流體阻力實驗報告

1、化工原理實驗報告實驗名稱 ：流體流動阻力測定班級：學號：姓名：同組人：實驗日期 ：下載可編輯流體阻力實驗一、摘要通過測定不同閥門開度下的流體流量qv ，以及測定已知長度 l 和管徑 d 的光滑直管和粗糙直管間的壓差p ，根據公式2dp ，其中為實驗溫度下流體的密度 ；流lu 2體流速 u4 qv ，以及雷諾數Redu（為實驗溫度下流體粘度 ），得出湍流區(qū)光滑d 2直管和粗糙直管在不同Re 下的 值 ，通過作Re 雙對數坐標圖 ，可以得出兩者的關系曲線 ，以及和光滑管遵循的Blasius關系式比較關系 ，并驗證了湍流區(qū)內摩擦阻力系數 為雷諾數 Re 和相對粗糙度/d的函數 。由公式u222 p1

2、可求出突然擴大管的局u12部阻力系數 ，以及由64 求出層流時的摩擦阻力系數，再和雷諾數 Re 作圖得出層Re流管Re 關系曲線 。關鍵詞 ：摩擦阻力系數局部阻力系數雷諾數 Re相對粗糙度 /d二、實驗目的1 、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及突然擴大管的局部阻力系數；3 、測定層流管的摩擦阻力系數；.專業(yè) .整理 .下載可編輯4 、驗證湍流區(qū)內摩擦阻力系數為雷諾數 Re 和相對粗糙度 /d的函數 ；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 ： f（ hf，l，d，, u） =0 應用量綱分析法尋

3、找 hf （ P / ）與各影響因素間的關系1 ）影響因素物性：，設備： l，d，操作： u（ p,Z）2 ）量綱分析ML -3 ， ML -1 T-1 ， lL ， dL，L，uLT-1 ， hf L 2 T-2 3 ）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a bc0 0 0-1 -1-3 a-1 bcMLT=MLTML LT L? a=-1,b=-1,c=-1： 1u d變換形式后得 ： ud / 1l: 2l/d : 3/dhf : 4hf /u25）原函數無量綱化hFu2f ,du,l0dd6 ）實驗hd u,lu 2lu 2f

4、d2d2d摩擦系數 ：R e,d層流圓直管 （ Re<2000 ）：= （Re）即=64/Re湍流水力學光滑管 （Re>4000 ）：=0.3163/Re0.25湍流普通直管 （4000<Re< 臨界點 ）：= （ Re,/d ）即 1218.71.74 2logRed湍流普通直管 （Re> 臨界點）：= （ /d ）即121.74 2 logd2 、局部阻力損失函數u2（局部結構）h f局部阻力系數 ：2.專業(yè) .整理 .下載可編輯考慮流體阻力等因素，通常管道設計液速值取13m/s ，氣速值取 10 30m/s 。大多數閥門 ：順時針旋轉是關閉，逆時針旋轉是打開

5、。四、實驗流程層流管 ： d 2.9mm， l 1.00m ；突然擴大管 ：d116.0 ,140mm；粗糙mm l1管： d 21.5mm, l1.50 m ；光滑管 ： d 21.5mm, l1.50m。操作裝置圖如下 ：.專業(yè) .整理 .下載可編輯五、實驗操作1、關閉流量調節(jié)閥門 ，啟動水泵 ；2、調整閥門 V1 V5 開關，確定測量管路 ；3、打開對應引壓管切換閥門和壓差傳感器閥門，進行主管路 、測壓管路排氣 ；4、排氣結束 ，關閉傳感器閥門 ，檢查其數值回零 ，否則繼續(xù)排氣 ；5、確定量程 ，布點，改變水流量測多組數據；6、所有參數在儀表柜集中顯示 ，水流量 /m3?h-1 ，壓降

6、/kPa ，溫度 / ；7、層流實驗水流量由量筒和秒表測出；8、測完所有數據 ，停泵，開傳感器排氣閥 ，關閉切換閥門 ；9、檢查數據 ，整理好儀器設備 ，實驗結束 。六、實驗數據處理原始數據如下表：（kg/m 3）=998.2(mPa.s)=1.005T=21.6 T=20.6 光滑管l=1.5m粗糙管l=1.5d=21.5mmd=21.5mm流量q v/m 3 ?壓降流量壓降序號h-1p/paq v/m3?-1p/pah.專業(yè) .整理 .下載可編輯14.107314.54.1210468.023.555580.03.557748.733.054225.53.055739.542.583058

7、.72.554054.552.212265.82.203046.761.851608.81.862179.671.501065.21.501448.281.16643.21.15869.490.85349.30.84482.5100.65205.50.65284.5突然擴大管T=22.5 d=15.6mmD=42mm l=140mmL=280mm序號流量 q v/m 3 ?h -1p/pa.專業(yè) .整理 .下載可編輯13.55256.522.01457.530.8159.6層流管d=2.9mml=1m T=23.1 序號V/mlt/sp/pa1111205155.62102205065.538

8、4202172.0470201731.2562201535.662220438.0數據計算示例 ：1、光滑管：近似取T=20.0 時水的密度998.2Kg / m3， 粘 度1 . 0 m0 5P as以光滑管第一組數據為例：998.2Kg / m3 , qv4.1m3 / h, p7314.5 Pa, d21.5mm, l1.50m4qv4 4.10 / 36003.138591m / sud 23.140.02152du0.0215 3.138591 100067023.14Re1.00510 32dp20.02157314.50.021324lu 21.5010003.1385912Bl

9、asius關系式求得0.3163 / Re0.250.3163/ 67023.14 0.250.019658.專業(yè) .整理 .下載可編輯2、 粗糙管 ：以粗糙管第一組數據為例：qv4.12m3 / h ,p 10468Pa , d21.5mm , l1.50mu4qv4 4.12/ 3600du0.0215 3.153902 998.267350.08d23.140.02152 3.153902m / s ,Re1.005 1032dp20.0215 10468lu21.50998.23.15390223、 突然擴大管 ：以第一組數據為例：0.030222qv3.5m3 / h,p 5256.

