化工原理實驗流體流動阻力系數(shù)的測定實驗報告

1、 流體流動阻力系數(shù)的測定實驗報告一、實驗?zāi)康模?、 掌握測定流體流動阻力實驗的一般實驗方法。2、 測定直管的摩擦阻力系數(shù)及突然擴大管和閥門的局部阻力系數(shù)。3、 驗證湍流區(qū)內(nèi)摩擦阻力系數(shù)為雷諾系數(shù)Re和相對粗糙度的函數(shù)。4、 將所得光滑管的Re方程與Blasius方程相比較。二、實驗器材： 流體阻力實驗裝置一套三、實驗原理：1、 直管摩擦阻力不可壓縮流體（如水），在圓形直管中做穩(wěn)定流動時，由于黏性和渦流的作用產(chǎn)生摩擦阻力；流體在流過突然擴大、彎頭等管件時，由于流體運動的速度和方向突然變化，產(chǎn)生局部阻力。影響流體阻力的因素較多，在工程上通常采用量綱分析方法簡化實驗，得到在一定條件下具有普遍意義的結(jié)

2、果，其方法如下。流體流動阻力與流體的性質(zhì)，流體流經(jīng)處的幾何尺寸以及流動狀態(tài)有關(guān)，可表示為P=f (d, l, u,) 引入下列無量綱數(shù)群。 雷諾數(shù) Re=du/ 相對粗糙度 / d 管子長徑比l / d 從而得到P/(u2)=(du/，/ d， l / d) 令=（Re，/ d）P/=（l / d）（Re，/ d）u2/2可得摩擦阻力系數(shù)與壓頭損失之間的關(guān)系,這種關(guān)系可用試驗方法直接測定。 h f=P/=（l / d）u2/2式中，h f直管阻力，J/kg l被測管長，m d被測管內(nèi)徑，m u平均流速，m/s 摩擦阻力系數(shù)。當(dāng)流體在一管徑為d的圓形管中流動時，選取兩個截面，用U形壓差計測出這兩

3、個截面間的靜壓強差，即為流體流過兩截面間的流動阻力。根據(jù)伯努利方程找出靜壓強差和摩擦阻力系數(shù)的關(guān)系式，即可求出摩擦阻力系數(shù)。改變流速可測出不同Re下的摩擦阻力系數(shù)，這樣就可得出某一相對粗糙度下管子的Re關(guān)系。（1）、湍流區(qū)的摩擦阻力系數(shù)在湍流區(qū)內(nèi)=f（Re，/ d）。對于光滑管，大量實驗證明，當(dāng)Re在3×103105 范圍內(nèi)，和Re的關(guān)系遵循Blasius關(guān)系式，即 =0.3163 / Re0.25對于粗糙管，和Re的關(guān)系均以圖來表示。2、 局部阻力 h f=u2/2 式中，為局部阻力系數(shù)，其與流體流過的管件的幾何形狀及流體的Re有關(guān)，當(dāng)Re達(dá)到一定值后，與Re無關(guān)，成為定值。四、實

4、驗步驟：1、 啟動離心泵，打開被測管線上的開關(guān)閥及面板上與其相應(yīng)的切換閥，關(guān)閉其他的開關(guān)閥和切換閥，保證測壓點一一對應(yīng)。2、 排凈系統(tǒng)中的氣體以便使液體能連續(xù)流動。設(shè)備和測壓管線中的氣體都要排凈，觀察U形壓差計中兩液面是否水平，如果水平說明系統(tǒng)中氣體已經(jīng)排凈。3、 測定光滑管和粗糙管摩擦阻力，先將流量從小到大慢慢增加，并觀察U形壓差計中兩液面差，當(dāng)液面差達(dá)到最大并等數(shù)據(jù)穩(wěn)定后記錄第一組數(shù)據(jù)，即此時的液體流量和壓差。接著將流量由大到小，每相差0.3m3/h左右側(cè)一組數(shù)據(jù)。充分利用面板量程測取10組數(shù)據(jù)，然后再由小到大測取幾組數(shù)據(jù)，以檢查數(shù)據(jù)的重復(fù)性（不記錄數(shù)據(jù)）。測定突然擴大管、球閥和截止閥的局

