流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)-流體流動(dòng)阻力的測(cè)定

專業(yè)： 雙#彗實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名： 學(xué)號(hào)： 日期： 地點(diǎn)： 過(guò)程工程原理實(shí)驗(yàn)（乙）過(guò)程工程原理實(shí)驗(yàn)（乙）指導(dǎo)老師:成績(jī):―流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)一一流體流動(dòng)阻力的測(cè)定同組學(xué)生姓名：流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程名稱實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)類型一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┤?shí)驗(yàn)材料與試劑（必填）五、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟（必填）七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）四、實(shí)驗(yàn)器材與儀器（必填）六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理八、討論、心得一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康难b 1.掌握測(cè)定流體流經(jīng)直管、管件（閥門）時(shí)阻力損失的一般實(shí)驗(yàn)方法；、丁 2.測(cè)定直管摩擦系數(shù)入與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的關(guān)系，驗(yàn)證在一般湍流區(qū)內(nèi)X與Re訂的關(guān)系曲線；線 3.測(cè)定流體流經(jīng)管件（閥門）時(shí)的局部阻力系數(shù)Z；: 4.識(shí)辨組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用。二.實(shí)驗(yàn)原理流體通過(guò)由直管、管件（如擴(kuò)大管、三通和彎頭等）和閥門等組成的管路系統(tǒng)時(shí)，由于粘性剪應(yīng)力和渦流應(yīng)力的存在，要損失一定的機(jī)械能。流體流經(jīng)直管時(shí)所造成的機(jī)械能損失成為直管阻力損失。流體通過(guò)管件、閥門時(shí)由于流體運(yùn)動(dòng)方向和速度大小的改變所引起的機(jī)械能損失成為局部阻力損失。直管阻力摩擦系數(shù)入的測(cè)定流體在水平等徑直管中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，阻力損失為：(1)?2)h=也=PW以1生

fppd2(1)?2)x=*.?-

p1u2公式中：X——直管阻力摩擦系數(shù)，無(wú)因次；直管內(nèi)徑，m；

Apf—一流體流經(jīng)l米直管的壓力降，Pa；hf——單位質(zhì)量流體流經(jīng)l米直管的機(jī)械能損失，J/kg；p——流體密度，kg/m3；l 直管長(zhǎng)度，m；u——流體在管內(nèi)流動(dòng)的平均速度，m/s；滯流（層流）時(shí)：3)643)七Re (4)訂式中：線 Re——雷諾準(zhǔn)數(shù)，無(wú)因次；； 四 流體粘度，kg/（m?s）。: 湍流時(shí)X是Re和相對(duì)粗糙度（日d）的函數(shù)，須由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。； 由（2）可是，要測(cè)定入，需要確定1、d，測(cè)定Apf、u、p、四等參數(shù)。1、d: 為裝置參數(shù)（裝置參數(shù)表格中給出），p、四通過(guò)測(cè)定流體溫度，再查有關(guān)手冊(cè): 而得，u通過(guò)測(cè)定流體流量，再由管徑計(jì)算得到。: 本裝置流量采用渦輪流量計(jì)或轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量，則錯(cuò)誤味找到引用源。 ⑸;式中：V 流量計(jì)測(cè)得的流量，m3/h。: Apf可用U型管、倒置U型管、測(cè)壓直管等液柱壓差計(jì)測(cè)定，或采用壓差: 變送器和二次儀表顯示。: 根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)l、d，指示液密度P0,流體溫度t0（查流體物性P、: U），以及實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)定的流量V、Apf，求取Re和入，再將Re和入標(biāo)繪在雙對(duì): 數(shù)坐標(biāo)圖上。: 2局部阻力系數(shù)E的測(cè)定: 流體通過(guò)某一管件或者閥門時(shí)的機(jī)械能損失表示為流體在小管徑內(nèi)流動(dòng)時(shí): 平均動(dòng)能的某一倍數(shù)，局部阻力的這種算法，叫做阻力系數(shù)法。即：