10、5Pa , d116.0mm, d 242.0mm,4qv43.5/ 36004qv4 3.5 / 3600u1d123.140.01625.089167m / su2d223.14 0.04220.702097m / su 222p0.7020972+25256.51=1-998.2=0.570207u 124.188232同理求出三組數據所對應的值，再求其平均值0.5702070.6321670.74225234、 層流管 ：以第一組數據為例：0.648209d 2.9mm, l1.00m , p5155.6Pa,V 111ml ,t20sV11110 63v40.00000555qv0.

11、00000555m / s,u4q0.840673m / s20d 23.14 0.00292tdu0.0029 0.840673 998.22421.457,Re1.005 10 32dp20.00295155.60.042387225lu 21.00998.20.840673 2按照以上方法將實驗數據處理如下表所示：.專業(yè) .整理 .下載可編輯 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.光滑管的原始數據記錄及處理結果一覽表序水流量壓降流速雷諾數摩擦系數Blasius號/m 3?h -1/Pa/ m ?s-1Re167023.0.

12、02130.019654.107314.53.138614248258032.0.02160.020373.555580.02.717623999349858.0.02220.021163.054225.52.334967617442175.0.02250.022072.583058.71.975053192536127.0.02270.022942.212265.81.691810353630242.0.02300.023981.851608.81.416215365724520.0.02320.025271.501065.21.148366016818962.0.02340.026951.

13、16643.20.888064254.專業(yè) .整理 .下載可編輯913895.0.02360.029130.85349.30.6507049331010625.0.02380.031150.65205.50.497662374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. 粗糙管的原始數據記錄及處理結果一覽表序水流量壓降流速雷諾數摩擦系數號/m 3 ?h-1/Pa/ m ?s-1Re67350.0.030214.1210468.03.1540082258032.0.030123.557748.72.7176233233.0557

14、39.52.334849858.0.0302.專業(yè) .整理 .下載可編輯6737441685.0.03052.554054.51.95211257535963.0.03082.203046.71.68416349630405.0.03081.862179.61.42396275724520.0.03151.501448.21.14836643818799.0.03221.15869.40.88031717913731.0.03350.84482.50.643057121010625.0.03300.65284.50.49766200根據以上數據做出散點圖如下：.專業(yè) .整理 .下載可編輯圖 3

15、.光滑管和粗糙管的與 Re 的關系散點圖將上圖修正處理，得到曲線圖如下.專業(yè) .整理 .下載可編輯圖 4.光滑管和粗糙管的與 Re 的關系以及Blasius 公式比較（ 3）突擴管 ： d1=16.0mm，d2=42.0mm，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據記錄及處理結果一覽表細管流粗管流序水流量壓降局部阻力速 /m1 ?速/m1 ?號/m 3?h-1/Pa系數 s-1s-113.55256.55.08920.70210.57020.專業(yè) .整理 .下載可編輯720.632162.01457.52.90810.4012730.742250.8

16、159.61.16320.160520.5702070.6321670.7422520.6482093（ 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. 層流管的原始數據記錄及處理結果一覽表流速序水體積水流量壓降雷諾數摩擦阻力/m1 ?理論號/ml/m 3 ?s-1/kPaRe系數 s-110.0000051550.842421.40.042380.026411156.607673020.0000050650.772225.10.049320.028710251.525206230.000000.631832.40.031

17、180.03498442217262522640.0000017310.531527.00.035780.04197035.20259115620.0000015350.461352.50.040460.0473.專業(yè) .整理 .下載可編輯31.696371960.00000438.0.160.091670.13332211066479.93153圖 6. 層流管的 與 Re 的關系七、實驗結果分析 ：由上面圖表中的數據信息可以得出以下結論：1、流動進入湍流區(qū)時 ，摩擦阻力系數 隨雷諾數 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

18、用Blasius 關系式得出的 -Re 曲線比較接近 ，說明當Re 在 3103 105 范圍內 ，與 Re 的關系滿足Blasius關系式 ，即0.3163 / Re0.25 ；圖像有誤差可能原因是在調節(jié)流量和時間控制中未把握好，.專業(yè) .整理 .下載可編輯人為造成了實驗誤差。包括流量的控制大小以及壓降度數誤差等。3、突然擴大管的局部阻力系數隨流量的減小而增大；4、在 Re<2000 范圍內 ，流體流動為層流 ，實驗所得層流管的摩擦阻力系數隨 Re的變化趨勢與公式64 特性曲線相近 ，證明在層流區(qū) 與 Re 的關系滿足公式Re64 。 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Re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，數據處理中僅取初始溫度20 度；壓力差計量表的數據在不斷變化，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確。先打開