流體阻力實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、化工原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱：流體流動(dòng)阻力測(cè)定班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：同組人：_實(shí)驗(yàn)日期：流體阻力實(shí)驗(yàn)一、摘要通過測(cè)定不同閥門開度下的流體流量qv，以及測(cè)定已知長(zhǎng)度I和管徑d的光滑直管和粗糙直管間的壓差 p，根據(jù)公式._ 2d巾，其中t為實(shí)驗(yàn)溫度下流體的密度；流I Pu 2體流速u =令，以及雷諾數(shù)Re二如（為實(shí)驗(yàn)溫度下流體粘度），得出湍流區(qū)光滑直呵2卩管和粗糙直管在不同 Re下的入值，通過作- Re雙對(duì)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(yàn)證了湍流區(qū)內(nèi)摩擦阻力系數(shù)u2 +p入為雷諾數(shù)Re和相對(duì)粗糙度& /d的函數(shù)。由公式-可求出突然擴(kuò)大管的局 1

2、2部阻力系數(shù)，以及由二色 求出層流時(shí)的摩擦阻力系數(shù) ，再和雷諾數(shù) Re作圖得出層Re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(duì)粗糙度& /d、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握測(cè)定流體流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)的一般試驗(yàn)方法;2、 測(cè)定直管的摩擦阻力系數(shù) 入及突然擴(kuò)大管的局部阻力系數(shù)Z3、 測(cè)定層流管的摩擦阻力系數(shù)入;4、 驗(yàn)證湍流區(qū)內(nèi)摩擦阻力系數(shù)入為雷諾數(shù)Re和相對(duì)粗糙度& /（的函數(shù);5、 將所得光滑管的入Re方程與Blasius方程相比較。三、實(shí)驗(yàn)原理1、直管阻力損失函數(shù)：f (hf, p 口， I, d, £, u) =0應(yīng)用量綱分析法尋找 hf (A P /p)

3、與各影響因素間的關(guān)系1 )影響因素物性：p, 口 設(shè)備：I, d, e 操作：u (p,Z)2 )量綱分析_3-1_1_12-2P ML , 口 ML T , lL , dL, e L, uLT , hf L T 3) 選基本變量(獨(dú)立，含 M , L, T)d, u, p (l, u, p等組合也可以)4) 無(wú)量綱化非基本變量口： n 1 =口 p aubdcM 0L0T0 =ML-1 T-1ML-3aLT-1bLc? a=-1,b=-1,c=-1變換形式后得：n 1 = p ud / 口l: n 2 = l/d e ： n 3= e /dhf： n 4= hf/u2原函數(shù)無(wú)量綱化實(shí)驗(yàn)?zāi)Σ料?/p>

4、數(shù)：，二:Re, ; d層流圓直管（Re<2000）:入=0（ Re）即入=64/Re湍流水力學(xué)光滑管（Re>4000）:入=0.3163/Re 0.25湍流普通直管（4000<Re<臨界點(diǎn)）：入=0 （Re, e /d即 丄=1 74 2l $S 18?） 伍. 黃d ReA丿 湍流普通直管（Re臨界點(diǎn)）:入=0 （ & /©即丄=74_2log包） TX_'- 遼丿2、局部阻力損失函數(shù)2hf =局部阻力系數(shù)：.（局部結(jié)構(gòu)）2考慮流體阻力等因素，通常管道設(shè)計(jì)液速值取13m/s，氣速值取1030m/s大多數(shù)閥門：順時(shí)針旋轉(zhuǎn)是關(guān)閉，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)是打

