流體力學(xué)綜合實驗-流體流動阻力的測定

裝訂線專業(yè)：裝訂線專業(yè)：姓名：學(xué)號：日期：地點：課程名稱：過程工程原理實驗（乙）指導(dǎo)老師：成績：__________________實驗名稱：流體力學(xué)綜合實驗——流體流動阻力的測定同組學(xué)生姓名：實驗類型：流體力學(xué)實驗一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿? 二、實驗內(nèi)容和原理（必填）三、實驗材料與試劑（必填）四、實驗器材與儀器（必填） 五、操作方法和實驗步驟（必填）六、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理 七、實驗結(jié)果與分析（必填）八、討論、心得實驗?zāi)康恼莆諟y定流體流經(jīng)直管、管件（閥門）時阻力損失的一般實驗方法；測定直管摩擦系數(shù)λ與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的關(guān)系，驗證在一般湍流區(qū)內(nèi)λ與Re的關(guān)系曲線；測定流體流經(jīng)管件（閥門）時的局部阻力系數(shù)ζ；識辨組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用。實驗原理流體通過由直管、管件（如擴大管、三通和彎頭等）和閥門等組成的管路系統(tǒng)時，由于粘性剪應(yīng)力和渦流應(yīng)力的存在，要損失一定的機械能。流體流經(jīng)直管時所造成的機械能損失成為直管阻力損失。流體通過管件、閥門時由于流體運動方向和速度大小的改變所引起的機械能損失成為局部阻力損失。1.直管阻力摩擦系數(shù)λ的測定流體在水平等徑直管中穩(wěn)定流動時，阻力損失為：·········（1）··············（2）公式中：λ——直管阻力摩擦系數(shù)，無因次；d——直管內(nèi)徑，m；裝訂線——流體流經(jīng)l米直管的壓力降，Pa；裝訂線——單位質(zhì)量流體流經(jīng)l米直管的機械能損失，J/kg；ρ——流體密度，kg/m3；l——直管長度，m；u——流體在管內(nèi)流動的平均速度，m/s；滯流（層流）時：··············（3）·············（4）式中：Re——雷諾準(zhǔn)數(shù)，無因次；μ——流體粘度，kg/(m·s)。湍流時λ是Re和相對粗糙度（ε/d）的函數(shù)，須由實驗測定。由（2）可是，要測定λ，需要確定l、d，測定、u、ρ、μ等參數(shù)。l、d為裝置參數(shù)（裝置參數(shù)表格中給出），ρ、μ通過測定流體溫度，再查有關(guān)手冊而得，u通過測定流體流量，再由管徑計算得到。本裝置流量采用渦輪流量計或轉(zhuǎn)子流量計測量，則QUOTE錯誤!未找到引用源。············（5）式中：V——流量計測得的流量，m3/h?？捎肬型管、倒置U型管、測壓直管等液柱壓差計測定，或采用壓差變送器和二次儀表顯示。根據(jù)實驗裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)l、d，指示液密度ρ0，流體溫度t0（查流體物性ρ、μ），以及實驗時測定的流量V、，求取Re和λ，再將Re和λ標(biāo)繪在雙對數(shù)坐標(biāo)圖上。2局部阻力系數(shù)ξ的測定流體通過某一管件或者閥門時的機械能損失表示為流體在小管徑內(nèi)流動時平均動能的某一倍數(shù)，局部阻力的這種算法，叫做阻力系數(shù)法。即：操作；裝訂線實驗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裝訂線裝置確定時，根據(jù)ΔP和u的實驗測定值，可以計算λ和ξ，在等溫條件下，雷諾數(shù)Re=duρ/μ=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λ~Re的實驗點，從而繪出λ~Re曲線；實驗結(jié)束，關(guān)閉泵出口閥，關(guān)閉水泵電機，關(guān)閉儀表電源和總電源開關(guān)，將實驗裝置恢復(fù)原樣。實驗數(shù)據(jù)記錄及處理實驗原始數(shù)據(jù)如實驗原始數(shù)據(jù)記錄表。1.