h'=土-匕蘭琴h'=土-匕蘭琴ufPlP26): 故： E=M［竺工一匕竺？| 7）j u2（pip）: 式中：錯(cuò)誤!未找到引用源。一一單位質(zhì)量流體流經(jīng)某一管件或閥門時(shí)的機(jī): 械能損失，J/kg；: 6——局部阻力系數(shù)，無(wú)因次；: 錯(cuò)誤!未找到引用源。一一局部阻力壓強(qiáng)降，Pa；（本裝置中，所測(cè)裝得的壓強(qiáng)降應(yīng)扣除閥門二端兩側(cè)壓口間直管段的壓降，直管段的壓降由相應(yīng)管路的直管阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果求?。挥唒——流體密度，kg/m3；線 g 重力加速度，9.81m/s2；: u——流體在小截面管中的平均流速，m/s。: 根據(jù)連接管件或閥門兩端管徑中小管的直徑d，流體溫度t0（查流體物性p、: 四），以及實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)定的流量V、斗，通過(guò)式（6）或（7），求取管件（閥門）: 的局部阻力系數(shù)6。三.實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)對(duì)象部分由貯水箱、離心泵，不同管徑、材質(zhì)的水管，各種閥門、管件，渦輪流量計(jì)和倒U型壓差計(jì)等所組成。管路部分有三段并聯(lián)長(zhǎng)直管，自上而下分別為用于測(cè)定直管層流阻力、粗糙管直管阻力系數(shù)、光滑管直管阻力系數(shù)。同時(shí)在粗糙管直管和光滑管直管上分別裝有閘閥和截止閥，用于測(cè)定不同種類閥門的局部阻力系數(shù)。水的流量使用轉(zhuǎn)子流量計(jì)或渦流流量計(jì)測(cè)量，管路直管阻力和閥門的局部阻力采用相應(yīng)的倒U型壓差計(jì)或壓差傳感器測(cè)量。實(shí)驗(yàn)流程：實(shí)驗(yàn)裝置流程圖如圖1中箭頭所示。裝置參數(shù)裝置參數(shù)如下表所示。

名稱類型管內(nèi)徑（mm）測(cè)量段長(zhǎng)度（mm）光滑管不銹鋼管211000粗糙管鍍鋅鐵管221000光滑管局部阻力截止閥21660粗糙管局部阻力閘閥22680層流管不銹鋼管620001一水箱2—離心氛3.10.II、1M14—壓差傳感器4一溫度計(jì)5-渦輪流瑜計(jì)671板（或文丘里）流承計(jì)7.8.I轉(zhuǎn)子流景計(jì)】5—層流管實(shí)驗(yàn)段16—粗格管實(shí)瘢段口一光滑管實(shí)驗(yàn)段】8」閘閥H裁止閥2『引水湖斗圖1流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)裝置裝置流程示意圖實(shí)驗(yàn)步驟開啟儀表柜上的總電源、儀表電源開關(guān)；首先對(duì)水泵進(jìn)行灌水，然后關(guān)閉泵出口閥，啟動(dòng)水閥，待電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后，把泵的出口閥緩緩開到最大；全開流量調(diào)節(jié)閥，以排除測(cè)試管路內(nèi)的空氣。當(dāng)采用U型壓差計(jì)（或倒U型壓差計(jì)）測(cè)量壓差時(shí)，應(yīng)先對(duì)U型壓差計(jì)（或倒U型壓差計(jì)）進(jìn)行排氣和調(diào)零，使壓差計(jì)兩端在帶壓且零流量時(shí)的液位高度相等。本裝置選用差壓變送器測(cè)量壓差，當(dāng)使用差壓變送器測(cè)量壓差時(shí)，也應(yīng)先對(duì)差壓變送器兩側(cè)的引壓管進(jìn)行排氣

