《流體流動阻力實(shí)驗報告》

PAGEPAGE5流體流動阻力實(shí)驗報告實(shí)驗?zāi)康?.掌握流體經(jīng)直管和管閥件時阻力損失的測定方法。通過實(shí)驗了解流體流動中能量損失的變化規(guī)律。2.測定直管摩阻系數(shù)λ與雷諾數(shù)Re的關(guān)系。3.測定流體流經(jīng)閘閥等管件時的局部阻力系數(shù)ξ。4.學(xué)會壓差計和流量計的使用方法。5.觀察組成管路的各種管件、閥件，并了解其作用。實(shí)驗原理流體在管內(nèi)流動時，由于存在粘性切應(yīng)力和渦流，不可避免得要消耗一定的機(jī)械能，這種機(jī)械能的消耗包括流體流經(jīng)直管的沿程阻力和因流體運(yùn)動方向改變所引起的局部阻力。1.沿程阻力流體在水平均勻管道中穩(wěn)定流動時，阻力損失表現(xiàn)為壓力降低。即影響阻力損失的因素很多，尤其對湍流流體，目前尚不能完全用理論方法求解，必須通過實(shí)驗研究其規(guī)律。為了減少實(shí)驗工作量，使實(shí)驗結(jié)果具有普遍意義，須采用因次分析方法將各變量組合成準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。根據(jù)因次分析，影響阻力損失的因素有：(1)流體性質(zhì)：密度ρ、動力粘度μ；(2)管路的幾何尺寸：管徑d、管長l、管壁粗糙度ε；(3)流動條件：流速u。可表示為：則：式中，λ稱為阻力系數(shù)。流體處于層流區(qū)時，λ＝64/Re；湍流時λ是雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和相對粗糙度的函數(shù)，須由實(shí)驗確定。2．局部阻力局部阻力通常有兩種表示方法，即當(dāng)量長度法和阻力系數(shù)法。(1)當(dāng)量長度法流體流過某管件或閥門時，因局部阻力造成的損失，相當(dāng)于流體流過與其具有相當(dāng)管徑長度的直管阻力損失，這個直管長度稱為當(dāng)量長度，用符號le表示。則流體在管路中流動時的總阻力損失為：(2)阻力系數(shù)法流體通過某一管件或閥門時的阻力損失用流體在管路中的動能系數(shù)來表示，這種計算局部阻力的方法，稱為阻力系數(shù)法。即：式中，ξ——局部阻力系數(shù)，無因次；u——在小截面管中流體的平均流速，m/s。實(shí)驗裝置流程（1）實(shí)驗裝置實(shí)驗裝置如圖所示主要由高位槽，不同材質(zhì)的管子，各種閥門和管件、轉(zhuǎn)子流量計等組成。第一根為不銹鋼光滑管，第二根為鍍鋅鐵管，分別用于光滑管和粗糙管湍流流體流動阻力的測定。第三根為不銹鋼管，裝有待測閘閥，彎頭，用于局部阻力的測定。（2）裝置結(jié)構(gòu)尺寸名稱材質(zhì)管內(nèi)徑(mm)測試段長度（m）光滑管不銹鋼管251.3粗糙管鍍鋅鐵管251.3局部阻力閘閥25-局部阻力彎頭25-實(shí)驗步驟1）設(shè)定流體的流體測定方向和測位點(diǎn)；2）打開控制柜電源，啟動離心泵；3）切換管路做流體閘閥/直角彎頭/粗糙管/光滑管/流體阻力實(shí)驗。注意在實(shí)驗時，要排除實(shí)驗中壓力測量管路中的氣體。如果是手動測量，從最大的流量開始測量，每隔1m3/h，記下一組數(shù)據(jù)，最小測量流量為2m3/h，記錄實(shí)驗數(shù)據(jù)表1流動阻力實(shí)驗數(shù)據(jù)閘閥直角彎頭光滑管粗糙管流量（m3/h）⊿P(KPa)流量（m3/h）⊿P(KPa)流量（m3/h）⊿P(KPa)流量（m3/h）⊿P(KPa)0.50.330.50.380.50.280.50.131.00.921.00.621.00.321.00.351.52.411.50.801.50.351.50.512.04.082.01.222.00.542.00.742.55.982.51.742.50.782.50.993.08.323.02.403.00.953.01.253.510.443.53.133.51.233.51.644.013.264.03.664.01.514.01.96水溫：15℃黏度：1.141×10-6m2/s密度：數(shù)據(jù)處理得出四種管路不同情況下流體流動阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線，并作出誤差分析。表2流動阻力實(shí)驗數(shù)據(jù)處理表流速u(m/s)雷諾數(shù)Re光滑管粗糙管閘閥直角彎頭阻力系數(shù)λ×103阻力系數(shù)λ×103局部阻力系數(shù)ζ局部阻力系數(shù)ζ0.2836202.58134.562.458.2439.4920.56612405.1538.4342.035.7453.8720.84918607.7318.6827.226.6892.2201.13224810.3116.2122.226.3701.9051.41531012.8914.9919.025.9751.7391.69937215.4612.6816.685.7731.6651.98243418.0412.0616.085.3221.5962.26549620.6211.3314.715.1751.429各關(guān)系曲線如下圖所示圖1光滑管流體流動阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線圖圖2粗糙管流體流動阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線圖圖3閘閥局部阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線圖圖4直角彎頭局部阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線圖誤差分析：從圖中可以看出，阻力系數(shù)大致隨雷諾數(shù)的增大而減小，曲線坡度由陡至平緩。閘閥測量的第二組數(shù)據(jù)有較大偏差，出現(xiàn)誤差的原因有讀數(shù)不準(zhǔn)確，調(diào)節(jié)儀器時狀態(tài)未處于完全穩(wěn)態(tài)，同時儀器也存在誤差。思考題解答1．流體流動時為什么會產(chǎn)生摩擦阻力？摩擦阻力以哪幾中形式反映出來？答：流體的黏性是產(chǎn)生阻力的主要原因，流體與管壁間的摩擦易產(chǎn)生摩擦阻力。形式有沿程阻力和局部阻力。2．以水做介質(zhì)所測得的關(guān)系能否適用于其他流體？答：可以用于牛頓流體的類比，牛頓流體的本構(gòu)關(guān)系一致，