流體阻力實驗報告

1、化工大學(xué)化工原理實驗報告實驗名稱：流體流動阻力測定班級：化工10學(xué)號：2010姓 名：同組人：實驗日期：2012.10.10流體阻力實驗、摘要通過測定不同閥門開度下的流體流量 回，以及測定已知長度1和管徑d的光滑直管和 粗糙直管間的壓差 匚目，根據(jù)公式2d p）其中為實驗溫度下流體的密度；流體流4q,以及雷諾數(shù)Re業(yè)（口為實驗溫度下流體粘度），得出湍流區(qū)光滑直管和粗糙直管在不同 Re下的入值，通過作 Re雙對數(shù)坐標(biāo)圖，可以得出兩者的關(guān)系曲線，以及和光滑管遵循的Blasius關(guān)系式比較關(guān)系，并驗證了湍流區(qū)摩擦阻力系數(shù)入為雷諾數(shù)Re和相對粗糙度 e/d的函數(shù)。由公式 1 u2 一可求出突然擴大管的

2、局部阻力系數(shù)，以及 2由 匚64求出層流時的摩擦阻力系數(shù)，再和雷諾數(shù)Re作圖得出層流管| Re關(guān)系曲線。關(guān)鍵詞：摩擦阻力系數(shù)局部阻力系數(shù)雷諾數(shù)Re相對粗糙度/d二、實驗?zāi)康?、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(shù)入及突然擴大管的局部阻力系數(shù)日3、測定層流管的摩擦阻力系數(shù)入；4、驗證湍流區(qū)摩擦阻力系數(shù)入為雷諾數(shù)Re和相對粗糙度e/d勺函數(shù)；5、將所得光滑管的 人-Re方程與Blasius方程相比較。三、實驗原理1、直管阻力損失函數(shù)：f （hf, p, % l, d, s, u） =0應(yīng)用量綱分析法尋找hf （A P /p）與各影響因素間的關(guān)系1）影響因素物性：p,科

3、設(shè)備：l, d, 操作：u （p,Z）2）量綱分析pML-3, MML-1 T1, lL , dL, L, uLT1, hf L2 T23）選基本變量（獨立，含 M, L, T）d, u, p （l, u, p等組合也可以）4）無量綱化非基本變量. 式 1= W P aubdcM0L0T0 =ML-1 丁1ML-3rLT1bLc ? a=-1,b=-1,c=-1變換形式后得：n1= p ud /l:n 2=l/d :n 3= /dhf:n 4=hf/u5）原函數(shù)無量綱化du6）實驗h fdul u 2l u 2ii f, dd2d2Re, d層流圓直管（Re4000）:入=0.3163/Re0

4、.2518.7Re湍流普通直管（4000Re臨界點）：入=。（e/。即12T1.742 log d2、局部阻力損失函數(shù)2hf u2局部阻力系數(shù):（局部結(jié)構(gòu)）考慮流體阻力等因素，通常管道設(shè)計液速值取13m/s,氣速值取1030m/s。大多數(shù)閥門：順時針旋轉(zhuǎn)是關(guān)閉，逆時針旋轉(zhuǎn)是打開。四、實驗流程層流管：d 2.9mm, 1 1.00m ；突然擴大管：d116.0mm, 11 140mm；粗糙管:d 21.5mm,l 1.50m；光滑管:d 21.5mm,l 1.50m。dd操作裝置圖如下:圖1流體阻力實驗裝置流程圖1.水箱 2*離心泉 3.孔板流量計4.管路切換閥5.測量管路6,穩(wěn)流罐7.流量調(diào)節(jié)

5、閥五、實驗操作1、關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥門，啟動水泵；2、調(diào)整閥門V1V5開關(guān)，確定測量管路；3、打開對應(yīng)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(jié)束，關(guān)閉傳感器閥門，檢查其數(shù)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(shù)據(jù)；6、所有參數(shù)在儀表柜集中顯示，水流量/m3?h-1,壓降/kPa ,溫度/C；7、層流實驗水流量由量筒和秒表測出；8、測完所有數(shù)據(jù)，停泵，開傳感器排氣閥，關(guān)閉切換閥門；9、檢查數(shù)據(jù)，整理好儀器設(shè)備，實驗結(jié)束。六、實驗數(shù)據(jù)處理原始數(shù)據(jù)如下表：p (kg/m3) =998.2 小(mPa.s)=1.005T=20.6C 光滑管 l=1.5m d

