化工原理實驗報告(流體阻力)

./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ΔP,結(jié)合已知的管路的徑、長度等數(shù)據(jù),應(yīng)用機械能守恒式算出不同管路的λ‐Re變化關(guān)系及突然擴大管的-Re關(guān)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(guān)系式：。突然擴大管的局部阻力系數(shù)隨Re的變化而變化。目的及任務(wù)=1\*GB3①掌握測定流體流動阻力實驗的一般實驗方法。=2\*GB3②測定直管的摩擦阻力系數(shù)λ及突然擴大管和閥門的局部阻力系數(shù)ξ。=3\*GB3③驗證湍流區(qū)摩擦系數(shù)λ為雷諾數(shù)Re和相對粗糙度的函數(shù)。=4\*GB3④將所得光滑管λ-Re方程與Blasius方程相比較?；驹碇惫苣Σ磷枇Σ豢蓧嚎s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(jié)果,其方法如下：流體流動阻力與流體的性質(zhì),流體流經(jīng)處的幾何尺寸以及流動狀態(tài)相關(guān),可表示為：△p=?<,,,ρ,μ,ε>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(guān)系,這種關(guān)系可用實驗方法直接測定。式中——直管阻力,J/kg；——被測管長,m；——被測管徑,m；——平均流速,m/s；——摩擦阻力系數(shù)。當流體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(guān)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λ-Re關(guān)系。湍流區(qū)的摩擦阻力系數(shù)在湍流區(qū)。對于光滑管,大量實驗證明,當Re在圍,與Re的關(guān)系式遵循Blasius關(guān)系式,即對于粗糙管,與Re的關(guān)系均以圖來表示。層流的摩擦阻力系數(shù)局部阻力式中,ξ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(guān),當Re大到一定值后,ξ與Re無關(guān),為定值。裝置和流程本實驗裝置如圖,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Φ<6×1.5>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Φ<27×3>mm；No.3管為Φ<27×2.75>mm不銹鋼管；No.4為Φ<27×2.75>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Φ<22×3>mm擴大到Φ<48×3>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。操作要點啟動離心泵,打開被測管線上的開關(guān)閥及面板上與其對應(yīng)的切換閥,關(guān)閉其他開關(guān)閥和切換閥,確保測壓點一一對應(yīng)。系統(tǒng)要排凈氣體使液體連續(xù)流動。設(shè)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(yīng)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(yīng)將流量調(diào)節(jié)閥關(guān)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(guān)嚴,防止漏。數(shù)據(jù)處理〔1、原始數(shù)據(jù)水溫：24.3℃密度：1000kg/m3粘度：μ=1.3051、不銹鋼管d=21mml=1.50m序號12345678910V/m3.h-14.003.703.403.112.822.492.211.931.611.19ΔP/kPa7.186.245.424.633.913.142.552.031.490.902、鍍鋅鋼管d=21.5mml=1.50m序號12345678910V/m3.h-14.003.683.423.102.792.512.201.901.621.29ΔP/kPa10.458.897.726.395.244.293.342.531.901.303、突然擴大d1=15.5mml1=140mmd2=42.0mml2=280mmV/m3.h-13.802.791.68ΔP/kPa4.102.050.704、層流管d=2.9mml=1.00mV/m3.h-14.333.833.53.132.331.67ΔP/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(jié)果如下表所示直管阻力數(shù)據(jù)處理記錄表不銹鋼管序號V/m3/h-1hfv/m/s-1ReλBλ147.183.20796367032.070.0195350.01965823.76.242.96736662004.660.0198430.02004433.45.422.72676956977.260.0204110.02047343.114.632.49419152117.430.0208390.02093452.823.912.26161447257.610.0214040.02145362.493.141.99695741727.460.0220470.02213172.212.551.772437035.220.0227290.02280181.932.031.54784232342.970.0237250.02358691.611.491.29120526980.410.0250240.02468101.190.90.95436919942.040.0276670.026617鍍鋅管序號V/m3/h-1P/kPav/m/sRehfλ1410.453.06049165473.1810.450.03198223.688.892.81565160235.338.890.03214633.427.722.6167255979.577.720.03232143.16.392.3718850741.726.390.03256152.795.242555.240.03296462.514.291.92045841084.424.290.03334572.23.341.6832736010.253.340.03379281.92.531.45373331099.762.530.03431991.621.91.23949926516.641.90.035452101.291.30.98700821115.11.30.038254層流管序號V<mL/s>T/°CΔP/kPav<m/s>Reλ14.3326.12.35180.6560491893.0780.03380723.8326.12.21740.5803511674.6460.03821733.526.21.93530.5298861529.0250.04185743.1326.31.64060.4743741368.8410.04675552.3326.41.17260.3532571019.350.06278561.6726.50.8120.252327728.10690.087899突然擴大管序號v1<m/s>v2〔m/s>Rehfξ15.5940690.76189131840.834.0882430.72016824.1072240.55938923377.432.0420220.73935132.4731670.33683614076.730.6992980.752793數(shù)據(jù)處理示例：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=3.11m3/hΔP=4.63kPad=21.0mml=1.50m粗糙管：以粗糙管第4組數(shù)據(jù)為例：突然擴大管：以第1組數(shù)據(jù)為例：31840.83層流管：以第4組數(shù)據(jù)為例：d=2.9mml=1.00m由上述數(shù)據(jù)可以得到以下圖形：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：當Re>4000時,流動進入湍流區(qū),摩擦阻力系數(shù)λ隨雷諾數(shù)Re的增大而減小。至足夠大的Re后,λ-Re曲線趨于平緩；實驗測出的光滑管λ-Re曲線和利用Blasius關(guān)系式得出的λ-Re曲線比較接近,說明當Re在圍,λ與Re的關(guān)系滿足Blasius關(guān)系式,即；突然擴大管的局部阻力系數(shù)隨流量的減小而增大；在Re<2000圍,流體流動為層流,實驗所得層流管的摩擦阻力系數(shù)λ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(diào)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)。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：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(guān)閉出口閥,打開U形壓差計下端的排氣閥。2.在不同設(shè)備、不同溫度下測定的λ-Re數(shù)據(jù)能否關(guān)聯(lián)在一條曲線上？答：只要相對粗糙度相同,λ-Re數(shù)據(jù)就能關(guān)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(guān)系是否適用于其他流體答：不適用,粘度