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)的測定實驗報告一、實驗?zāi)康模?、 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)及突然擴大管和閥門的局部阻力系數(shù)。3、 驗證湍流區(qū)內(nèi)摩擦阻力系數(shù)4、 將所得光滑管的Re方程與為雷諾系數(shù)Re 和相對粗糙度的函數(shù)。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，得到在一定條件下具有普遍意義的

2、結(jié)果，其方法如下。流體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 P=f (d, l, u, , , )引入下列無量綱數(shù)群。雷諾數(shù)Re=du / 相對粗糙度 / d管子長徑比l / d從而得到 P/( u 2 )= (du / ，/ d ， l / d)令 =（Re，/ d ） P/ =（ l / d ） （Re，/ d ） u 2 /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)系可用試驗方法直接測定。h f =P/ = （l / d ）u 2/2式中， h f 直管阻力， J/kgl 被測管長，md 被測管內(nèi)徑，mu 平均流速，m/s摩擦阻力系數(shù)。當(dāng)流體在一管

3、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(guān)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Re 關(guān)系。-（1 ）、湍流區(qū)的摩擦阻力系數(shù)在湍流區(qū)內(nèi) =f （Re，/ d ）。對于光滑管，大量實驗證明，當(dāng) Re 在 3 103 105-范圍內(nèi)， 和 Re 的關(guān)系遵循Blasius關(guān)=0.3163 / Re0.25系式，即對于粗糙管，和 Re 的關(guān)系均以圖來表示。2、 局部阻力h f=u 2 /2式中， 為局部阻力系數(shù)，其與流體

4、流過的管件的幾何形狀及流體的 Re 有關(guān)，當(dāng) Re 達到一定值后， 與 Re 無關(guān)，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(guān)閥及面板上與其相應(yīng)的切換閥，關(guān)閉其他的開關(guān)閥和切換閥，保證測壓點一一對應(yīng)。2、 排凈系統(tǒng)中的氣體以便使液體能連續(xù)流動。設(shè)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(dāng)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)，即此時的液體流量和壓差。接著將流量由大到小，0.3m 左右側(cè)一組數(shù)據(jù)。充分利用面板量程測取每相差3

5、/h10 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(fù)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(cè)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(yīng)將流量調(diào)節(jié)閥關(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(xué)會使用閥門，注意閥門的切換，同時要關(guān)嚴(yán)，防止內(nèi)漏。五、實驗數(shù)據(jù)處理：在整個實驗過程中，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= (21.2+26.8)/2=2

6、4此溫度對應(yīng)水的密度可由相關(guān)表查得,=997.2kg/m3= 0.9142mPa S1、 求光滑管、粗糙管摩擦阻力系數(shù)和雷諾系數(shù) Re由公式 u=Q/A=3.54Q/d 2 得到流速，由10 2公式h f= P/ = （l / d ）u 2/2Blasius 關(guān)系式求得理論 。d=21mm ，光滑管幾何尺寸為對粗糙度Re=du / 可求得雷諾數(shù)，由式可求得真實的，由 =0.3163 /Re0.25 可l= 1.5m，相 / d=0.2/21=0.0-1所求光滑管在不同流量下u 、Re、如下的表：光滑管的相關(guān)數(shù)據(jù)如下表：序號12345678910Q/ m 3/h3.503.222.942.662

7、.382.101.821.541.260.98P/kP6.805.834.934.143.322.702.121.531.090.76au/m/s2.812.582.362.141.911.691.461.241.010.79Re10 -6.445.915.414.904.383.873.342.842.311.8140.0240.0250.0260.0300.024260.024940.025660.02790.028000.0342-0.010.0200.020.02130.020.027 993070.02190.0226340.02440 .02573粗糙管幾何尺寸d=22mm， l=

8、 1.5m，相對/為粗糙度d=0.3/22=0.014所求粗糙管在不同流量u 、Re、 如下表：下的粗糙管的相關(guān)數(shù)據(jù):表如下序號12345678910Q/ m 30.9/h3.673.373.072.772.472.171.871.571.277P/k0.66.855.894.904.013.222.541.991.521.036Pau/m0.7/s2.682.462.252.031.811.591.371.150.931-4 106.431.75.905.404.874.343.823.292.762.230Re0.0280.020.0280.0290.0310.0330.0350.0300

9、.02868560.02895280850.0190.020.0210.0220.0230.0240.0250.0290.02030730.02196559772 、求局部阻力系數(shù)Q/d 2P/ =u 2 /2 可得到由公式 u=Q/A=3.54得到流速，h =10 2由式。f其中，擴大管的管d=16mm, 球閥和截止閥的管徑取徑取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(guān)數(shù)據(jù)表如下擴大管球閥截止閥序號123123123Q/ m 33.51.9/h02.7003.522.721.921.411.060.71P/kP4.50.251.6473.441.620.916.6

10、93.841.78a4.82.6u/m/s43.7333.122.411.701.250.940.630.390.2360.7100.5609.00490.0803360.63298.6068.735143、 所得湍流時Re / d關(guān)系圖如下：-摩擦阻力系數(shù) 與 Re 的關(guān)系0.0090.008 0.007數(shù)0.006系 0.005力 0.004阻擦 0.003摩 0.002 0.001 04. 5674. 04 3. 512 2.986 2. 459 1. 9 33 1. 404Re104粗糙管光滑管對數(shù) ( 粗糙管)對數(shù) ( 光滑管)-摩擦阻力系數(shù) 與 Re 的關(guān)系0.008 0.007數(shù)

11、0.006粗糙管系 0.005力0.004光滑管阻 0.003擦摩0.002對數(shù) ( 粗糙管 )0.001對數(shù) ( 光滑管)04493499652. 0 4570358161.1.2 .2 .3 .4 4 .Re104六、思考題：（ 1 ）、在測量前為什么要將設(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，勢必影響實驗結(jié)果。在接通水泵電源以后，再打開流量調(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（包括相對粗糙度相同而管徑不同） 、不同溫度下測定的 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= （ P1 / +z 1 g） -( P 2 / + z