操作;i 4.實(shí)驗(yàn)從最大流量開始做起，最小流量控制在1.5m3/h以上，每次流量為上: 次的0.85倍，流量改變后，要待流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后再讀數(shù)，實(shí)驗(yàn)時(shí)同時(shí)讀取不同: 流量下的壓差、流量和溫度等有關(guān)參數(shù)；: 5.裝置確定時(shí)，根據(jù)AP和u的實(shí)驗(yàn)測(cè)定值，可以計(jì)算X和￡，在等溫條件: 下，雷諾數(shù)Re=dup/p=Au，其中A為常數(shù)，因此只要調(diào)節(jié)管路流量，即可得到一: 系列X?Re的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，從而繪出X?Re曲線；: 6.實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉泵出口閥，關(guān)閉水泵電機(jī)，關(guān)閉儀表電源和總電源開關(guān)，裝 將實(shí)驗(yàn)裝置恢復(fù)原樣。訂 五.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)如實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表。1.直管阻力摩擦系數(shù)入的測(cè)定1.直管阻力摩擦系數(shù)入的測(cè)定水溫t=21°C，此時(shí)水的密度p=997.95kg/m3，其粘度r=0.9846x10一3Pa-s光滑管(d=21mm，l=1000mm)序號(hào)流量V/(m3/h)直管壓差△pf/kPa流速u/(m/s)入_2d〉pfplu2雷諾數(shù)Re15.148.564.120.02128769324.386.403.510.02197470933.714.722.980.02246342943.163.522.530.02315385052.672.592.140.02384554962.261.921.810.02473852571.931.411.550.02473299181.640.971.320.023428096粗糙管(d=22mm，l=1000mm)15.8516.094.270.03899521424.9711.783.630.03948094334.238.643.090.03996890243.626.422.650.04035909053.054.582.230.04064972562.593.351.890.04134214472.192.421.600.04173567781.861.681.360.04003032691.601.181.170.038026089在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)軸上繪出兩條X?Re曲線如下:

光滑管的X~Re曲線（舍棄誤差較大的第7、8組數(shù)據(jù)）MNelAllomtitriclEquatiotly=fedChi-Snr7；26356E-9Aij.Il~Squ：=Lre099558St：mil：=LfdEi-rory:x0.168070.00998h-01B1960.00542由流體力學(xué)相關(guān)知識(shí)可知：當(dāng)2100<Re<105時(shí)，光滑管的摩擦系數(shù)入滿足柏拉修斯經(jīng)驗(yàn)公式：人=03164,而測(cè)量結(jié)果為：入=°?1681,有一點(diǎn)差距。查《化Re0-25 =Re0.1819工原理》教材莫狄（Moody）圖，可得該粗糙管的相對(duì)粗糙度￡/d約為0.0004,則其絕對(duì)粗糙度約為s=0.0084mmo粗糙管的X~Re曲線（舍棄誤差較大的第8、9組數(shù)據(jù)）

