化工原理實(shí)驗(yàn)~流體流動(dòng)阻力系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、流體流動(dòng)阻力系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握測(cè)定流體流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)的一般實(shí)驗(yàn)方法。2、測(cè)定直管的摩擦阻力系數(shù) 入及突然擴(kuò)大管和閥門的局部阻力3、驗(yàn)證湍流區(qū)內(nèi)摩擦阻力系數(shù) 入為雷諾系數(shù)Re和相對(duì)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(shí)驗(yàn)器材：流體阻力實(shí)驗(yàn)裝置一套三、實(shí)驗(yàn)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(dòng)時(shí)，由于黏性和渦流的作用產(chǎn)生摩擦阻力； 流體在流過(guò)突然擴(kuò)大、 彎 頭等管件時(shí)，由于流體運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)， 得到在一定條件下具有普遍

2、意義的結(jié)果， 其方 法如下。流體流動(dòng)阻力與流體的性質(zhì)， 流體流經(jīng)處的幾何尺寸以及流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，可表示為 P=f (d, l, u, p , a , & )引入下列無(wú)量綱數(shù)群。從而得到雷諾數(shù) Re=duD / a相對(duì)粗糙度 £ / d管子長(zhǎng)徑比 l / d P/( p u2) =書(dup / ,£ / d , I / d)令入=( Re, £ / d ) P/ p= (I / d )©(Re, £ / d ) u2/2可得摩擦阻力系數(shù)與壓頭損失之間的關(guān)系, 這種關(guān)系可用試驗(yàn)方法直接測(cè)定。hf =»/ p =入(l/ d ) u

3、2/2式中，h f直管阻力，J/kgI 被測(cè)管長(zhǎng)， md 被測(cè)管內(nèi)徑，mu 平均流速, m/s入一一摩擦阻力系數(shù)。當(dāng)流體在一管徑為 d 的圓形管中流動(dòng)時(shí)，選取兩個(gè)截面，用 U 形壓差計(jì)測(cè)出這兩個(gè)截面間的靜壓強(qiáng)差，即為流體流過(guò) 兩截面間的流動(dòng)阻力。根據(jù)伯努利方程找出靜壓強(qiáng)差和摩擦 阻力系數(shù)的關(guān)系式，即可求出摩擦阻力系數(shù)。改變流速可測(cè) 出不同Re下的摩擦阻力系數(shù)，這樣就可得出某一相對(duì)粗糙度 下管子的入一Re關(guān)系。1)、湍流區(qū)的摩擦阻力系數(shù)在湍流區(qū)內(nèi)入=f (Re £ / d )。對(duì)于光滑管，大量實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)Re在3X 103105范圍內(nèi)，入和Re的關(guān)系遵循Blasius關(guān)系式，即 入=/

4、對(duì)于粗糙管，入和Re的關(guān)系均以圖來(lái)表示。2、 局部阻力hf=S u2/2式中，S為局部阻力系數(shù)，其與流體流過(guò)的管件的幾何形狀及流體的Re有關(guān)，當(dāng)Re達(dá)到一定值后，S與Re無(wú)關(guān)，成為定值。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、啟動(dòng)離心泵， 打開(kāi)被測(cè)管線上的開(kāi)關(guān)閥及面板上與其相應(yīng)的切換閥，關(guān)閉其他的開(kāi)關(guān)閥和切換閥，保證測(cè)壓點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。2、排凈系統(tǒng)中的氣體以便使液體能連續(xù)流動(dòng)。 設(shè)備和測(cè)壓管線中的氣體都要排凈，觀察 U形壓差計(jì)中兩液面是否水平，如果水平說(shuō)明系統(tǒng)中氣體已經(jīng)排凈。3、測(cè)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(jì)中兩液面差，當(dāng)液面差達(dá)到最大并等數(shù)據(jù)穩(wěn)定后記錄第一組數(shù)據(jù)，即此時(shí)的液體流

5、量和壓差。接著將流量由大到小，每相差h左右側(cè)一組數(shù)據(jù)。充分利用面板量程測(cè)取10組數(shù)據(jù)，然后再由小到大測(cè)取幾組數(shù)據(jù)，以檢查數(shù)據(jù)的重復(fù)性（不記錄數(shù)據(jù)）。測(cè)定突然擴(kuò)大管、 球閥和截止閥的局部阻力時(shí)， 各測(cè)取3 組數(shù)據(jù)，具體步驟與側(cè)量光滑管和粗糙管相同。注意在記錄整個(gè)實(shí)驗(yàn)的第一組數(shù)據(jù)時(shí)記錄一次液體溫度，記錄最后一組數(shù)據(jù)時(shí)記錄一次溫度。4、1、求光滑管、粗糙管摩擦阻力系數(shù) 入和雷諾系數(shù)Re測(cè)完一根管的數(shù)據(jù)后，應(yīng)將流量調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，觀察壓差計(jì)的兩液面是否水平，水平時(shí)才能更換另一條管路，否則全部數(shù)據(jù)無(wú)效。同時(shí)要了解各種閥門的特點(diǎn)，學(xué)會(huì)使用閥門，注意閥門的切換, 同時(shí)要關(guān)嚴(yán)，防止內(nèi)漏。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理:在整個(gè)實(shí)

6、驗(yàn)過(guò)程中，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= +/2=24 C此溫度對(duì)應(yīng)水的密度可由相關(guān)表查得，P =m由公式u=Q/A=xi02Q/cF得到流速，由公式 Re=dp /卩可求得hf=AP/卩=入(1 / d ) u2/2可求得真實(shí)的入，由Blasius關(guān)系式 入'=/可求得理論入'。光滑管幾何尺寸為d=21mm l=,相對(duì)粗糙度£ / d=21 =所求光滑管在不同流量下的u、Re入、入'如下表:光滑管的相關(guān)數(shù)據(jù)如下表：序號(hào)12345678910Q/ m3/hP/kPau/m/sRe<10-4入入粗糙管幾何尺寸為 d

7、=22mm l=,相對(duì)粗糙度 £ / d=22=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(guān)數(shù)據(jù)表如下：序號(hào)12345678910Q/ m3/hP/kPau/m/sRe<10-4入入2 、求局部阻力系數(shù)S由公式 u=Q/A=xi02Q/cF得到流速，由式 hf=»/ P = E u2/2可得到S。其中，擴(kuò)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(kuò)大管、球閥管、截止閥管的相關(guān)數(shù)據(jù)表如下序號(hào)擴(kuò)大管球閥截止閥123123123Q/ m3/hP/kPau/m/sS所得湍流時(shí)入一Re £ / d關(guān)系圖如下

8、:3、六、思考題:(1) 、在測(cè)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?設(shè)備中要是還有空氣未排凈將使設(shè)備中液體不能連續(xù)地流動(dòng)，勢(shì)必影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在接通水泵電源以后，再打開(kāi)流量調(diào)節(jié)閥門，使之大流量輸出便可迅速有效地排凈設(shè)備中的空氣。(2) 、在不同設(shè)備(包括相對(duì)粗糙度相同而管徑不同)、不同溫度下測(cè)定的入一Re數(shù)據(jù)能否關(guān)聯(lián)在一條曲線上?不能關(guān)聯(lián)到一條曲線上。(3) 、測(cè)出的直管摩擦阻力與設(shè)備的放置狀態(tài)有關(guān)嗎？為什么?有關(guān)系。由 h f = (Pi/ p +Zig) -( F2/ p + Z2g) = P/ p 可知,阻力損失均主要表現(xiàn)為流體勢(shì)能的降低，即 »/ p,只有當(dāng)管道水