化工原理實驗報告(流體阻力)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上摘要：本實驗通過測定流體在不同管路中流動時的流量qv、測壓點之間的壓強差P，結合已知的管路的內徑、長度等數(shù)據(jù)，應用機械能守恒式算出不同管路的Re變化關系及突然擴大管的x-Re關系。從實驗數(shù)據(jù)分析可知，光滑管、粗糙管的摩擦阻力系數(shù)隨Re增大而減小，并且光滑管的摩擦阻力系數(shù)較好地滿足Blasuis關系式： 。突然擴大管的局部阻力系數(shù)隨Re的變化而變化。一、 目的及任務掌握測定流體流動阻力實驗的一般實驗方法。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)。驗證湍流區(qū)內摩擦系數(shù)為雷諾數(shù)Re和相對粗糙度的函數(shù)。將所得光滑管-Re方程與Blasius方程相比較。二、 基本

2、原理1. 直管摩擦阻力不可壓縮流體，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)相關，可表示為：p=(, , )引入下列無量綱數(shù)群。雷諾數(shù) 相對粗糙度 管子長徑比從而得到令可得到摩擦阻力系數(shù)與壓頭損失之間的關系，這種關系可用實驗方法直接測定。式中直管阻力，J/kg；被測管長，m；被測管內徑，m；平均流速，m/s；摩擦阻力系數(shù)。當流體

3、在一管徑為的圓形管中流動時，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)。改變流速科測出不同Re下的摩擦阻力系數(shù)，這樣就可得到某一相對粗糙度下的-Re關系。(1) 湍流區(qū)的摩擦阻力系數(shù)在湍流區(qū)內。對于光滑管，大量實驗證明，當Re在范圍內，與Re的關系式遵循Blasius關系式，即對于粗糙管，與Re的關系均以圖來表示。(2) 層流的摩擦阻力系數(shù)2. 局部阻力式中，為局部阻力系數(shù)，其與流體流過管件的集合形狀及流體的Re有關，當Re大到一定值后，與Re無關，為定值。三、 裝置和流程本實驗裝

4、置如圖，管道水平安裝，實驗用水循環(huán)使用。其中No.1管為層流管，管徑(61.5)mm,兩測壓管之間的距離1m；No.2管安裝有球閥和截止閥兩種管件，管徑為(273)mm；No.3管為(272.75) mm不銹鋼管；No.4為(272.75) mm鍍鋅鋼管，直管阻力的兩測壓口間的距離為1.5m；No.5為突然擴大管，管子由(223) mm擴大到(483) mm；a1、a2為層流管兩端的兩測壓口；b1、b2為球閥的兩測壓口；c1、c2表示截止閥的兩測壓口；d1、d2表示不銹鋼管的兩測壓口；e1、e2表示粗糙管的兩測壓口；f1、f2表示突然擴大管的兩測壓口。系統(tǒng)中孔板流量計以測流量。四、 操作要點

5、啟動離心泵，打開被測管線上的開關閥及面板上與其對應的切換閥，關閉其他開關閥和切換閥，確保測壓點一一對應。 系統(tǒng)要排凈氣體使液體連續(xù)流動。設備和測壓管線中的氣體都要排凈，檢驗的方法是當流量為零時，觀察U形壓差計的兩液面是否水平。 讀取數(shù)據(jù)時，應注意穩(wěn)定后再讀數(shù)。測定直管摩擦阻力時，流量由大到小，充分利用面板量程測取10組數(shù)據(jù)。測定突然擴大管、球閥和截止閥的局部阻力時，各取3組數(shù)據(jù)。本次實驗層流管不做測定。 測完一根管數(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、

6、 數(shù)據(jù)處理（1）、原始數(shù)據(jù)水溫：24.3密度：1000kg/m粘度：=1.3051）、不銹鋼管 d=21mm l=1.50m序號12345678910V/m3.h-14.003.703.403.112.822.492.211.931.611.19P/kPa7.186.245.424.633.913.142.552.031.490.90 2）、鍍鋅鋼管 d=21.5mm l=1.50m序號12345678910V/m3.h-14.003.683.423.102.792.512.201.901.621.29P/kPa10.458.897.726.395.244.293.342.531.901.30

