化工原理實(shí)驗(yàn)~流體流動(dòng)阻力系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、流體流動(dòng)阻力系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握測(cè)定流體流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)的一般實(shí)驗(yàn)方法。2、 測(cè)定直管的摩擦阻力系數(shù) 入及突然擴(kuò)大管和閥門的局部阻力系數(shù)E。3、 驗(yàn)證湍流區(qū)內(nèi)摩擦阻力系數(shù)入為雷諾系數(shù)Re和相對(duì)粗糙度的函數(shù)。4、將所得光滑管的 入一Re方程與Blasius方程相比較。二、實(shí)驗(yàn)器材：流體阻力實(shí)驗(yàn)裝置一套三、實(shí)驗(yàn)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(dòng)時(shí)，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(kuò)大、彎頭等管件時(shí)，由于流體運(yùn)動(dòng)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(jiǎn) 化實(shí)驗(yàn)，得到在一定條件下具有普

2、遍意義的結(jié)果，其方法如下。流體流動(dòng)阻力與流體的性質(zhì)，流體流經(jīng)處的幾何尺寸以及流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，可表示為 P=f (d, I, u, p ,卩，& )引入下列無量綱數(shù)群。雷諾數(shù) Re=du p /卩相對(duì)粗糙度 &/d管子長(zhǎng)徑比 l / d從而得到 P/( p u2)=® (du p /, e / d, I / d)令入=$ (Re, e / d) P/ p = (I / d) $ (Re, e / 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(yàn)方法直接測(cè)定。hf= P/ p =入(I / d) u2/2式中, h f 直管阻力, J/kgI 被測(cè)管長(zhǎng),

3、 md被測(cè)管內(nèi)徑，mu平均流速，m/s入摩擦阻力系數(shù)。當(dāng)流體在一管徑為d的圓形管中流動(dòng)時(shí)， 選取兩個(gè)截面，用U形壓差計(jì)測(cè)出這兩 個(gè)截面間的靜壓強(qiáng)差,即為流體流過兩截面間的流動(dòng)阻力。根據(jù)伯努利方程找出靜壓 強(qiáng)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(cè)出不同Re下的摩擦阻力系數(shù)，這樣就可得出某一相對(duì)粗糙度下管子的入一Re關(guān)系。(1) 、湍流區(qū)的摩擦阻力系數(shù)在湍流區(qū)內(nèi)入=f (Re, e / d)。對(duì)于光滑管，大量實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)Re在3X 103io5范圍內(nèi)，入和Re的關(guān)系遵循Blasius關(guān)系式，即 入=0.3163 / Re0-25對(duì)于粗糙管，入和Re的關(guān)系均以圖來表示。2、局部

4、阻力hf= E u2/2式中，E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，E與Re無關(guān)，成為定值。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、啟動(dòng)離心泵，打開被測(cè)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(cè)壓點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。2、排凈系統(tǒng)中的氣體以便使液體能連續(xù)流動(dòng)。設(shè)備和測(cè)壓管線中的氣體都要排凈，觀察U形壓差計(jì)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(cè)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(jì)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(shí)的液體流量和壓差。接著將流量由大到小，每相差0.3m3/h左

5、右側(cè)一組數(shù)據(jù)。充分利用面板量程測(cè)取10組數(shù)據(jù)，然后再由小到大測(cè)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(cè)定突然擴(kuò)大管、球閥和截止閥的局部阻力時(shí)，各測(cè)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(gè)實(shí)驗(yàn)的第一組數(shù)據(jù)時(shí)記錄一次液體溫度，記錄最后 一組數(shù)據(jù)時(shí)記錄一次溫度。4、測(cè)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(jì)的兩液面是否水平，水平時(shí) 才能更換另一條管路，否則全部數(shù)據(jù)無效。同時(shí)要了解各種閥門的特點(diǎn)，學(xué)會(huì)使用閥 門，注意閥門的切換，同時(shí)要關(guān)嚴(yán)，防止內(nèi)漏。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：在整個(gè)實(shí)驗(yàn)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.

6、2+26.8)/2=24 C此溫度對(duì)應(yīng)水的密度可由相關(guān)表查得，p =997.2kg/m3=0.9142mPa S1、求光滑管、粗糙管摩擦阻力系數(shù)入和雷諾系數(shù)Re由公式u=Q/A=3.54 X102 Q/d2得到流速，由公式 Re=du p/卩可求得雷諾數(shù)，由式h f= P/ p =入(l / d) u2/2可求得真實(shí)的 入，由Blasius關(guān)系式 入'0.3163 / Re0'25可 求得理論入'光滑管幾何尺寸為 d=21mm , 1= 1.5m，相對(duì)粗糙度 £ / d=0.2/2仁0.01所求光滑管在不同流量下的u、Re、入、入如下表：光滑管的相關(guān)數(shù)據(jù)如下表

7、:序號(hào)12345678910Q/ m3 /h3.503.222.942.662.382.101.821.541.260.98 P/kPa6.805.834.934.143.322.702.121.531.090.76u/m/s2.812.582.362.141.911.691.461.241.010.79Rex 10-46.445.915.414.904.383.873.342.842.311.81入0.02420.02460.02490.02540.02560.02660.02790.02800.03000.0342入，0.01990.02030.02070.02130.02190.0226

8、0.02340.02440.02570.0273粗糙管幾何尺寸為d=22mm , 1= 1.5m，相對(duì)粗糙度 £ / d=0.3/22=0.014所求粗糙管在不同流量下的u、Re、入、入如下表：粗糙管的相關(guān)數(shù)據(jù)表如下序號(hào)12345678910Q/ m3 /h3.673.373.072.772.472.171.871.571.270.97 P/kPa6.855.894.904.013.222.541.991.521.030.66u/m/s2.682.462.252.031.811.591.371.150.930.71Rex 10-46.435.905.404.874.343.823.2

9、92.762.231.70入0.02800.02860.02850.02860.02890.02950.03120.03380.03500.0385入，0.01990.02030.02070.02130.02190.02260.02350.02450.02590.02772、求局部阻力系數(shù) E由公式u=Q/A=3.54 x 102 Q/d2得到流速，由式 h f= P/ p = E u2/2可得到E。 其中，擴(kuò)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(kuò)大管、球閥管、截止閥管的相關(guān)數(shù)據(jù)表如下序號(hào)擴(kuò)大管球閥截止閥123123123Q/ m3 /h3.502

10、.701.903.522.721.921.411.060.71 P/kPa4.551.640.273.441.620.916.693.841.78u/m/s4.843.732.633.122.411.701.250.940.63E0.39040.23690.08030.71030.56060.63298.6068.7359.0143、所得湍流時(shí)入一Re e / d關(guān)系圖如下:摩擦阻力系數(shù)入與Re的關(guān)系入數(shù)系力阻擦摩0.0090.0080.0070.0060.0050.0040.0030.0020.00100J1y00.J1 1 二*粗糙管亠光滑管對(duì)數(shù)（粗糙管）對(duì)數(shù)（光滑管）4屛“2號(hào)249聲XRex 10A4摩擦阻力系數(shù)入與Re的關(guān)系入數(shù)系力阻擦摩+粗糙管亠光滑管對(duì)數(shù)(粗糙管)對(duì)數(shù)(光滑管) 嚴(yán)聲2羅2 a/ 4於瀘7Rex 10A4六、思考題：(1) 、在測(cè)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(dòng)，勢(shì)必影響實(shí)驗(yàn)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(duì)粗糙度相同而管徑不同)、不同溫度下測(cè)定的 入一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(cè)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？