5、開。四、實(shí)驗(yàn)流程層流管：d= 2.9mm, l = 1.00m；突然擴(kuò)大管： * = 16.0mm, h = 140mm；粗糙管：d = 21.5mm, l = 1.50m ；光滑管：d = 21.5mm, l = 1.50m。操作裝置圖如下：五、實(shí)驗(yàn)操作1、關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥門，啟動(dòng)水泵；2、調(diào)整閥門V1V5開關(guān)，確定測(cè)量管路；3、打開對(duì)應(yīng)引壓管切換閥門和壓差傳感器閥門，進(jìn)行主管路、測(cè)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(diǎn)，改變水流量測(cè)多組數(shù)據(jù)；6、所有參數(shù)在儀表柜集中顯示，水流量 /m ?h，壓降/kPa，溫度/ C；7、層流實(shí)驗(yàn)水流量由量筒

6、和秒表測(cè)出；8、測(cè)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(shí)驗(yàn)結(jié)束。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理原始數(shù)據(jù)如下表:p (kg/m3) =998.2a (mPa.s)=1.005T=216CT=20.6 C光滑管l=1.5m粗糙管1=1.5d=21.5mmd=21.5mm流量3qv/m ?h壓降流量壓降序號(hào)-i p/paqv/m3?h-1 p/pa14.107314.54.1210468.023.555580.03.557748.733.054225.53.055739.542.583058.72.554054.552.212265.82.203046.761.85160

7、8.81.862179.671.501065.21.501448.281.16643.21.15869.490.85349.30.84482.5100.65205.50.65284.5突然擴(kuò)大管T=225C d=15.6mm D=42mm l=140mmL=280mm序號(hào)流量 qv/m3?h-1 p/pa13.55256.522.01457.530.8159.6層流管 d=2.9mm l=1m T=23.1 C序號(hào)V/mlt/s p/pa1111205155.62102205065.5384202172.0470201731.2562201535.662220438.0數(shù)據(jù)計(jì)算示例：1、光滑管

8、：近似取T=20.0C時(shí)水的密度=998.2Kg/m3 ，粘度二=1.005mPas以光滑管第一組數(shù)據(jù)為例2、粗糙管：以粗糙管第一組數(shù)據(jù)為例：qv=4.12m3/h, p=10468Pa, d = 21.5mm, I = 1.50m4qvu二有4 4.12/36003.14 0.02152=3.153902m/sRe =瞠.02153.1539032998三67350.08卩1.00510"33、突然擴(kuò)大管：以第一組數(shù)據(jù)為例:3_qv =3.5m / h , ：p =5256.5Pa, d1 = 16.0mm, d42.0mm,同理求出三組數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的值，再求其平均值0.570207

9、 0.632167 0.742252=0.64820934、層流管：以第一組數(shù)據(jù)為例:d =2.9mm,I =1.00m, = p 二 5155.6Pa, V =111ml ,t = 20s111 10“20=0.00000555m3/s4 0.00000555-3.14 0.00292=0.840673m/sRe-du'咤哼竺昭2421.4571.005 10二0.0423872252d_2 0.00295155.6Zu2 " 1.00 998.20.840673按照以上方法將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理如下表所示: 光滑管：1=1.50 m ，d=21.5mm壓降零點(diǎn)修正 AP°

10、;=0 kPa,水溫度二20.6 °C表1.光滑管的原始數(shù)據(jù)記錄及處理結(jié)果一覽表序水流量壓降流速雷諾數(shù)摩擦系數(shù)號(hào)/m3?h-1/Pa/ m?s-1Re入入 Blasius167023.10.021324.107314.53.1386440.01965858032.20.0216923.555580.02.7176390.02037949858.60.0222633.054225.52.3349710.02116742175.50.0225142.583058.71.9750390.02207236127.10.0227352.212265.81.6918050.02294330242

11、.10.0230361.851608.81.4162560.02398524520.60.0232071.501065.21.1483610.02527618962.60.0234281.16643.20.8880450.02695490.85349.30.650713895.00.023690.02913343100.65205.50.497610625.620.0238370.031154粗糙管：1=1.50 m , d= 21.5mm,壓降零點(diǎn)修正 AP0= 0 kPa,水溫度=21.6 c表2.粗糙管的原始數(shù)據(jù)記錄及處理結(jié)果一覽表序水流量壓降流速雷諾數(shù)摩擦系數(shù)號(hào)/m3?h-1/Pa-1