6、=21.5mmT=21.6C粗糙管 l=1.5 d=21.5mm在舁 廳P8M:qv/m3?h-1壓降A(chǔ) p/paqv/m3?h-1壓降A(chǔ) p/pa14.107314.54.1210468.023.555580.03.557748.733.054225.53.055739.542.583058.72.554054.552.212265.82.203046.761.851608.81.862179.671.501065.21.501448.281.16643.21.15869.490.85349.30.84482.5100.65205.50.65284.5突然擴大管T=22.5C d=15.6m

7、m D=42mm l=140mm L=280mm在舁 廳p流里qv/m ?hA p/pa13.55256.522.011457.530.8159.6層流管 d=2.9mm l=1m T=23.1 C在舁 廳pV/mlt/sA p/pa1111205155.62102205065.5384202172.0470201731.2562201535.662220438.0數(shù)據(jù)計算示例：八八一，31、光滑管：近似取 T=20.0C時水的密度 998.2Kg/m|J,粘度 1.005mPa?s以光滑管第一組數(shù)據(jù)為例 ：_33_998.2Kg/m,qv 4.1m /h, p 7314.5Pa,d 21.5

8、mm, l 1.50mRe4qv d2du4 4.10/3600一-23.14 0.02153.138591m/s0.0215 3.138591 10001.005 10 367023.142d p l u22 0.0215 7314.5 2 0.021324 1.50 1000 3.1385912Blasius關(guān)系式求得_ 0 25_ 0 25_0.3163/Re .0.3163/67023.14 .0.0196582、粗糙管：以粗糙管第一組數(shù)據(jù)為例:,3 ，qv 4.12m / h ,10468Pa|, |d 21.5mm, |l 1.5014qv 4 4.12/3600u ”2o 3.1

9、53902m/sd23.14 0.02152,Redu 0.02153.153902 998.21.005 10367350.02d p2 0.0215 104680.030222l u21.50 998.2 3.1539022-3 ，qv3.5m / h ,p 5256.*a, d1 16.0mm,d242.0mm,4qv4 3.5/3600“v22 5.089167m/sd13.14 0.0164qv4 3.5/3600u2d222 0.702097m/ s3.14 0.0420.7020972 +2=1-4.188235256.5_2 998.2=0.570207組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的值再求其平

10、均值-0.570207 0.632167 0.7422520.6482093同理求出4、d 2.9mm,l 1.00mp 5155.6Pa,V 111mlt 20s層流管：以第一組數(shù)據(jù)為例:V111 106 3 .qv0.00000555m /st204qv4 0.00000555 u T r 0.840673m/sd23.14 0.00 292Redu 0.0029 0.840673 998.21.005 1032421.4573、突然擴大管：以第一組數(shù)據(jù)為例:2d p20.00295155.60.042387225l u21.00998.20.840673 2按照以上方法將實驗數(shù)據(jù)處理如下

11、表所示: 光滑管：l=1.50 m , d=21.5mm ,壓降零點修正 APo=0 kPa,水溫度=20.6 C表1.光滑管的原始數(shù)據(jù)記錄及處理結(jié)果一覽表序 號水流量/m3?h-1壓降/Pa流速/ m?s-1雷諾數(shù)Re摩擦系數(shù)入入 Blasius14.107314.53.138667023.140.0213240.01965823.555580.02.717658032.230.0216990.02037933.054225.52.334949858.670.0222610.02116742.583058.71.975042175.530.0225190.02207252.212265.81

12、.691836127.100.0227350.02294361.851608.81.416230242.150.0230360.02398571.501065.21.148324520.66 ,0.0232010.02527681.16643.20.888018962.640.0234250.02695490.85349.30.650713895.040.0236930.029133100.65205.50.497610625.62 ,0.0238370.031154粗糙管：l=1.50 m , d= 21.5mm,壓降零點修正 APo= 0 kPa,水溫度=21.6 c表2.粗糙管的原始數(shù)據(jù)