7、 3）、突然擴大 d1=15.5mm l1=140mm d2=42.0mm l2=280mmV/m3.h-13.802.791.68P/kPa4.102.050.704）、層流管 d=2.9mm l=1.00mV/m3.h-14.333.833.53.132.331.67P/kPa2.352.221.941.641.170.812、數(shù)據(jù)處理1）不銹鋼管，鍍鋅管以及層流管的雷諾數(shù)和摩擦阻力系數(shù)用以下公式計算雷諾數(shù) 式中直管阻力，J/kg；被測管長，m；被測管內徑，m；平均流速，m/s；摩擦阻力系數(shù)。2）突然擴大管的雷諾數(shù)及摩擦阻力系數(shù)由以下公式計算雷諾數(shù) 摩擦阻力系數(shù)3、數(shù)據(jù)處理結果如下表所示直

8、管阻力數(shù)據(jù)處理記錄表不銹鋼管序號V/m3/h-1hfv/m/s-1ReB147.183.67032.070.0.23.76.242.62004.660.0.33.45.422.56977.260.0.43.114.632.52117.430.0.52.823.912.47257.610.0.62.493.141.41727.460.0.72.212.551.772437035.220.0.81.932.031.32342.970.0.91.611.491.26980.410.0.02468101.190.90.19942.040.0.鍍鋅管序號V/m3/h-1P/kPav/m/sRehf141

9、0.453.65473.1810.450.23.688.892.60235.338.890.33.427.722.6167255979.577.720.43.16.392.3718850741.726.390.52.795.242.45667.555.240.62.514.291.41084.424.290.72.23.341.6832736010.253.340.81.92.531.31099.762.530.91.621.91.26516.641.90.101.291.30.21115.11.30.層流管序號V(mL/s)T/CP/kPav(m/s)Re14.3326.12.35180.1

10、893.0780.23.8326.12.21740.1674.6460.33.526.21.93530.1529.0250.43.1326.31.64060.1368.8410.52.3326.41.17260.1019.350.61.6726.50.8120.728.10690.突然擴大管序號v1(m/s)v2（m/s)Rehf15.0.31840.834.0.24.0.23377.432.0.32.0.14076.730.0.數(shù)據(jù)處理示例：1、 光滑管：T=20.0時水的密度，粘度以光滑管第4組數(shù)據(jù)為例：qv=3.11 m/h P=4.63kPa d=21.0 mm l=1.50 m2、

11、粗糙管：以粗糙管第4組數(shù)據(jù)為例： 3、 突然擴大管：以第1組數(shù)據(jù)為例： 31840.834、 層流管：以第4組數(shù)據(jù)為例： d=2.9mm l=1.00m由上述數(shù)據(jù)可以得到以下圖形：七、實驗結果分析： 由上面圖表中的數(shù)據(jù)信息可以得出以下結論：1、 當Re4000時，流動進入湍流區(qū)，摩擦阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)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曲線和利用Blasius關系式得出的-Re曲線比較接近，說明當Re在范圍內，與Re的關系滿足Blasius關系式，即；3、 突然擴大管的局部阻力系數(shù)隨流量的減小而增大；4、 在Re2000范圍內，流體流動為層流，實驗所得層流管的摩擦阻力系數(shù)隨Re的變化趨勢與公式特性曲線相差較遠，可能原因是在調節(jié)流量和時間控制中未把握好，人為造成了實驗誤差，并且流量過大，導致流體并非層流狀態(tài)。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：排氣是為了保證流體的連續(xù)流動。先打開出口閥排除管路中的氣體，然后關閉出口閥，打開U形壓差計下端的排氣閥。2.在不同設備、不同溫度下測定的-Re數(shù)據(jù)能否關聯(lián)在一條曲線上？答：只要相對粗糙度相同，-Re數(shù)據(jù)就能關聯(lián)到一條曲線上。3.以水為工作流體所測得的摩擦阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關系是否適用于其他流體答：不適用，粘度不同。4.測出的直管摩擦阻