流体阻力实验报告.docx

化工基础实验报告实验名称 流体阻力实验组 班级 化11 姓名 李瑾 学号 2011011792 成绩 实验时间 2012/12/8 同组成员 曹力威 张鹏翀 一、实验目的1、测定湍流状态光滑管、粗糙管的随Re变化关系； 2、测定湍流状态突扩管、截止阀、球阀的值；3、测定层流状态直管道的随Re变化关系；4、测定单级离心泵在一定转速下的特性曲线；5、测定单级离心泵出口阀开度一定时的管路特性曲线；6、测定孔板流量计的孔流系数C0随Re变化关系。二、实验原理1流体阻力测定流体在管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的作用产生摩擦阻力；在流经弯头、阀门等管件时，由于流体运动的速度和方向突然发生变化，产生局部阻力。这些能量损失都表现为机械能的减少，结合因次分析用hf表示如下：直管流体阻力：管道局部阻力：式中： 直管摩擦阻力系数，=F（Re,/d） 管道局部阻力系数， = F（Re，形状）对水力学光滑管道：=0.3163/Re0.25对层流管道：=F（Re）64/Re2离心泵及管路特性曲线测定离心泵的性能参数取决于泵的内部结构，叶轮形式及转速。泵的性能参数扬程、轴功率、效率随流量的变化关系，即HeQ、N轴Q、Q称为离心泵的特性曲线。该特性曲线需由实验测得，计算如下： mH2O kWQ=3600qv m3/h管路特性是指输送流体时，管路需要的能量H（即从A到B流体机械能的差值+阻力损失）随流量Q的变化关系。本实验中任何一个流量点都是工作点，管路需要的能量与泵提供给管路的能量平衡相等，计算H的方法同He： mH2O虽然计算方法相同，但二者操作截然不同。测量He时，需要固定转速，通过调节阀门改变流量；测量H时，管路要求固定不动，因此只能通过改变泵的转速来改变流量。3孔板流量计标定孔板流量计制造方便，不易堵塞，在生产中使用广泛。其流量计算公式为： m3/s式中：A0孔口面积； C0孔流系数，受雷诺数、孔口与管道面积比影响，通过实验求得； P孔板前后压强差，Pa。三、实验装置与流程图1、流体阻力实验流程1、水箱 2、离心泵 3、涡轮流量计 4、层流水槽 5、层流管 6、截止阀 7、球阀 8、光滑管 9、粗糙管 10、突扩管 11、孔板流量计 12、流量调节阀装置中的有关尺寸：光滑管（不锈钢管）l=1.5m，di=0.021m；粗糙管（镀锌钢管）l=1.5m，di=0.023m；层流管 l=1.2m，di=0.003m；截止阀与球阀di=0.021m； 突然扩大 d小=0.016m，d大=0.042m；离心泵进出口压力表表心垂直距 H=0.25m；孔板孔口面积 A0=4.5210-4 m2。四、操作注意事项1 测定实验数据前，务必排净管路系统中的空气。2 测定直管湍流状态的阻力时，流量最好在0.87m3/h之间，以保证涡轮流量计的测量精度。3 注意不要超过压力传感器测量上限。4 不得急速开关阀门，以防损坏设备。五、数据记录表1：光滑管沿程阻力原始数据表2：粗糙管沿程阻力原始数据水温：18.2水温：19.0组数流量Q/m3/h压力差/kPa组数流量Q/m3/h压力差/kPa10.840.3910.830.4421.120.6521.230.9331.461.0031.751.8241.791.4341.972.4552.091.8652.233.0562.452.4962.523.9372.783.1372.814.8683.043.6083.085.7893.344.3893.396.99103.665.14103.677.83113.895.73113.989.31124.256.68124.2710.68134.527.58134.5512.12144.868.63144.9414.02155.149.56155.2615.70165.5411.01165.5517.48176.1813.35175.8119.20186.5415.08186.0520.71表3：局部阻力原始数据水温：20.1突扩管截止阀球阀流量/m3/h压降/kPa流量/m3/h压降/kPa流量/m3/h压降/kPa1.170.280.922.450.900.333.462.241.859.633.232.425.425.873.1925.805.426.17六、实验结果与讨论1、测定湍流状态光滑管、粗糙管的随Re变化关系；以光滑管第一组数据为例，水在20.0时密度998.2kg/m3,粘度为100.510-5Pas,利用管径可计算出流速：u=Q4d2 