流體流動阻力試驗報告

1、流體流動阻力的測定摘要：本實驗通過測定流體在不同管路中流動時的流量qv、測壓點之間的壓強差A(yù)P,結(jié)合已知的管路的內(nèi)徑、長度等數(shù)據(jù)，應(yīng)用機械能守恒式算出不同管路的人-Re-Re關(guān)系。從實驗數(shù)據(jù)分析可知，光滑管、粗糙管的摩擦阻力系數(shù)隨Re增大而減小，并且光滑管的摩擦阻力系數(shù)較好地滿足Blasuis關(guān)系式：兒=0.3163Re0.25。突然擴大管的局部阻力系數(shù)隨Re的變化而變化。一、目的及任務(wù)掌握測定流體流動阻力實驗的一般實驗方法。測定直管的摩擦阻力系數(shù)人及突然擴大管和閥門的局部阻力系數(shù)E。驗證湍流區(qū)內(nèi)摩擦系數(shù)人為雷諾數(shù)Re和相對粗糙度的函數(shù)。將所得光滑管入-Re方程與Blasius方程相比較。一、

2、基本原理1 .直管摩擦阻力不可壓縮流體，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)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)相關(guān)，可表小為：p=?（d,1,u,p,仙，£）引入下列無量綱數(shù)群。雷諾數(shù)Re=與相對粗糙度-d管子長徑比-d從而得到二P2”,（華三士）:u口dd令'=:奴Re,一)dLpl,；u2(Re,)-:dd2可得到摩擦阻力系數(shù)與壓頭損失

3、之間的關(guān)系，這種關(guān)系可用實驗方法直接測定。hfplu2=九一M：d2式中hf直管阻力，J/kgi被測管長，md被測管內(nèi)徑，mu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)。改變流速科測出不同Re下的摩擦阻力系數(shù)，這樣就可得到某一相對粗糙度下的人-Re關(guān)系。(1)湍流區(qū)的摩擦阻力系數(shù)在湍流區(qū)內(nèi)兒=f(Re)。對于光滑管，大量實驗證明，當(dāng)Re在3父103105d范圍內(nèi)，九與Re的關(guān)系式遵循Blasius關(guān)系式，即=0.3

4、163Re。25對于粗糙管，與Re的關(guān)系均以圖來表示。(2)層流的摩擦阻力系數(shù)64丸=Re2 .局部阻力hf2u.2式中，己為局部阻力系數(shù)，其與流體流過管件的集合形狀及流體的Re有關(guān),當(dāng)Re大到一定值后，七與Re無關(guān)，為定值。三、裝置和流程本實驗裝置如圖，管道水平安裝，實驗用水循環(huán)使用。其中No.1管為層流管，管徑(6X1.7)mm,兩測壓管之間的距離1.2m；No.2管安裝有球閥和截止閥兩種管件，管徑為(27X3.5)mm；No.3管為(27X3.5)mm銹鋼管；No.4為(27X2.5)mm度鋅鋼管，直管阻力的兩測壓口間的距離為1.5m；No.5為突然擴大管，管子由(22X3)mm擴大到(

5、48X3)mm；&、a2為層流管兩端的兩測壓口；b1、上為球閥的兩測壓口；Ci、C2表示截止閥的兩測壓口；d1、d2表示不銹鋼管的兩測壓口；e1、e2表示粗糙管的兩測壓口；，、f2表示突然擴大管的兩測壓口。系統(tǒng)中孔板流量計以測流量。四、操作要點 啟動離心泵，打開被測管線上的開關(guān)閥及面板上與其對應(yīng)的切換閥，關(guān)閉其他開關(guān)閥和切換閥，確保測壓點一一對應(yīng)。 系統(tǒng)要排凈氣體使液體連續(xù)流動。設(shè)備和測壓管線中的氣體都要排凈，檢驗的方法是當(dāng)流量為零時，觀察U形壓差計的兩液面是否水平讀取數(shù)據(jù)時，應(yīng)注穩(wěn)定后再讀數(shù)。測定直管摩擦阻力時，流量由大至“、，充分利用面板量程測取10組數(shù)據(jù)。測定突然擴大管、球閥和截

6、止閥的局部阻力時，各取3組數(shù)據(jù)。本次實驗層流管不做測定。測完一根管數(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，防止內(nèi)漏。五、數(shù)據(jù)處理1、原始數(shù)據(jù)水溫：13.8C密度：999.7kg/m3粘度：尸1.305父10工1）、不銹鋼管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、）、鍍鋅管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）、突然擴大d1=16.0mml1=1.4md2=42.0mml2=280mmQ/m.h-14.03.02.0P/kPa-5.60-2.98-1.234）、球閥d=21.0mml=1.5mQ/m.h-14.03.02.0P/kPa36.7820.328.962、數(shù)據(jù)處理1）不銹鋼管，鍍鋅管以及球閥雷諾數(shù)和摩擦阻力系數(shù)用以下公式計算雷

8、諾數(shù)Re=如hf直官阻力，J/kgi被測管長，md被測管內(nèi)徑，mu平均流速，m/s；摩擦阻力系數(shù)。2）突然擴大管得雷諾數(shù)及摩擦阻力系數(shù)由以下公式計算雷諾數(shù)Re=2少+%：一：）摩擦阻力系數(shù)3、數(shù)據(jù)處理結(jié)果如下表所示直管阻力數(shù)據(jù)處理記錄表Q/m.h-1Q/m.s-1P/PaU/m.s-1Re阻力系數(shù)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鋼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鍍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球閥數(shù)據(jù)處理記錄表Q/nlh-1Q/nis-P/Pa1U/m.s-1Re阻力系數(shù)40.001111367803.20796351622.40.100072310.000

12、833；2032012.405972f38716.810.09828820.00055689601.60398225811.20.097514平均阻力系數(shù)0.098625突然擴大數(shù)據(jù)處理記錄表Q/m.h-1Q/m.s-1P/PaUi/m.s-1Lb/m.s-1Re阻力系數(shù)1410.001111P56005.5262180.801991167754.40.61219630.00083329804.1446630.60149350815.80.63198820.00055612302.7631090.40099533877.20.656729平均阻力系數(shù)0.633638六、實驗結(jié)論及誤差處理1.入

13、-Re關(guān)系圖如下圖：由圖可知，當(dāng)雷諾數(shù)大于4000（阻力平方區(qū)），阻力系數(shù)人隨著雷諾數(shù)Re增大而減??；當(dāng)雷諾數(shù)增大到相當(dāng)大后，阻力系數(shù)取決于其相對粗糙度。圖中光滑管與粗糙管的人-Re曲線可以很清晰地反應(yīng)出這一點。0c數(shù)系力阻00000一不銹鋼管-鍍鋅管Biasius曲線2.系統(tǒng)誤差，人為操作所造成的誤差，讀取數(shù)據(jù)時的隨意性也可導(dǎo)致誤差，在數(shù)據(jù)處理過程中有效值的取舍帶來的誤差等等六、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？答：排氣是為了保證流體的連續(xù)流動。先打開出口閥排除管路中的氣體，然后關(guān)閉出口閥，打開U形壓差計下端的排氣閥。2 .在不同設(shè)備、不同溫度下測定的人-Re數(shù)據(jù)能否關(guān)聯(lián)在一條曲線上？答：只要相對粗糙度相同，入-Re數(shù)據(jù)就能關(guān)聯(lián)到一條曲