流體力學(xué)綜合實驗裝置――流體流動阻力測定實驗---實驗報告

1、流體流動阻力測定實驗一、實驗?zāi)康?掌握測定流體流經(jīng)直管、管件和閥門時阻力損失的一般實驗方法。 2測定直管摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的關(guān)系，驗證在一般湍流區(qū)內(nèi) 與 Re 的關(guān)系曲線。 3測定流體流經(jīng)管件、閥門時的局部阻力系數(shù)。 4學(xué)會倒U形壓差計和渦輪流量計的使用方法。 5識辨組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用。二、基本原理流體通過由直管、管件（如三通和彎頭等）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)直管時所造成機械能損失稱為直管阻力損失。流體通過管件、閥門時因流體運動方向和速度大小改變所引起的機械能損失稱為局部阻力損失。1 直管阻力摩擦系數(shù)的測定流

2、體在水平等徑直管中穩(wěn)定流動時，阻力損失為：即， 式中： 直管阻力摩擦系數(shù)，無因次； d 直管內(nèi)徑，m； 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米直管的機械能損失，J/kg； 流體密度，kg/m3；l 直管長度，m； u 流體在管內(nèi)流動的平均流速，m/s。滯流（層流）時，式中：Re 雷諾準(zhǔn)數(shù)，無因次； 流體粘度，kg/(ms)。 湍流時是雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和相對粗糙度（/d）的函數(shù)，須由實驗確定。 由式（2）可知，欲測定，需確定l、d，測定、u、等參數(shù)。 l、d為裝置參數(shù)（裝置參數(shù)表格中給出）， 、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。例如本裝置

3、采用渦輪流量計測流量V（m3/h）?？捎肬型管、倒置U型管、測壓直管等液柱壓差計測定，或采用差壓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，流體溫度 (查流體物性、)，及實驗時測定的流量V、壓差，通過式(5)、(6)或(7)、(4) 和式(2)求取Re和，再將Re和標(biāo)繪在雙對數(shù)坐標(biāo)圖上。2局部阻力系數(shù) 的測定 局部阻力損失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造成的機械能損失看作與某一長度為的同直徑的管道所產(chǎn)生的機械能損失相當(dāng)，此折合的管道長度稱為當(dāng)量長度，用符號表示。這樣，就可以用直管阻力的公式來計算局部阻力損失，而且在管路

4、計算時可將管路中的直管長度與管件、閥門的當(dāng)量長度合并在一起計算，則流體在管路中流動時的總機械能損失為：(2) 阻力系數(shù)法 流體通過某一管件或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)，局部阻力的這種計算方法，稱為阻力系數(shù)法。即： 式中： 局部阻力系數(shù)，無因次； 局部阻力壓強降，Pa； （本裝置中，所測得的壓降應(yīng)扣除兩測壓口間直管段的壓降，直管段的壓降由直管阻力實驗結(jié)果求取。） 流體密度，kg/m3； g 重力加速度，9.81m/s2；本實驗采用阻力系數(shù)法表示管件或閥門的局部阻力損失。三、實驗裝置與流程3.1 裝置圖圖1 實驗裝置流程示意圖1離心泵；2進口壓力變送器；3鉑熱電

5、阻（測量水溫）；4出口壓力變送器；5電氣儀表控制箱；6均壓環(huán)；7粗糙管；8光滑管（離心泵實驗中充當(dāng)離心泵管路）；9局部阻力管；10管路選擇球閥；11渦輪流量計；12局部阻力管上的閘閥；13電動調(diào)節(jié)閥；14差壓變送器；15水箱2 裝置參數(shù)四、實驗步驟1泵啟動：首先對水箱進行灌水，然后關(guān)閉出口閥，打開總電源和儀表開關(guān)，啟動水泵，待電機轉(zhuǎn)動平穩(wěn)后，把出口閥緩緩開到最大。 2. 實驗管路選擇：選擇實驗管路，把對應(yīng)的進口閥打開，并在出口閥最大開度下，保持全流量流動510min。3流量調(diào)節(jié)：通過離心泵變頻器調(diào)節(jié)管路流量，讓流量從1到4m3/h范圍內(nèi)變化，建議每次實驗變化0.5m3/h左右。每次改變流量，待