MoielAllometriclEquaticinY-RMuwdChi_Sqr72829TE-gAdj.E_Squar日0.99269ValueSt：ULii：=ii-dErrorya0.08680.00233'b-0.0699^0.00245由流體力學(xué)相關(guān)知識(shí)可知：實(shí)驗(yàn)結(jié)果也各經(jīng)驗(yàn)公式存在一些誤差。查《化工原理》教材莫狄（Moody）圖，可得該粗糙管的相對(duì)粗糙度￡/d約為0.01，則其絕對(duì)粗糙度約為s=0.22mmo局部阻力系數(shù)E的測(cè)定水溫t=21°C，此時(shí)水的密度p=997.95kg/游，其粘度p=0.9846x10-3Pa-s光滑管截止閥(d=21mm,l1=660mm)序號(hào)流量V/(m3/h)直管壓差△pf/kPa閥壓差△p’f/kPa流速u/(m/s)&T螞-1烏］u2(plp)E平均值15.148.5693.34.1210.34910.29824.386.4068.03.5110.37433.714.7248.72.9810.28743.163.5235.32.5310.32552.672.5925.32.1410.32462.261.9218.21.8110.35871,931.4113.01.5510.06881.640.978.61.329.155粗糙管閘閥（d=22mm，.=680mm）15.8516.0913.394.270.2690.25224.9711.789.793.630.27134.238.647.173.090.27243.626.425.302.650.26753.054.583.762.230.26062.593.352.741.890.25972.192.421.961.600.24681.861.681.351.360.22591.601.180.941.170.201（注：在計(jì)算截止閥局部阻力系數(shù)時(shí)舍棄誤差較大的第8組數(shù)據(jù)）即實(shí)驗(yàn)測(cè)得該截止閥全開時(shí)的局部阻力系數(shù)為6=10.298,該閘閥全開時(shí)的局部阻力系數(shù)為6=0.252。訂 六.實(shí)驗(yàn)結(jié)論及誤差分析線 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：本次實(shí)驗(yàn)可以有效地測(cè)定該管路的入?Re曲線、估算管路相對(duì)粗; 糙度并計(jì)算閥門的局部阻力系數(shù)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得光滑管的相對(duì)粗糙度為s/d=0.0004,; 則其絕對(duì)粗糙度約為s=0.0084mm；粗糙管的相對(duì)粗糙度為s/d=0.01，則其絕對(duì)； 粗糙度約為s=0.22mm.測(cè)得截止閥全開時(shí)的局部阻力系數(shù)為6=10.298,閘閥全開: 時(shí)的局部阻力系數(shù)為6=0.252。: 結(jié)論分析：在作光滑管和粗糙管的入?Re曲線時(shí)均將流量最小的兩組數(shù)據(jù)舍: 棄，用此時(shí)的數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)的結(jié)果偏差較大；在計(jì)算閥門的局部阻力損失時(shí)截止: 閥的計(jì)算中也將最小流量下的數(shù)據(jù)舍棄。這可以說(shuō)明實(shí)驗(yàn)裝置在小流量的測(cè)量狀! 態(tài)下誤差較大。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也有所體現(xiàn)，當(dāng)流量減小到很小時(shí)，多次調(diào)節(jié)儀表: 的讀數(shù)穩(wěn)定值差距也較大。: 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值之間存在一定的誤差。管路的入?Re曲線與理論的經(jīng)驗(yàn)公式?jīng)]有很準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)，閥門局部阻力系數(shù)也有一定的誤差，例如：查表的閘閥全: 開局部阻力系數(shù)理論值為6=0.17，與實(shí)驗(yàn)值0.252也一定差距。: 實(shí)驗(yàn)中可能產(chǎn)生誤差的原因有：: 1、實(shí)驗(yàn)裝置中管路上的測(cè)壓點(diǎn)的設(shè)置存在一些問(wèn)題，管道上打的孔數(shù)目多，: 對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量造成一定的影響；: 2、實(shí)驗(yàn)管路并不能做到完全水平，會(huì)有一定傾角，而理論計(jì)算是以水平來(lái)考量，從而產(chǎn)生誤差；: 3、由于水在管路中流動(dòng)時(shí)摩擦生熱，導(dǎo)致水體溫度不斷變化，而計(jì)算時(shí)僅: 用特定溫度下水的密度與粘度的數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生誤差；: 4、實(shí)驗(yàn)所用管路內(nèi)因長(zhǎng)期有水及空氣流過(guò)，應(yīng)會(huì)有較大銹蝕，導(dǎo)致管徑及: 粗糙度發(fā)生變化，從而產(chǎn)生誤差；: 5、所用的水因反復(fù)循環(huán)使用，并未更換，導(dǎo)致水中帶有很多雜質(zhì)，其密度: 與粘度與所查的純水的數(shù)據(jù)存在差距，產(chǎn)生誤差；: 6、儀器系統(tǒng)誤差、讀數(shù)誤差、偶然誤差等其他誤差。:七.思考題裝 1.在對(duì)裝置做排氣工作時(shí)，是否一定要關(guān)閉流程尾部的出口閥？為什么？答：對(duì)裝置做排氣工作時(shí)，先要打開出口閥，使流體流動(dòng)穩(wěn)定后，再關(guān)閉流訂程尾部的出口閥，這樣可使管中有較大壓力使得氣體排出。排氣時(shí)出口閥一定要線關(guān)閉，以防止排氣不充分。: 2.如何檢測(cè)管路中的空氣已經(jīng)被排除干凈？: 答：調(diào)節(jié)閥門，使流體流速為0,如果Ap=0,則說(shuō)明空氣已經(jīng)排盡。然而: 事實(shí)上，由于實(shí)驗(yàn)裝置本身的誤差，即使空氣已經(jīng)排除干凈，壓差也不一定為0。: 而且由于實(shí)驗(yàn)室不斷有人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所以本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中