13、記錄及處理結(jié)果一覽表序 號水流量/m3?h-1壓降/Pa流速/ m?s-1雷諾數(shù)Re摩擦系數(shù)入14.1210468.03.154067350.080.03022223.557748.72.717658032.230.03013233.055739.52.334849858.670.03023742.554054.5P 1.9521141685.120.03055752.203046.71.684135963.630.03084961.862179.61.423930405.620.03087571.501448.2P 1.1483 124520.660.03154381.15869.40.88

14、0318799.170.03221790.84482.50.643013731.570.033512100.65284.50.497610625.620.033000根據(jù)以上數(shù)據(jù)做出散點圖如下:光滑倒。粗糙管0 034 三0 032 g0.03 T0。2屋0 026 ；03 -0 022 -0 0”0Q1S-20000400006000080000Re圖3.光滑管和粗糙管的入與Re的關(guān)系散點圖將上圖修正處理，得到曲線圖如下-ztiiasiusT-光滑管 一一粗播管200004000060000 30000Re圖4.光滑管和粗糙管的入與Re的關(guān)系以及Blasius公式比較(3)突擴管：d1=16

15、.0mm , d2=42.0mm ,壓降零點修正 APo= 0 kPa,水溫度=22.5C表3.突然擴管的原始數(shù)據(jù)記錄及處理結(jié)果一覽表序 號水流量/m3?h-1壓降/Pa細管流速/m1 ?s-1粗管流速 /m1?s-1局部阻力 系數(shù)E13.55256.55.0892 0.70210.57020722.01457.52.908110.40120.63216730.8159.61.16320.16050.7422520.570207 0.632167 0.742252 八 ”八0.6482093(4)層流管：l= 2.9mm , d= 1.00 m,壓降零點修正 APo= 0 kPa,水溫度=23

16、.1 C表3.層流管的原始數(shù)據(jù)記錄及處理結(jié)果一覽表序 號水體積/ml水流量/m3?s-1壓降/kPa流速 /m1?s-1雷諾數(shù)Re摩擦阻力 系數(shù)入入理論11110.00000565155.60.84072421.460.0423870.02643021020.00000515065.50.77252225.120.0493200.0287623840.000004221720.63621832.450.0311820.0349264700.00000351731.20.53021527.050.0357890.0419115620.00000311535.60.46961352.530.040

17、4670.0473196220.0000011438.00.1666479.930.0916710.133353圖6.層流管白入與Re的關(guān)系七、實驗結(jié)果分析：由上面圖表中的數(shù)據(jù)信息可以得出以下結(jié)論：1、流動進入湍流區(qū)時，摩擦阻力系數(shù)入隨雷諾數(shù)Re的增大而減小。至足夠大的Re后，入-Re曲線趨于平緩；2、實驗測出的光滑管入-Re曲線和利用Blasius關(guān)系式得出的入-Re曲線比較接近，說明當(dāng)Re在3 103105圍，入與Re的關(guān)系滿足Blasius關(guān)系式，即025 0.3163/Re |：圖像有誤差可能原因是在調(diào)節(jié)流量和時間控制中未把握好，人為造成了實驗誤差。包括流量的控制大小以及壓降度數(shù)誤差等

18、。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圍，流體流動為層流，實驗所得層流管的摩擦阻力系數(shù)入隨Re的變化趨勢與公式| 義卜寺性曲線相近,證明在層流區(qū)入與Re的關(guān)系滿足公式匚目。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(shù)據(jù)處理中僅取初始溫度20度；壓力差計量表的數(shù)據(jù)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(shè)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(chǎn)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(zhǔn)確。先打開出口閥排凈管路中的空氣，然后關(guān)閉出口閥開U形壓差計的排氣閥。2、在不同設(shè)備（包括相對粗糙度相同而管徑不同）、不同溫度下測定的入-Re數(shù)據(jù)能否關(guān)聯(lián)在一條曲線上？答：由Re dU_|,2d P |聯(lián)立得:2d p,可知入-Re曲線受p、d、1、科|1 u21 Re2 2等的影響，故不一定能關(guān)聯(lián)到一條曲線上。3、以水為工作流體所測得的入-Re關(guān)系能否適用于其他種類的牛頓型流體？為什么？TT3 TT5答，不能，因為由實驗證明在儷流區(qū)|Re 1