流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)_流體流動(dòng)阻力的測(cè)定

1、專業(yè)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 日期： 地點(diǎn)： 課程名稱：過程工程原理實(shí)驗(yàn)（乙）指導(dǎo)老師:成績(jī)： 實(shí)驗(yàn)名稱：流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)一一流體流動(dòng)阻力的測(cè)定同組學(xué)生: 實(shí)驗(yàn)類型：流體力學(xué)實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿?三、實(shí)驗(yàn)材料與試劑（必填） 五、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟（必填） 七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填） 二、實(shí)驗(yàn)容和原理（必填） 四、實(shí)驗(yàn)器材與儀器（必填） 六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理 八、討論、心得 2) 一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1掌握測(cè)定流體流經(jīng)直管、管件（閥門）時(shí)阻力損失的一般實(shí)驗(yàn)方法； 2. 測(cè)定直管摩擦系數(shù)入與雷諾準(zhǔn)數(shù) Re的關(guān)系，驗(yàn)證在一般湍流區(qū) 入與Re 的關(guān)系曲線； 3測(cè)定流體流經(jīng)管件（閥門）時(shí)的局部阻力系數(shù)

2、Z; 4.識(shí)辨組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用。 實(shí)驗(yàn)原理 流體通過由直管、管件（如擴(kuò)大管、三通和彎頭等）和閥門等組成的管路系 統(tǒng)時(shí)，由于粘性剪應(yīng)力和渦流應(yīng)力的存在， 要損失一定的機(jī)械能。流體流經(jīng)直管 時(shí)所造成的機(jī)械能損失成為直管阻力損失。 流體通過管件、閥門時(shí)由于流體運(yùn)動(dòng) 方向和速度大小的改變所引起的機(jī)械能損失成為局部阻力損失。 1直管阻力摩擦系數(shù)入的測(cè)定 流體在水平等徑直管中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，阻力損失為： hf PfPlP2 (1) 2d Pf lu2 公式中: k直管阻力摩擦系數(shù)，無因次; d直管徑，m； Pf 流體流經(jīng)I米直管的壓力降，Pa； f 單位質(zhì)量流體流經(jīng)I米直管的機(jī)械能損失，

3、J/kg； P流體密度，kg/m3 ； I直管長(zhǎng)度，m； u流體在管流動(dòng)的平均速度，m/s； 滯流（層流）時(shí)： 64 （3） Re 裝Re d（4） 訂式中： 線Re雷諾準(zhǔn)數(shù)，無因次； :流體粘度，kg/（m s）。 i湍流時(shí)入是Re和相對(duì)粗糙度（ 線u流體在小截面管中的平均流速，m/s。 j根據(jù)連接管件或閥門兩端管徑中小管的直徑 d,流體溫度to（查流體物性p = P），以及實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)定的流量 V、 Pf，通過式（6）或（7）,求取管件（閥門） 的局部阻力系數(shù)& 三. 實(shí)驗(yàn)儀器 1. 實(shí)驗(yàn)裝置 實(shí)驗(yàn)對(duì)象部分由貯水箱、離心泵，不同管徑、材質(zhì)的水管，各種閥門、管件， 渦輪流量計(jì)和倒U型壓差計(jì)等所組

4、成。管路部分有三段并聯(lián)長(zhǎng)直管，自上而下 分別為用于測(cè)定直管層流阻力、粗糙管直管阻力系數(shù)、光滑管直管阻力系數(shù)。同 時(shí)在粗糙管直管和光滑管直管上分別裝有閘閥和截止閥， 用于測(cè)定不同種類閥門 的局部阻力系數(shù)。 水的流量使用轉(zhuǎn)子流量計(jì)或渦流流量計(jì)測(cè)量， 管路直管阻力和閥門的局部阻力采 用相應(yīng)的倒U型壓差計(jì)或壓差傳感器測(cè)量。 2. 實(shí)驗(yàn)流程：實(shí)驗(yàn)裝置流程圖如圖1中箭頭所示。 3. 裝置參數(shù) 裝置參數(shù)如下表所示。 名稱 類型 管徑 (mm) 測(cè)量段長(zhǎng)度 （mm） 光滑管 不銹鋼管 21 1000 粗糙管 鍍鋅鐵管 22 1000 光滑管局部阻力 截止閥 21 660 粗糙管局部阻力 閘閥 22 680 層

5、流管 不銹鋼管 6 2000 圖1流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)裝置裝置流程示意圖 四. 實(shí)驗(yàn)步驟 1. 開啟儀表柜上的總電源、儀表電源開關(guān)； 2. 首先對(duì)水泵進(jìn)行灌水，然后關(guān)閉泵出口閥，啟動(dòng)水閥，待電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后， 把泵的出口閥緩緩開到最大； 3. 全開流量調(diào)節(jié)閥，以排除測(cè)試管路的空氣。當(dāng)采用 U型壓差計(jì)（或倒U型 壓差計(jì)）測(cè)量壓差時(shí)，應(yīng)先對(duì) U型壓差計(jì)（或倒U型壓差計(jì)）進(jìn)行排氣和調(diào)零， 使壓差計(jì)兩端在帶壓且零流量時(shí)的液位高度相等。 本裝置選用差壓變送器測(cè)量壓 差，當(dāng)使用差壓變送器測(cè)量壓差時(shí)，也應(yīng)先對(duì)差壓變送器兩側(cè)的引壓管進(jìn)行排氣 操作； 4. 實(shí)驗(yàn)從最大流量開始做起，最小流量控制在 1.5m3/h以上，

