化工原理實驗~流體流動阻力系數(shù)的測定實驗報告

1、流體流動阻力系數(shù)的測定實驗報告 、實驗目的： 1、掌握測定流體流動阻力實驗的一般實驗方法。 2、 測定直管的摩擦阻力系數(shù)入及突然擴大管和閥門的局部阻力系數(shù)E。 3、 驗證湍流區(qū)內摩擦阻力系數(shù)入為雷諾系數(shù)Re和相對粗糙度的函數(shù)。 4、 將所得光滑管的 入一Re方程與Blasius方程相比較。 二、實驗器材： 流體阻力實驗裝置一套 三、實驗原理： 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

2、到在一定條件下具有普遍意義的結果，其方法如下。 流體流動阻力與流體的性質，流體流經(jīng)處的幾何尺寸以及流動狀態(tài)有關，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 相對粗糙度 &/d 管子長徑比 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系 ,這種關系可用試驗方法直接測定。 h f= P/ p =入(I / d) u2/2 式中, h f 直管阻力, J/

3、kg I 被測管長, m d被測管內徑，m u 平均流速, m/s 入摩擦阻力系數(shù)。 當流體在一管徑為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)的關系式，即可求出摩擦阻力系數(shù)。改變流速可測出不同Re下 的摩擦阻力系數(shù)，這樣就可得出某一相對粗糙度下管子的入一Re關系。 (1) 、湍流區(qū)的摩擦阻力系數(shù) 在湍流區(qū)內入=f (Re, e / d)。對于光滑管，大量實驗證明，當 Re在3X 103105 范圍內，入和Re的關系遵循 Blasius關系式，即 入=0.3163 / Re0-25 對

4、于粗糙管，入和Re的關系均以圖來表示。 2、局部阻力 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， 當Re達到一定值后，E與Re無關，成為定值。 四、實驗步驟： 1、啟動離心泵，打開被測管線上的開關閥及面板上與其相應的切換閥，關閉其他的開關 閥和切換閥，保證測壓點一一對應。 2、排凈系統(tǒng)中的氣體以便使液體能連續(xù)流動。設備和測壓管線中的氣體都要排凈，觀察 U形壓差計中兩液面是否水平，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形壓差計中兩 液面差，當液面差達到最大并等數(shù)據(jù)穩(wěn)定后記錄第一組數(shù)據(jù)

5、，即此時的液體流量和壓 差。接著將流量由大到小，每相差0.3m3/h左右側一組數(shù)據(jù)。充分利用面板量程測取 10組數(shù)據(jù)，然后再由小到大測取幾組數(shù)據(jù)，以檢查數(shù)據(jù)的重復性(不記錄數(shù)據(jù))。測 定突然擴大管、球閥和截止閥的局部阻力時，各測取3組數(shù)據(jù)，具體步驟與側量光滑 管和粗糙管相同。注意在記錄整個實驗的第一組數(shù)據(jù)時記錄一次液體溫度，記錄最后 一組數(shù)據(jù)時記錄一次溫度。 4、測完一根管的數(shù)據(jù)后，應將流量調節(jié)閥關閉，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，學會使用閥 門，注意閥門的切換，同時要關嚴，防止內漏。 五、實驗數(shù)據(jù)處理： 在整個實驗過程中，

6、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= (21.2+26.8)/2=24 C 此溫度對應水的密度可由相關表查得， p =997.2kg/m3 =0.9142mPa S 1、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可求得真實的 入，由Blasius關系式 入0.3163 / Re0.25可 求得理論入 光滑管幾何尺寸為d=21mm , 1= 1.5m，相對粗糙度 / d=0.2/2仁0.01 所求光滑管在不

7、同流量下的u、Re、入、入如下表： 光滑管的相關數(shù)據(jù)如下表: 序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q/ m3 /h 3.50 3.22 2.94 2.66 2.38 2.10 1.82 1.54 1.26 0.98 P/kPa 6.80 5.83 4.93 4.14 3.32 2.70 2.12 1.53 1.09 0.76 u/m/s 2.81 2.58 2.36 2.14 1.91 1.69 1.46 1.24 1.01 0.79 Rex 10-4 6.44 5.91 5.41 4.90 4.38 3.87 3.34 2.84 2.31 1.81 入 0.0242 0.0246

8、 0.0249 0.0254 0.0256 0.0266 0.0279 0.0280 0.0300 0.0342 入， 0.0199 0.0203 0.0207 0.0213 0.0219 0.0226 0.0234 0.0244 0.0257 0.0273 粗糙管幾何尺寸為d=22mm , 1= 1.5m，相對粗糙度 / 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： 粗糙管的相關數(shù)據(jù)表如下 序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q/ m3 /h 3.67 3.37 3.07 2.77 2.47 2.17 1.87 1.57 1.27 0.97 P/

9、kPa 6.85 5.89 4.90 4.01 3.22 2.54 1.99 1.52 1.03 0.66 u/m/s 2.68 2.46 2.25 2.03 1.81 1.59 1.37 1.15 0.93 0.71 Rex 10-4 6.43 5.90 5.40 4.87 4.34 3.82 3.29 2.76 2.23 1.70 入 0.0280 0.0286 0.0285 0.0286 0.0289 0.0295 0.0312 0.0338 0.0350 0.0385 入 0.0199 0.0203 0.0207 0.0213 0.0219 0.0226 0.0235 0.0245 0

10、.0259 0.0277 2、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： 擴大管、球閥管、截止閥管的相關數(shù)據(jù)表如下： 序號 擴大管 球閥 截止閥 1 2 3 1 2 3 1 2 3 Q/ m3 /h 3.50 2.70 1.90 3.52 2.72 1.92 1.41 1.06 0.71 P/kPa 4.55 1.64 0.27 3.44 1.62 0.91 6.69 3.84 1.78 u/m/s 4.84 3.

11、73 2.63 3.12 2.41 1.70 1.25 0.94 0.63 E 0.3904 0.2369 0.0803 0.7103 0.5606 0.6329 8.606 8.735 9.014 3、所得湍流時入一Re e / d關系圖如下: 摩擦阻力系數(shù)入與Re的關系 入數(shù)系力阻擦摩 0.009 0.008 0.007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 匚二- J 3 Lg ih r 0 二 1 +粗糙管 光滑管 對數(shù)（粗糙管） 對數(shù)（光滑管） 0 4屛4於尹2靜2護潭/ Rex 10A4 摩擦阻力系數(shù)入與Re的關系 入數(shù)系力阻擦摩 0.008 0.

12、007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 0 粗糙管 -一光滑管 對數(shù)(粗糙管) 對數(shù)(光滑管) 嚴潭2 2爐3貳肆。屛 Rex 10A4 六、思考題： (1) 、在測量前為什么要將設備中的空氣排凈？怎樣才能迅速地排凈？ 設備中要是還有空氣未排凈將使設備中液體不能連續(xù)地流動，勢必影響實驗結 果。在接通水泵電源以后，再打開流量調節(jié)閥門，使之大流量輸出便可迅速有效地排 凈設備中的空氣。 (2) 、在不同設備(包括相對粗糙度相同而管徑不同)、不同溫度下測定的 入一Re數(shù) 據(jù)能否關聯(lián)在一條曲線上？ 不能關聯(lián)到一條曲線上。 (3) 、測出的直管摩擦阻力與設備的放置狀態(tài)有關嗎？為什么？ 有關系。由h f= (P1/p +g)