流體阻力實驗課件

化工原理實驗流體阻力一、實驗目的及任務(wù)

1、掌握測定流體流動阻力的一般實驗方法，通過實驗了解流體流動中能量損失的變化規(guī)律。2、測定直管摩擦阻力系數(shù)λ及突然擴大局部阻力系數(shù)ξ。3、驗證在流區(qū)內(nèi)λ為雷諾數(shù)和管子相對粗糙度的函數(shù)。4、將所得光滑管的λ?Re方程與Blasius方程相比較。5、觀察流體流過突然擴大管時靜壓的分布，確定測定局部阻力的最佳測壓口位置。

二、基本原理

1、不可壓縮流體(如水),在圓形直管中作穩(wěn)定流動時,粘性和渦流的影響產(chǎn)生摩擦阻力。

◆流體在流過突然擴大,彎頭等管件時,由于運動的速度和方向突然變化,產(chǎn)生局部阻力,影響阻力的因素較多。

◆通常采用因次分析法,簡化實驗?！袅黧w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:

引入無因次數(shù)群

相對粗糙

管子長徑比

從而得到

◆則可得摩擦阻力系數(shù)與壓頭損失之間的關(guān)系，這種關(guān)系可用實驗方法直接測定令

式中：—直管阻力

—被測管長

d—被測管內(nèi)徑

u—平均流速

—摩擦阻力系數(shù)◆當流體在圓管中流動時，選兩截面，測其間靜壓強差，即兩截面流動阻力。找出靜壓差和的關(guān)系式，即可求出。改變流速得出不同Re數(shù)的，即得出一相對粗糙度時的關(guān)系。

◆在湍流區(qū)內(nèi)與數(shù)及管子得相對粗糙度有關(guān)，即對于光滑管，大量實驗證明，當數(shù)在范圍內(nèi)，與的關(guān)系遵循Bjasius關(guān)系式，即

對于粗糙管，與的關(guān)系均以圖來表示。

2.局部阻力

式中：稱為局部阻力系數(shù)，它與所流過的管件的幾何形狀及流體的數(shù)有關(guān)，當數(shù)大到一定值后則與數(shù)無關(guān)，成為定值。

，3.流體流過突然擴大管時能量的分布演示

◆如圖所示，流體流過突然擴大管時，各截面間靜壓頭不同,隨著流速增加這一現(xiàn)象就更為明顯。聯(lián)12頁聯(lián)13頁◆4點前，由左至右各點的靜壓頭依次有軌律的變小，它表示流體流過細管時的沿程阻力。

◆4至5點，靜壓差突然變大，在第五點上靜壓頭最小，說明能量損失最大。

如上圖◆5至11點，靜壓頭依次增大，且每兩點間的壓差逐漸增大。

◆到達11點時，靜壓頭達到最大，出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點，由于管子由粗變細，速度降低，其中一部分轉(zhuǎn)化為靜壓頭，一部分克服局部阻力而損失掉了。

◆

11點以后各點的靜壓頭又成有規(guī)律的降低，它表示流體流過粗管時的沿程阻力。如前圖

◆通過上述演示表明，我們可以選擇第四點和十一點為擴大管兩截面處的測壓口，以測定擴大管的局部阻力系數(shù)?！魬赋?，測壓口開設(shè)在距管件一定距離的管子上，這樣測出的壓頭損失包括了管件和直管兩部分，因此計算時應扣除直管部分的壓頭損失。

◆本實驗是測擴大管局部阻力系數(shù)，兩測壓口距離小，與局部阻力相比可以忽略直管段的壓頭損失。精益求精三、裝置和流程

裝置如下圖所示

◆其中NO.1管為不銹鋼管，作光滑管用。NO.2管為鈹鋅鋼管，作粗糙管用，NO.3為突然擴大管，管子由擴大到。

裝置流程

◆直管阻力的兩側(cè)壓口間的管長為4。1，2表示光滑管的兩側(cè)壓口，3，4表示粗糙管的兩側(cè)壓口，5，6表示突然擴大管的兩側(cè)壓口。流量計的測壓口分別以7，8表示?！魹榱吮ＷC實驗管道能被流體充滿，實驗流程中安裝了∏型管，采用的鋼管，上面裝有孔板流量計（孔板孔徑為孔流系數(shù)）聯(lián)圖◆本實驗的第五套和第六套設(shè)備的光滑管為的黃銅管，第五套光滑管兩側(cè)壓口距離為，第六套為，其它均為。

◆本實驗共有三套倒U型壓差計和一套正U型壓差計，前者用來測量直管阻力和突然擴大管局部阻力，后者用來測量孔板流量計壓差。

◆實驗用水來自高位水槽，水槽內(nèi)液面距離地面15米，槽內(nèi)有溢流口，流經(jīng)實驗裝置的水，經(jīng)排水管入地下水池，再由循環(huán)水泵送入高位水槽，循環(huán)使用。

四、實驗操作要點

1.高位水槽有水溢流時才能開始實驗，以使系統(tǒng)保持恒定的位壓頭。

2.

系統(tǒng)要派凈空氣，使液體連續(xù)流動。設(shè)備中和測壓管線中的汽體都要排凈，檢驗是否排凈的方法是當流體靜止時，觀察倒U型和正U型壓差計中兩液面是否水平。3.讀數(shù)時，注意穩(wěn)定后在讀，對于直管，流量調(diào)節(jié)由大到小，測取10組數(shù)據(jù)，后再由小到大測幾組數(shù)據(jù)，以檢查數(shù)據(jù)的重性，突然擴大的局部阻力，測取3組數(shù)據(jù)。

4.每測一根管的數(shù)據(jù)后，應將流量調(diào)節(jié)閥7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根管子，否則全部數(shù)據(jù)無效。五、報告要求

1.在雙對數(shù)坐標上標繪出曲線。2.將光滑管的關(guān)系與Blasius公式進行比較。3.計算出局部阻力系數(shù)。六、思考題

1.為什么高位水槽必須保持有水益處時才能作實驗？2.在測量前為什么要將設(shè)備中的空氣排盡？怎樣才能迅速的排盡？

3.在不同設(shè)備上（包括相對粗糙度相同的不同管徑），不同溫度下測定的數(shù)據(jù)是否關(guān)聯(lián)在一條曲線上？

4.以水做工作流體所測得的