6、每次流量為上 次的0.85倍，流量改變后，要待流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后再讀數(shù)，實(shí)驗(yàn)時(shí)同時(shí)讀取不同 流量下的壓差、流量和溫度等有關(guān)參數(shù)； 5. 裝置確定時(shí)，根據(jù)和u的實(shí)驗(yàn)測(cè)定值，可以計(jì)算 入和g在等溫條件 下，雷諾數(shù)Re=dup /卩=Au其中A為常數(shù)，因此只要調(diào)節(jié)管路流量，即可得到一 系列QRe的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，從而繪出 入R曲線； 6實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉泵出口閥，關(guān)閉水泵電機(jī)，關(guān)閉儀表電源和總電源開關(guān)， 將實(shí)驗(yàn)裝置恢復(fù)原樣。 五. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理 實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)如實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表。 1直管阻力摩擦系數(shù)入的測(cè)定 水溫t=2仁C,此時(shí)水的密度997.95kg / m3 ，其粘度 0.9846 10 3 Pa s 光

7、滑管(d=21mm， l=1000mm ) 序號(hào) 流里 V/(m 3/h) 直管壓差 Pf /kPa 流速 u/ (m/s) 2d pf lu2 雷諾數(shù) Re 1 5.14 8.56 4.12 0.0212 87693 2 4.38 6.40 3.51 0.0219 74709 3 3.71 4.72 2.98 0.0224 63429 4 3.16 3.52 2.53 0.0231 53850 5 2.67 2.59 2.14 0.0238 45549 6 2.26 1.92 1.81 0.0247 38525 7 1.93 1.41 1.55 0.0247 32991 8 1.64 0.9

8、7 1.32 0.0234 28096 粗糙管(d=22mm， l=1000mm ) 1 5.85 16.09 4.27 0.0389 95214 2 4.97 11.78 3.63 0.0394 80943 3 4.23 8.64 3.09 0.0399 68902 4 3.62 6.42 2.65 0.0403 59090 5 3.05 4.58 2.23 0.0406 49725 6 2.59 3.35 1.89 0.0413 42144 7 2.19 2.42 1.60 0.0417 35677 8 1.86 1.68 1.36 0.0400 30326 9 1.60 1.18 1.1

9、7 0.0380 26089 在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)軸上繪出兩條入ReS線如下: 光滑管的 入Re6線（舍棄誤差較大的第7、8組數(shù)據(jù)） 裝 Model tt*i cl Equati y = itib Reduced 2635 GET Adj. Q 93556 Val-ue S td Err or 1 0. 16607 0.00990 y b -0. 18196 0.00542 由流體力學(xué)相關(guān)知識(shí)可知：當(dāng)2100vRe1（f時(shí)，光滑管的摩擦系數(shù)入滿足柏 拉修斯經(jīng)驗(yàn)公式: 0.3164 Re025 而測(cè)量結(jié)果為: 0.1681，有一點(diǎn)差距。查化 0.1819 Re 工原理教材莫狄 Moody）圖，可得該粗糙

10、管的相對(duì)粗糙度& /d勺為0.0004, 則其絕對(duì)粗糙度約為e=0.0084mm。 粗糙管的入Re6線（舍棄誤差較大的第& 9組數(shù)據(jù)） 0.242 r Re RIoAel Alltiftieiriol Equation y -薩)tb Chi_Sqr 7 2g2S7E-Q Adj. R-S包 0.9265 ：alne Standard Err ar a 0. 0B63 00233 y b -0. 05992 0. 00245 由流體力學(xué)相關(guān)知識(shí)可知：實(shí)驗(yàn)結(jié)果也各經(jīng)驗(yàn)公式存在一些誤差。查化工 原理教材莫狄（Moody圖，可得該粗糙管的相對(duì)粗糙度& /d約為0.01，則其 絕對(duì)粗糙度約為 卩0.2

11、2mm。 2.局部阻力系數(shù)E的測(cè)定 水溫t=2仁C，此時(shí)水的密度997.95kg/m3，其粘度0.9846 10 3 Pa s 光滑管 截止閥（d=21mm，l1=660mm） 序號(hào) 流里 V/(m 3/h) 直管壓差 Pf /kPa 閥壓差 p/kPa 流速 u/ (m/s) _ 2Pf h Pf u2l E平均 值 1 5.14 8.56 93.3 4.12 10.349 2 4.38 6.40 68.0 3.51 10.374 3 3.71 4.72 48.7 2.98 10.287 4 3.16 3.52 35.3 2.53 10.325 10.298 5 2.67 2.59 25.3

