯头光滑管粗糙管流量（m3/h）⊿P(KPa)流量（m3/h）⊿P(KPa)流量（m3/h）⊿P(KPa)流量（m3/h）⊿P(KPa)0.50.330.50.380.50.280.50.131.00.921.00.621.00.321.00.351.52.411.50.801.50.351.50.512.04.082.01.222.00.542.00.742.55.982.51.742.50.782.50.993.08.323.02.403.00.953.01.253.510.443.53.133.51.233.51.644.013.264.03.664.01.514.01.96水温：15℃黏度：1.141×10-6m2/s密度：数据处理得出四种管路不同情况下流体流动阻力系数与雷诺数的关系曲线，并作出误差分析。表2流动阻力实验数据处理表流速u(m/s)雷诺数Re光滑管粗糙管闸阀直角弯头阻力系数λ×103阻力系数λ×103局部阻力系数ζ局部阻力系数ζ0.2836202.58134.562.458.2439.4920.56612405.1538.4342.035.7453.8720.84918607.7318.6827.226.6892.2201.13224810.3116.2122.226.3701.9051.41531012.8914.9919.025.9751.7391.69937215.4612.6816.685.7731.6651.98243418.0412.0616.085.3221.5962.26549620.6211.3314.715.1751.429各关系曲线如下图所示图1光滑管流体流动阻力系数与雷诺数的关系曲线图图2粗糙管流体流动阻力系数与雷诺数的关系曲线图图3闸阀局部阻力系数与雷诺数的关系曲线图图4直角弯头局部阻力系数与雷诺数的关系曲线图误差分析：从图中可以看出，阻力系数大致随雷诺数的增大而减小，曲线坡度由陡至平缓。闸阀测量的第二组数据有较大偏差，出现误差的原因有读数不准确，调节仪器时状态未处于完全稳态，同时仪器也存在误差。思考题解答1．流体流动时为什么会产生摩擦阻力？摩擦阻力以哪几中形式反映出来？答：流体的黏性是产生阻力的主要原因，流体与管壁间的摩擦易产生摩擦阻力。形式有沿程阻力和局部阻力。2．以水做介质所测得的关系能否适用于其他流体？答：可以用于牛顿流体的类比，牛顿流体的本构关系一致，