流體阻力實驗報告

1、流體流動阻力的測定北京化工大學(xué)化工原理實驗報告 實驗名稱： 流體流動阻力測定 班 級： 化工10 學(xué) 號： 2010 姓 名： 同 組 人： 實驗日期： 2012.10.10 流體阻力實驗一、摘要通過測定不同閥門開度下的流體流量，以及測定已知長度和管徑d的光滑直管和粗糙直管間的壓差，根據(jù)公式，其中為實驗溫度下流體的密度；流體流速，以及雷諾數(shù)（為實驗溫度下流體粘度），得出湍流區(qū)光滑直管和粗糙直管在不同Re下的值，通過作雙對數(shù)坐標(biāo)圖，可以得出兩者的關(guān)系曲線，以及和光滑管遵循的Blasius關(guān)系式比較關(guān)系，并驗證了湍流區(qū)內(nèi)摩擦阻力系數(shù)為雷諾數(shù)Re和相對粗糙度/d的函數(shù)。由公式可求出突然擴大管的局部阻

2、力系數(shù)，以及由求出層流時的摩擦阻力系數(shù)，再和雷諾數(shù)Re作圖得出層流管關(guān)系曲線。關(guān)鍵詞：摩擦阻力系數(shù) 局部阻力系數(shù) 雷諾數(shù)Re 相對粗糙度/d 二、實驗?zāi)康?、掌握測定流體流動阻力實驗的一般試驗方法；2、測定直管的摩擦阻力系數(shù)及突然擴大管的局部阻力系數(shù)；3、測定層流管的摩擦阻力系數(shù)；4、驗證湍流區(qū)內(nèi)摩擦阻力系數(shù)為雷諾數(shù)Re和相對粗糙度/d的函數(shù)；5、將所得光滑管的-Re方程與Blasius方程相比較。三、實驗原理1、直管阻力損失函數(shù)：f（hf， l，d，, u）=0應(yīng)用量綱分析法尋找hf（P /）與各影響因素間的關(guān)系1）影響因素物性：， 設(shè)備：l，d， 操作：u（p,Z）2）量綱分析 ML-3，

3、ML-1 T-1， lL ，dL，L，uLT-1， hf L2 T-23）選基本變量（獨立，含M，L，T） d，u，（l，u，等組合也可以）4）無量綱化非基本變量 ：1aubdc M0L0T0 =ML-1 T-1ML-3aLT-1bLc a=-1,b=-1,c=-1 變換形式后得：1ud / l: 2l/d : 3/d hf: 4hf /u2 5）原函數(shù)無量綱化 6）實驗 摩擦系數(shù)：層流圓直管（Re<2000）：=（Re）即=64/Re湍流水力學(xué)光滑管（Re>4000）：=0.3163/Re0.25 湍流普通直管（4000<Re<臨界點）：=（Re,/d）即湍流普通直管

4、（Re>臨界點）：=（/d）即2、局部阻力損失函數(shù) 局部阻力系數(shù)： 考慮流體阻力等因素，通常管道設(shè)計液速值取13m/s，氣速值取1030m/s。 大多數(shù)閥門：順時針旋轉(zhuǎn)是關(guān)閉，逆時針旋轉(zhuǎn)是打開。 四、實驗流程層流管：；突然擴大管：；粗糙管：；光滑管：。操作裝置圖如下： 五、實驗操作1、關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥門，啟動水泵；2、調(diào)整閥門V1V5開關(guān)，確定測量管路；3、打開對應(yīng)引壓管切換閥門和壓差傳感器閥門，進(jìn)行主管路、測壓管路排氣；4、排氣結(jié)束，關(guān)閉傳感器閥門，檢查其數(shù)值回零，否則繼續(xù)排氣；5、確定量程，布點，改變水流量測多組數(shù)據(jù)；6、所有參數(shù)在儀表柜集中顯示，水流量/m3h-1，壓降/kPa，溫度

5、/；7、層流實驗水流量由量筒和秒表測出；8、測完所有數(shù)據(jù)，停泵，開傳感器排氣閥，關(guān)閉切換閥門；9、檢查數(shù)據(jù)，整理好儀器設(shè)備，實驗結(jié)束。六、實驗數(shù)據(jù)處理原始數(shù)據(jù)如下表： （kg/m3）=998.2 (mPa.s)=1.005T=20.6 光滑管 l=1.5m d=21.5mmT=21.6粗糙管 l=1.5 d=21.5mm序號流量qv/m3h-1壓降p/pa流量qv/m3h-1壓降p/pa14.107314.54.1210468.023.555580.03.557748.733.054225.53.055739.542.583058.72.554054.552.212265.82.203046.