5、部阻力時，各測取3組數(shù)據(jù)，具體步驟與側(cè)量光滑管和粗糙管相同。注意在記錄整個實驗的第一組數(shù)據(jù)時記錄一次液體溫度，記錄最后一組數(shù)據(jù)時記錄一次溫度。4、 測完一根管的數(shù)據(jù)后，應(yīng)將流量調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，觀察壓差計的兩液面是否水平，水平時才能更換另一條管路，否則全部數(shù)據(jù)無效。同時要了解各種閥門的特點，學(xué)會使用閥門，注意閥門的切換，同時要關(guān)嚴(yán)，防止內(nèi)漏。五、實驗數(shù)據(jù)處理：在整個實驗過程中，液體溫度可由始末溫度值之和的平均值代替，則有t=(t始+t末)/2= (21.2+26.8)/2=24此溫度對應(yīng)水的密度可由相關(guān)表查得, =997.2kg/m3 =0.9142mPa·S1、 求光滑管、粗糙管摩擦阻力

6、系數(shù)和雷諾系數(shù)Re由公式u=Q/A=3.54×102 Q/d2得到流速，由公式Re=du/可求得雷諾數(shù)，由式h f=P/=（l / d）u2/2 可求得真實的，由Blasius關(guān)系式 =0.3163 / Re0.25可求得理論。 光滑管幾何尺寸為 d=21mm， l=1.5m，相對粗糙度 / d=0.2/21=0.01所求光滑管在不同流量下的u、Re、如下表：光滑管的相關(guān)數(shù)據(jù)如下表：序號12345678910Q/ m3 /h3.503.222.942.662.382.101.821.541.260.98P/kPa6.805.834.934.143.322.702.121.531.09

7、0.76u/m/s2.812.582.362.141.911.691.461.241.010.79Re×10-46.445.915.414.904.383.873.342.842.311.810.02420.02460.02490.02540.02560.02660.02790.02800.03000.03420.01990.02030.02070.02130.02190.02260.02340.02440.02570.0273粗糙管幾何尺寸為 d=22mm， l=1.5m，相對粗糙度 / d=0.3/22=0.014所求粗糙管在不同流量下的u、Re、如下表：粗糙管的相關(guān)數(shù)據(jù)表如下:

8、序號12345678910Q/ m3 /h3.673.373.072.772.472.171.871.571.270.97P/kPa6.855.894.904.013.222.541.991.521.030.66u/m/s2.682.462.252.031.811.591.371.150.930.71Re×10-46.435.905.404.874.343.823.292.762.231.700.02800.02860.02850.02860.02890.02950.03120.03380.03500.03850.01990.02030.02070.02130.02190.02260

9、.02350.02450.02590.0277 2、求局部阻力系數(shù) 由公式u=Q/A=3.54×102 Q/d2得到流速，由式h f=P/=u2/2可得到。其中，擴大管的管徑取d=16mm,球閥和截止閥的管徑取d=20mm。所求得各數(shù)據(jù)如下表：擴大管、球閥管、截止閥管的相關(guān)數(shù)據(jù)表如下:序號擴大管球閥截止閥123123123Q/ m3 /h3.502.701.903.522.721.921.411.060.71P/kPa4.551.640.273.441.620.916.693.841.78u/m/s4.843.732.633.122.411.701.250.940.630.39040

10、.23690.08030.71030.56060.63298.6068.7359.0143、 所得湍流時Re/ d關(guān)系圖如下：六、思考題：（1）、在測量前為什么要將設(shè)備中的空氣排凈？怎樣才能迅速地排凈？ 設(shè)備中要是還有空氣未排凈將使設(shè)備中液體不能連續(xù)地流動，勢必影響實驗結(jié)果。在接通水泵電源以后，再打開流量調(diào)節(jié)閥門，使之大流量輸出便可迅速有效地排凈設(shè)備中的空氣。（2）、在不同設(shè)備（包括相對粗糙度相同而管徑不同）、不同溫度下測定的Re數(shù)據(jù)能否關(guān)聯(lián)在一條曲線上？ 不能關(guān)聯(lián)到一條曲線上。（3）、測出的直管摩擦阻力與設(shè)備的放置狀態(tài)有關(guān)嗎？為什么？ 有關(guān)系。由h f=（P1/+z1g）-( P2/+ z2g) =P