12、/ m?sRe入67350.00.0302214.1210468.0320.0301323.557748.72.71763249858.60.0302333.055739.52.33487741685.10.0305542.554054.51.95212735963.60.0308452.203046.71.68413930405.60.0308761.862179.61.42392571.501448.21.148324520.660.03154381.15869.40.880318799.170.03221790.84482.50.643013731.570.03

13、3512100.65284.50.497610625.620.033000根據(jù)以上數(shù)據(jù)做出散點(diǎn)圖如下：圖3.光滑管和粗糙管的 入與Re的關(guān)系散點(diǎn)圖將上圖修正處理，得到曲線圖如下圖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(kuò)管：d仁16.0mm , d2=42.0mm，壓降零點(diǎn)修正 AP0= 0 kPa,水溫度=225C表3.突然擴(kuò)張管的原始數(shù)據(jù)記錄及處理結(jié)果一覽表序號(hào)水流量/m3?h-1壓降/Pa細(xì)管流 速-1/m1?s1粗管流 速-1/m1?s1局部阻力 系數(shù)匕10.570203.55256.55.08920.7021722.01457.52.90810.4012

14、0.63216730.8159.61.16320.16050.742252(4)層流管：1= 2.9mm , d= 1.00 m,壓降零點(diǎn)修正 AP0= 0 kPa,水溫度=23.1 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(hào)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10.000005155.0.8400.026411156672421.460.042387300.000005065.0.7720.0287210251552225.120.049320620.000000.6360.034938442217221832.450.03118

15、2260.000001731.0.5300.0419147035221527.050.03578910.000001535.0.4690.047356231661352.530.040467196220.00000438.00.166479.930.0916710.133311653圖6.層流管的入與Re的關(guān)系七、實(shí)驗(yàn)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(dòng)進(jìn)入湍流區(qū)時(shí)，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(shí)驗(yàn)測(cè)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(shuō)明當(dāng)Re在3 103 105范圍

16、內(nèi)，入與Re的關(guān)系滿足 Blasius關(guān)系式，即 =0.3163/Re025 ;圖像有誤差可能原因是在調(diào)節(jié)流量和時(shí)間控制中未把握好， 人為造成了實(shí)驗(yàn)誤差。包括流量的控制大小以及壓降度數(shù)誤差等。3、突然擴(kuò)大管的局部阻力系數(shù)隨流量的減小而增大；4、 在Re<2000范圍內(nèi)，流體流動(dòng)為層流，實(shí)驗(yàn)所得層流管的摩擦阻力系數(shù)入隨Re 的變化趨勢(shì)與公式，二聖特性曲線相近，證明在層流區(qū)入與Re的關(guān)系滿足公式Re，二蘭。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(shí)驗(yàn)誤差來(lái)源：實(shí)驗(yàn)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(jì)量表的數(shù)據(jù)在不斷變

17、化，讀取的是一個(gè)瞬時(shí)值。八、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？答：在流動(dòng)測(cè)定中氣體在管路中，對(duì)流動(dòng)的壓力測(cè)量產(chǎn)生偏差，在實(shí)驗(yàn)中排出氣體，保證流體的連續(xù)，這樣流體的流動(dòng)測(cè)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(jì)的排氣閥。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-Re數(shù)據(jù)能否 關(guān)聯(lián)在一條曲線上？答：由Re二如,.一也P聯(lián)立得：.二空 P，可知入-Re曲線受p、d、l、卩 一丨Pu2I Re2卩2口等的影響，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(cè)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？答，不能，因?yàn)橛蓪?shí)驗(yàn)證明在湍流區(qū) Re = 103 105范圍內(nèi)，入與Re的關(guān)系式遵 循Blasius關(guān)系式，即，=0.3163/Re0.25，而Re的值與流體密度、粘度等物理性質(zhì) 有 關(guān)，不同流