6、761.851608.81.862179.671.501065.21.501448.281.16643.21.15869.490.85349.30.84482.5100.65205.50.65284.5突然擴大管T=22.5 d=15.6mm D=42mm l=140mm L=280mm序號流量qv/m3h-1p/pa13.55256.522.01457.530.8159.6層流管 d=2.9mm l=1m T=23.1序號V/mlt/sp/pa1111205155.62102205065.5384202172.0470201731.2562201535.662220438.0數(shù)據(jù)計算示例：1

7、、 光滑管：近似取T=20.0時水的密度，粘度以光滑管第一組數(shù)據(jù)為例：2、 粗糙管：以粗糙管第一組數(shù)據(jù)為例：, , , , 3、 突然擴大管：以第一組數(shù)據(jù)為例：, , 同理求出三組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的值，再求其平均值4、 層流管：以第一組數(shù)據(jù)為例：, , , 按照以上方法將實驗數(shù)據(jù)處理如下表所示：1 光滑管：l=1.50 m ，d=21.5mm ，壓降零點修正P0=0 kPa，水溫度= 20.6 表1.光滑管的原始數(shù)據(jù)記錄及處理結(jié)果一覽表序號水流量/m3h-1壓降/Pa流速/ ms-1雷諾數(shù)Re摩擦系數(shù)Blasius14.107314.53.138667023.140.0213240.01965823

8、.555580.02.717658032.230.0216990.02037933.054225.52.334949858.670.0222610.02116742.583058.71.975042175.530.0225190.02207252.212265.81.691836127.100.0227350.02294361.851608.81.416230242.150.0230360.02398571.501065.21.148324520.660.0232010.02527681.16643.20.888018962.640.0234250.02695490.85349.30.6507

9、13895.040.0236930.029133100.65205.50.497610625.620.0238370.031154粗糙管：l=1.50 m ，d= 21.5mm，壓降零點修正P0= 0 kPa，水溫度=21.6 表2. 粗糙管的原始數(shù)據(jù)記錄及處理結(jié)果一覽表序號水流量/m3h-1壓降/Pa流速/ ms-1雷諾數(shù)Re摩擦系數(shù)14.1210468.03.154067350.080.03022223.557748.72.717658032.230.03013233.055739.52.334849858.670.03023742.554054.51.952141685.120.0305

10、5752.203046.71.684135963.630.03084961.862179.61.423930405.620.03087571.501448.21.148324520.660.03154381.15869.40.880318799.170.03221790.84482.50.643013731.570.033512100.65284.50.497610625.620.033000根據(jù)以上數(shù)據(jù)做出散點圖如下：圖3.光滑管和粗糙管的與Re的關(guān)系散點圖將上圖修正處理，得到曲線圖如下圖4.光滑管和粗糙管的與Re的關(guān)系以及Blasius公式比較（3）突擴管：d1=16.0mm ，d2=42

11、.0mm ，壓降零點修正P0= 0 kPa，水溫度= 22.5表3. 突然擴張管的原始數(shù)據(jù)記錄及處理結(jié)果一覽表序號水流量/m3h-1壓降/Pa細(xì)管流速/m1s-1粗管流速/m1s-1局部阻力系數(shù)13.55256.55.08920.70210.57020722.01457.52.90810.40120.63216730.8159.61.16320.16050.742252（4）層流管：l= 2.9mm ，d= 1.00 m，壓降零點修正P0= 0 kPa，水溫度= 23.1 表3. 層流管的原始數(shù)據(jù)記錄及處理結(jié)果一覽表序號水體積 /ml水流量/m3s-1壓降/kPa流速/m1s-1雷諾數(shù) Re摩

12、擦阻力 系數(shù)理論11110.00000565155.60.84072421.460.0423870.02643021020.00000515065.50.77252225.120.0493200.0287623840.000004221720.63621832.450.0311820.0349264700.00000351731.20.53021527.050.0357890.0419115620.00000311535.60.46961352.530.0404670.0473196220.0000011438.00.1666479.930.0916710.133353圖6. 層流管的與Re的

13、關(guān)系七、實驗結(jié)果分析： 由上面圖表中的數(shù)據(jù)信息可以得出以下結(jié)論：1、 流動進(jìn)入湍流區(qū)時，摩擦阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)Re的增大而減小。至足夠大的Re后，-Re曲線趨于平緩；2、 實驗測出的光滑管-Re曲線和利用Blasius關(guān)系式得出的-Re曲線比較接近，說明當(dāng)Re在范圍內(nèi)，與Re的關(guān)系滿足Blasius關(guān)系式，即；圖像有誤差可能原因是在調(diào)節(jié)流量和時間控制中未把握好，人為造成了實驗誤差。包括流量的控制大小以及壓降度數(shù)誤差等。3、 突然擴大管的局部阻力系數(shù)隨流量的減小而增大；4、 在Re<2000范圍內(nèi)，流體流動為層流，實驗所得層流管的摩擦阻力系數(shù)隨Re的變化趨勢與公式特性曲線相近，證明在層流區(qū)與

14、Re的關(guān)系滿足公式。Re超過2000后明顯與特征曲線相差變大，證明Re大于2000不符合特征曲線。5、 主要實驗誤差來源：實驗過程中水的溫度不斷改變，數(shù)據(jù)處理中僅取初始溫度20度；壓力差計量表的數(shù)據(jù)在不斷變化，讀取的是一個瞬時值。八、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：在流動測定中氣體在管路中，對流動的壓力測量產(chǎn)生偏差，在實驗中排出氣體，保證流體的連續(xù)，這樣流體的流動測定才能準(zhǔn)確。先打開出口閥排凈管路中的空氣，然后關(guān)閉出口閥開U形壓差計的排氣閥。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？答：由，聯(lián)立得：，可知-Re曲線受、d、l、等的影響，故不一定能關(guān)聯(lián)到一條曲線上。3、以水為工作流體所測得的-Re關(guān)系能否適用于其他種類的牛頓型流體？為什么？答，不能，因為由實驗證明在湍流區(qū)范圍內(nèi)，與Re的關(guān)系式遵循Blasius關(guān)系式，即，而Re的值與流體密度、粘度等物