直管阻力摩擦系數(shù)λ的測定水溫t=21℃，此時水的密度，其粘度光滑管（d=21mm，l=1000mm）序號流量V/(m3/h)直管壓差Δpf/kPa流速u/（m/s)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在雙對數(shù)坐標(biāo)軸上繪出兩條λ~Re曲線如下：裝訂線光滑管的λ~Re曲線(舍棄誤差較大的第7、8組數(shù)據(jù))裝訂線由流體力學(xué)相關(guān)知識可知：當(dāng)2100<Re<105時，光滑管的摩擦系數(shù)λ滿足柏拉修斯經(jīng)驗公式：，而測量結(jié)果為：，有一點差距。查《化工原理》教材莫狄（Moody）圖，可得該粗糙管的相對粗糙度ε/d約為0.0004，則其絕對粗糙度約為ε=0.0084mm。粗糙管的λ~Re曲線(舍棄誤差較大的第8、9組數(shù)據(jù))裝訂線裝訂線由流體力學(xué)相關(guān)知識可知：實驗結(jié)果也各經(jīng)驗公式存在一些誤差。查《化工原理》教材莫狄（Moody）圖，可得該粗糙管的相對粗糙度ε/d約為0.01，則其絕對粗糙度約為ε=0.22mm2.局部阻力系數(shù)ξ的測定水溫t=21℃，此時水的密度，其粘度光滑管截止閥（d=21mm，l1=660mm）序號流量V/(m3/h)直管壓差Δpf/kPa閥壓差Δp’f/kPa流速u/（m/s)ξ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，l1=680mm）裝訂線1裝訂線5.8516.0913.394.270.2690.25224.9711.789.793.630.27134.238.647.173.090.27243.626.425.302.650.26753.054.583.762.230.26062.593.352.741.890.25972.192.421.961.600.24681.861.681.351.360.22591.601.180.941.170.201（注：在計算截止閥局部阻力系數(shù)時舍棄誤差較大的第8組數(shù)據(jù)）即實驗測得該截止閥全開時的局部阻力系數(shù)為ξ=10.298，該閘閥全開時的局部阻力系數(shù)為ξ=0.252。實驗結(jié)論及誤差分析實驗結(jié)論：本次實驗可以有效地測定該管路的λ~Re曲線、估算管路相對粗糙度并計算閥門的局部阻力系數(shù)。實驗測得光滑管的相對粗糙度為ε/d=0.0004，則其絕對粗糙度約為ε=0.0084mm；粗糙管的相對粗糙度為ε/d=0.01，則其絕對粗糙度約為ε=0.22mm.測得截止閥全開時的局部阻力系數(shù)為ξ=10.298，閘閥全開時的局部阻力系數(shù)為ξ=0.252。結(jié)論分析：在作光滑管和粗糙管的λ~Re曲線時均將流量最小的兩組數(shù)據(jù)舍棄，用此時的數(shù)據(jù)計算出來的結(jié)果偏差較大；在計算閥門的局部阻力損失時截止閥的計算中也將最小流量下的數(shù)據(jù)舍棄。這可以說明實驗裝置在小流量的測量狀態(tài)下誤差較大。在實驗過程中也有所體現(xiàn)，當(dāng)流量減小到很小時，多次調(diào)節(jié)儀表的讀數(shù)穩(wěn)定值差距也較大。實驗結(jié)果與理論值之間存在一定的誤差。管路的λ~Re曲線與理論的經(jīng)驗公式?jīng)]有很準(zhǔn)確的對應(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ξ=0.17，與實驗值0.252也一定差距。實驗中可能產(chǎn)生誤差的原因有：1、實驗裝置中管路上的測壓點的設(shè)置存在一些問題，管道上打的孔數(shù)目多，對于實驗數(shù)據(jù)的測量造成一定的影響；2、實驗管路并不能做到完全水平，會有一定傾角，而理論計算是以水平來考量，從而產(chǎn)生誤差；裝訂線3、由于水在管路中流動時摩擦生熱，導(dǎo)致水體溫度不斷變化，而計算時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；裝訂線4、實驗所用管路內(nèi)因長期有水及空氣流過，應(yīng)會有較大銹蝕，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。思考題在對裝置做排氣工作時，是否一定要關(guān)閉流程尾部的出口閥？為什么？答：對裝置做排氣工作時，先要打開出口閥，使流體流動穩(wěn)定后，再關(guān)閉流程尾部的出口閥，這樣可使管中有較大壓力使得氣體排出。排氣時出口閥一定要關(guān)閉，以防止排氣不充分。如何檢測管路中的空氣已經(jīng)被排除干凈？答：調(diào)節(jié)閥門，使流體流速為0，如果QUOTE=0，則說明空氣已經(jīng)排盡。然而事實上，由于實驗裝置本身的誤差，即使空氣已經(jīng)排除干凈，壓差也不一定為0。而且由于實驗室不斷有人進(jìn)行實驗，所以本實驗過程中并不要求做排氣這一過程。以水作介質(zhì)所測得的