流體流動阻力測定實驗

1、.實 驗 報 告 項目名稱：流體流動阻力測定實驗學 院： 專業(yè)年級：學 號：姓 名：指導老師：實驗組員： 一、實驗目的1、學習管路阻力損失hf和直管摩擦系數(shù)l的測定方法。2、掌握不同流量下摩擦系數(shù)l與雷諾數(shù)Re之間的關系及其變化規(guī)律。3、學習壓差測量、流量測量的方法。了解壓差傳感器和各種流量計的結構、使用方法及性能。4、掌握對數(shù)坐標系的使用方法。 二、實驗原理流體在管道內(nèi)流動時，由于黏性剪應力和渦流的存在，會產(chǎn)生摩擦阻力。這種阻力包括流體流經(jīng)直管的沿程阻力以及因流體運動方向改變或管子大小形狀改變所引起的局部阻力。流體在直管內(nèi)流動阻力的大小與管長、管徑、流體流速和管道摩擦系數(shù)有關，它們之間存在如

2、下關系： hf = = （4-1） 式中： 直管阻力，J/kg；直管管徑，m ； 直管阻力引起的壓強降，Pa； 直管管長，m； 流速，m / s； 流體的密度，kg / m3； 摩擦系數(shù)。 滯流時，=；湍流時，與Re的關系受管壁相對粗糙度的影響，即= 。當相對粗糙度一定時，僅與Re有關，即=，由實驗可求得。 由式（41），得 = （4-2） 雷諾數(shù) Re = （4-3）式中流體的黏度，Pa*s測量直管兩端的壓力差和流體在管內(nèi)的流速u，查出流體的物理性質(zhì)，即可分別計算出對應的和Re。 三、實驗裝置1、本實驗共有兩套裝置，實驗裝置用圖4-2所示的實驗裝置流程圖。每套裝置中被測光滑直管段為管內(nèi)徑d=

3、8mm，管長L=1.6m的不銹鋼管；被測粗糙直管段為管內(nèi)徑d=10mm，管長L=1.6m的不銹鋼管2、 流量測量：在圖1-2中由大小兩個轉(zhuǎn)子流量計測量。3、 直管段壓強降的測量：差壓變送器或倒置U形管直接測取壓差值。圖4-2 流體流動阻力測定實驗裝置流程圖大流量調(diào)節(jié)閥；大流量轉(zhuǎn)子流量計；光滑管調(diào)節(jié)閥；粗糙管調(diào)節(jié)閥；光滑管；粗糙管；局部阻力閥；離心泵；排水閥；倒U管近端測壓點；遠端測壓點；切斷閥；放空閥；光滑管壓差；粗糙管壓差；數(shù)字電壓表；壓差變送器 四、實驗步驟1、檢查儲水槽內(nèi)的水位是否符合要求，檢查離心泵的所有出口閥門以及真空表、壓力表的閥門是否關閉。2、開總電源，在儀表面板上按變頻器的“r

4、un”按鈕啟動變頻電動機。 3、在流量為零條件下，打開通向倒置U形管的進水閥，檢查導壓管內(nèi)是否有氣泡存在，以及U形管兩邊液柱是否水平。若U形管內(nèi)液柱高度差不為零，則表明導壓管內(nèi)存在氣泡，需要進行排氣泡操作。排氣泡的方法：打開管路的流量調(diào)節(jié)閥，排出導管內(nèi)的氣泡，再關閉流量調(diào)節(jié)閥，開大流量，旋開倒置U形管上部的放空閥，當U形管內(nèi)兩液柱降至中間時馬上關閉放空閥，檢查液柱兩邊是否水平。4、測光滑管阻力時，關閉粗糙管截止閥，將光滑管截止閥全開，測粗燥管阻力則相反。5、用于測量直管段的壓差，小流量時用倒置型管壓差計測量，大流量時用差壓變送器測量。應在最大流量（1000L/h）和零流量之間取值，測取12組數(shù)

5、據(jù)。當流量小于100Lh時,測量5組數(shù)據(jù)，同時測取水箱水溫。6、待數(shù)據(jù)測量完畢，關閉流量調(diào)節(jié)閥，按變頻器“stop”按鈕關閉電動機，關電源。五，實驗過程原始記錄（數(shù)據(jù)、圖表、計算等）1、 基本數(shù)據(jù)裝置型號： 直管管長： 1.600 m 離心泵型號： 粗糙管內(nèi)徑：0.00790 m光滑管內(nèi)徑： 0.00790 m 流體密度：996.08 流體溫度（原始數(shù)據(jù)）： 28.5 流體黏度： 83.13 2、 實驗數(shù)據(jù)記錄表序號流量Q直管壓差pp流速uRe/（L/h)/kPa/mmH2O/Pa/(m/s)12059.5 66.0 6.5 63.76 0.113 1073.4140.0492 24057.3