12、 2.14 10.324 6 2.26 1.92 18.2 1.81 10.358 7 1,93 1.41 13.0 1.55 10.068 8 1.64 0.97 8.6 1.32 9.155 粗糙管 閘閥（d=22mm， l1=680mm） 1 5.85 16.09 13.39 4.27 0.269 2 4.97 11.78 9.79 3.63 0.271 3 4.23 8.64 7.17 3.09 0.272 4 3.62 6.42 5.30 2.65 0.267 5 3.05 4.58 3.76 2.23 0.260 0.252 6 2.59 3.35 2.74 1.89 0.259

13、7 2.19 2.42 1.96 1.60 0.246 8 1.86 1.68 1.35 1.36 0.225 9 1.60 1.18 0.94 1.17 0.201 （注：在計(jì)算截止閥局部阻力系數(shù)時(shí)舍棄誤差較大的第8組數(shù)據(jù)） 即實(shí)驗(yàn)測(cè)得該截止閥全開時(shí)的局部阻力系數(shù)為宇10.298,該閘閥全開時(shí)的局 部阻力系數(shù)為宇0.252。 六. 實(shí)驗(yàn)結(jié)論及誤差分析 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：本次實(shí)驗(yàn)可以有效地測(cè)定該管路的 入R（曲線、估算管路相對(duì)粗 糙度并計(jì)算閥門的局部阻力系數(shù)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得光滑管的相對(duì)粗糙度為& /d=0.0004 則其絕對(duì)粗糙度約為& =0.0084mm粗糙管的相對(duì)粗糙度為 & /d=0.01則其絕對(duì) 粗

14、糙度約為& =0.22mm測(cè)得截止閥全開時(shí)的局部阻力系數(shù)為 =10.298,閘閥全開 時(shí)的局部阻力系數(shù)為宇0.252。 結(jié)論分析：在作光滑管和粗糙管的入R（ft線時(shí)均將流量最小的兩組數(shù)據(jù)舍 棄，用此時(shí)的數(shù)據(jù)計(jì)算出來的結(jié)果偏差較大； 在計(jì)算閥門的局部阻力損失時(shí)截止 閥的計(jì)算中也將最小流量下的數(shù)據(jù)舍棄。 這可以說明實(shí)驗(yàn)裝置在小流量的測(cè)量狀 態(tài)下誤差較大。在實(shí)驗(yàn)過程中也有所體現(xiàn)，當(dāng)流量減小到很小時(shí)，多次調(diào)節(jié)儀表 的讀數(shù)穩(wěn)定值差距也較大。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值之間存在一定的誤差。管路的 入R（ft線與理論的經(jīng)驗(yàn)公 式?jīng)]有很準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)，閥門局部阻力系數(shù)也有一定的誤差， 例如：查表的閘閥全 開局部阻力系數(shù)理論

15、值為 =0.17，與實(shí)驗(yàn)值0.252也一定差距。 實(shí)驗(yàn)中可能產(chǎn)生誤差的原因有： 1、 實(shí)驗(yàn)裝置中管路上的測(cè)壓點(diǎn)的設(shè)置存在一些問題，管道上打的孔數(shù)目多， 對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量造成一定的影響； 2、實(shí)驗(yàn)管路并不能做到完全水平，會(huì)有一定傾角，而理論計(jì)算是以水平來 考量，從而產(chǎn)生誤差； :3、由于水在管路中流動(dòng)時(shí)摩擦生熱，導(dǎo)致水體溫度不斷變化，而計(jì)算時(shí)僅 用特定溫度下水的密度與粘度的數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生誤差； j4、實(shí)驗(yàn)所用管路因長(zhǎng)期有水及空氣流過，應(yīng)會(huì)有較大銹蝕，導(dǎo)致管徑及粗 -糙度發(fā)生變化，從而產(chǎn)生誤差； :5、所用的水因反復(fù)循環(huán)使用，并未更換，導(dǎo)致水中帶有很多雜質(zhì)，其密度 與粘度與所查的純水的數(shù)據(jù)存在差

16、距，產(chǎn)生誤差； :6儀器系統(tǒng)誤差、讀數(shù)誤差、偶然誤差等其他誤差。 七. 思考題 七 裝1.在對(duì)裝置做排氣工作時(shí)，是否一定要關(guān)閉流程尾部的出口閥？為什么？ 答：對(duì)裝置做排氣工作時(shí)，先要打開出口閥，使流體流動(dòng)穩(wěn)定后，再關(guān)閉流 訂 程尾部的出口閥，這樣可使管中有較大壓力使得氣體排出。 排氣時(shí)出口閥一定要 線 關(guān)閉，以防止排氣不充分。 j2.如何檢測(cè)管路中的空氣已經(jīng)被排除干凈？ :答：調(diào)節(jié)閥門，使流體流速為0，如果P=0,則說明空氣已經(jīng)排盡。然而 + 事實(shí)上，由于實(shí)驗(yàn)裝置本身的誤差，即使空氣已經(jīng)排除干凈，壓差也不一定為0, i! !而且由于實(shí)驗(yàn)室不斷有人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所以本實(shí)驗(yàn)過程中并不要求做排氣這一過 :程。 i!