流速为0.674m/s,由此可以计算出雷诺数：Re=du雷诺数为14051.4根据伯努利方程拓展式和范宁公式：gZ1+u122+p1+We=gZ2+u222+p2+hfhf=ldu22同时将u1=u2, Z1=Z2, We=0带入，有:=p2d58lQ2将数据代入，得到第一组阻力系数为0.0241使用公式：1 =-2lg3.7d+2.51Re得到相对粗糙度为0.002229如此处理光滑管的数据，得到：序号Q/(m3/h)压差/Pa流速u/(m/s)Re阻力系数10.843900.67414051.40.024121.126500.89818735.20.022631.4610001.17124422.60.020541.7914301.43629942.80.019552.0918601.67634961.20.018662.4524901.96540983.20.018172.7831302.23046503.40.017783.0436002.43850852.60.017093.3443802.67955871.00.0171103.6651402.93561223.90.0167113.8957303.12065071.30.0165124.2566803.40871093.30.0161134.5275803.62575609.80.0162144.8686303.89881297.30.0159155.1495604.12285981.10.0158165.54110104.44392672.20.0156176.18133504.956103378.00.0152186.54150805.245109400.10.0154做出阻力系数与雷诺数Re的关系图像同样的方法，我们可以对粗糙管的数据进行处理，得到：次数Q/(m3/h)压差/kPa流速u/(m/s)Re阻力系数10.830.440.67138840.043921.230.930.99205750.042231.751.821.40292740.040841.972.451.58329540.043452.233.051.79373030.042262.523.932.02421540.042572.814.862.25470050.042383.085.782.47515220.041993.396.992.72567070.0418103.677.832.94613910.0400113.989.313.19665770.0404124.2710.683.42714280.0403134.5512.123.65761120.0402144.9414.023.96826360.0395155.2615.74.22879880.0390165.5517.484.45928400.0390175.8119.24.66971890.0391186.0517.484.851012030.0328做出阻力系数与雷诺数Re的关系曲线为七 实验总结这是第一次做化工原理实验。实验前由于预习不是很充分，导致刚开始做的时候不知道该怎么操作。我们组的实验总体来说比较简单，上手之后只需要调整流量并记录数据就可以了，因此实验过程中没有遇到什么重大的问题。但是仪表读数的不稳定对我读取数据造成了一定的麻烦，比如说有时候阀门旋转一圈，流量没有大的变化；而有时候阀门稍微转动一点，流量变化却很大。另外，这是第一次用matlab绘图，数据处理的效果不是很好。虽然一开始处理数据时遇到很大困难，但发现matlab入门之后益处是相当大的。评价：实验测定出的点误差较大，尽管我在作图时去除了几个偏差较大的点，但按照顾毓珍公式中与RE的次方关系绘图，r值仍只有0.736.2. 测定湍流状态突扩管、截止阀、球阀的值；对于截止阀与球阀，u1=u2,z1=z2,易得，=2pu2经计算得一下数据截止阀球阀Q/(m3/h)0.921.853.190.93.235.42压差/kPa2.459.6325.80.332.426.17流速u/(m/s)0.738 1.484 2.558 0.722 2.590 4.347 9.02 8.77 7.90 1.27 0.72 0.65 突扩管Q/(m3/h)1.173.465.42压差/kPa0.282.245.87入口流速u/(m/s)1.616 4.780 7.488 出口流速u/(m/s)0.235 0.694 1.08