6、 70.2 12.9 126.42 0.227 2146.8280.0244 36056.0 80.0 24.0 235.20 0.340 3220.2410.0201 48033.2 95.5 62.3 610.54 0.454 4293.6550.0294 58831.2 98.8 67.6 662.48 0.499 4723.0210.0264 62002.5 2500.00 1.134 10734.140.0193 73006.0 6000.00 1.701 16101.210.0206 840010.3 10300.00 2.268 21468.280.0199 950015.9 1

7、5900.00 2.835 26835.350.0196 1060022.5 22500.00 3.402 32202.410.0193 1170029.2 29200.00 3.969 37569.480.0184 1280038.5 38500.00 4.536 42936.550.0186 1390047.9 47900.00 5.103 48303.620.0182 序號流量Q直管壓差pp流速uRe/（L/h)/kPa/mmH2O/Pa/(m/s)11663.9 67.9 4.0 39.24 0.091 858.73110.0473 23660.0 72.0 12.0 117.71 0

8、.204 1932.1450.0280 35655.8 75.7 19.9 195.20 0.318 3005.5590.0192 47649.8 81.5 31.7 310.95 0.431 4078.9730.0166 59642.9 88.3 45.4 445.34 0.544 5152.3860.0149 73001.8 1800.00 1.701 16101.210.0062 84003.7 3700.00 2.268 21468.280.0071 95006.0 6000.00 2.835 26835.350.0074 106008.3 8300.00 3.402 32202.41

9、0.0071 1170011.7 11700.00 3.969 37569.480.0074 1280015.8 15800.00 4.536 42936.550.0076 1390019.7 19700.00 5.103 48303.620.0075 為實驗原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理（1） 管內(nèi)流速 =（2） 壓力降 （3） 雷諾數(shù) （4） 摩擦系數(shù) 式中 流體的體積流量，；直管管徑，m ； 直管管長，m； 管路流速，m / s； 流體的密度，kg / m3；流體的黏度，Pa*s。六、實驗結果及分析 曲線表明，在湍流區(qū)內(nèi)，光滑管阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)增大而減小，進入阻力平方區(qū)（也稱完全湍流區(qū)）后，雷諾數(shù)對阻

10、力系數(shù)的影響卻越來越弱，阻力系數(shù)基本趨于不變。然而，第五個點阻力系數(shù)急劇下降，可能是由于用轉(zhuǎn)子流量計測流量時流量太大，導致轉(zhuǎn)子不穩(wěn)定，度數(shù)出現(xiàn)誤差。（2）粗糙管結果分析： 曲線表明，在湍流區(qū)內(nèi)，粗糙管阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)增大而減小，進入阻力平方區(qū)（也稱完全湍流區(qū)）后，雷諾數(shù)對阻力系數(shù)的影響卻越來越弱，阻力系數(shù)基本趨于不變。由圖看出試驗中有兩個點是有較大的偏差，可能是由于在U形管壓差計度數(shù)上出現(xiàn)了誤差。八、思考題1、實驗應取得15組以上的數(shù)據(jù)，且希望這些點在曲線上盡可能均勻分布，為此實驗中壓差的讀數(shù)應怎么選?。看穑盒×髁糠秶鷥?nèi)（0100L/h）取5個流量點，剩下的點在大范圍（1001000L/h）內(nèi)

11、平均選取7個點。2、本實驗以水為工作介質(zhì)，繪出的曲線，對其他流體能否使用？為什么？答：不能，因為，每一種流體他們的流體密度還有粘度都不同，都會影響摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)Re的大小變化，根據(jù)公式=64/ud=64/Re，在相同的粗糙度管中，得出的關系曲線也是不同的。因此，用水得出的-Re關系不能用于其它種類的牛頓型流體。3、不同管徑、不同水溫下測定的數(shù)據(jù)能否關聯(lián)在同一條曲線上？答：不能，因為管徑和溫度不同都會影響雷諾數(shù)及摩擦系數(shù)。他們得到的-Re曲線圖都不同。例如，由于溫度的改變，會影響液體的粘度改變，還有液體密度的改變。摩擦系數(shù)的公式中，=64/ud=64/Re因此，溫度的改變會影響摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的改變。因此，他們不是在同一條曲線上，但能反映在同一副圖中，作出比較。4、在圓直管內(nèi)及導壓管內(nèi)可否有積存的空氣？如有，