6、流動達到穩(wěn)定后，記下對應(yīng)的壓差值；自控狀態(tài)，流量控制界面設(shè)定流量值或設(shè)定電動調(diào)節(jié)閥開度，待流量穩(wěn)定記錄相關(guān)數(shù)據(jù)即可。 4計算：裝置確定時，根據(jù)P和u的實驗測定值，可計算和，在等溫條件下，雷諾數(shù)，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 Re的實驗點，從而繪出 Re曲線。 5實驗結(jié)束：關(guān)閉出口閥，關(guān)閉水泵和儀表電源，清理裝置。五、實驗數(shù)據(jù)處理5.1 原始數(shù)據(jù)記錄阻力測試光滑管流量Qm3/h壓力降KPa流體溫度11.000.2938.721.500.6838.632.001.2138.242.501.8338.253.002.5738.163.503.4238.174.004.3838.

7、1粗糙管流量Qm3/h壓力降KPa流體溫度11.000.5538.121.501.2738.132.002.2737.942.503.5437.953.005.1337.763.506.9837.774.009.1137.6局部阻力管流量Qm3/h壓力降KPa流體溫度11.000.4037.421.500.9237.232.001.6237.242.502.4737.053.003.4937.163.504.6736.974.006.0437.05.2 數(shù)據(jù)的處理與分析（1） 對于光滑管，管內(nèi)徑：d=0.02m，測量段長度：l=1m流速：雷諾數(shù)：直管阻力摩擦系數(shù)：管道類型實驗次數(shù)流量m3/h流

8、速（m/s）壓降KPa雷諾數(shù)Re溫度密度黏度摩擦系數(shù)光滑管11.000.880.292627438.7992.7400.66850.014921.501.330.683941338.6992.7770.66850.015632.001.771.215156338.2992.9250.68140.015642.502.211.836445438.2992.9250.68140.015153.002.652.577734838.1992.9620.68140.014763.503.103.429023938.1992.9620.68140.014474.003.544.3838.1 992.962

9、 0.68140.0141（2） 對于粗糙管，管內(nèi)徑：d=0.021m，測量段長度：l=1m流速：雷諾數(shù)：粗糙管阻力摩擦系數(shù)：管道類型實驗次數(shù)流量m3/h流速（m/s）壓降KPa雷諾數(shù)Re溫度密度黏度摩擦系數(shù)粗糙管11.000.880.552707238.1992.9620.68140.029721.501.331.274060838.1992.9620.68140.030532.001.772.275414637.9992.9990.68140.030742.502.213.546768237.9992.9990.68140.030653.002.655.138122437.7993.072

10、0.68140.030863.503.106.989476237.7993.0720.68140.030874.003.549.1137.6993.1080.68140.0308（3） 對于局部阻力管，管內(nèi)徑：d=0.02m，測量段長度：l=0.95m流速：雷諾數(shù)：局部阻力系數(shù)：管道類型實驗次數(shù)流量m3/h流速（m/s）壓降KPa雷諾數(shù)Re溫度密度黏度局部阻力系數(shù)局部阻力管11.000.880.402529537.4993.1810.69470.1049 21.501.330.923794537.2993.2530.69470.1072 32.001.771.625059337.2993.25

11、30.69470.1062 42.502.212.476324637.0993.3250.69470.1036 53.002.653.497589237.1993.2800.69470.1017 63.503.104.678854736.9993.3610.69470.1000 74.003.546.0437.0993.3250.69470.0990 六、結(jié)果分析與討論6.1 根據(jù)粗糙管實驗結(jié)果，在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出Re曲線，對 照化工原理教材上有關(guān)曲線圖，從而估算出該管的相對粗糙度和絕對粗糙度。（1) 在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出Re曲線，作圖如下：圖1 摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re的關(guān)系曲線（2) 從圖1估算出該管的相對粗糙度：該管的絕對粗糙度： 6.2 根據(jù)光滑管實驗結(jié)果，對照柏拉修斯方程，計算誤差。適用于光滑管的柏拉修斯式： 管道類型實驗次數(shù)摩擦系數(shù)柏拉修斯方程 兩者的差值 相對誤差光滑管10.01490.0249-0.0100-40.0%20.01560.0225-0.0069-30.5%30.01560.0210-0.0054-25.7%40.01510.0199-0.0048-24.0%50.01470.0190-0.0043-22