《流体阻力实验》doc版.doc

化工原理实验化工原理实验流体阻力的测定化工0808组员：张可人 余斌 张道兴 张文芊提交人：张道兴学号：200811226流体阻力实验（一）实验目的直管摩擦系数的测定方法。1、掌握测定流体流动阻力的实验的一般实验方法。2、测定直管摩擦系数及突然扩大管和阀门的局部阻力的系数。3、测定层流管的摩擦阻力。4、验证湍流区内的摩擦阻力系数为雷诺数Re和相对粗糙度的函数。5、将所得光滑管数据-Re方程和blasius方程相比较。（二）实验原理1、直管摩擦阻力。流体流动阻力与流体性质，流体经过的管尺寸及流动状态有关，可表示为：p=f(d,l, )又有无量数群: 雷诺数 相对粗糙度 管子长径比 无量纲化后，存在如下关系： 式中： hf 直管阻力，J/kg；d 管径，m；直管阻力引起的压强降，Pa；l 管长，m；u 流速，m/s； 流体的密度，kg/m3； 流体的粘度，Ns/m2。直管摩擦系数与雷诺数Re之间有一定的关系，这个关系一般用曲线来表示。在实验装置中，直管段管长l和管径d都已固定。若水温一定，则水的密度和粘度也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降与流速u（流量V）之间的关系。（1） 在湍流区内=g（Re，）。对于 ，大量实验证明，在Re在3103105范围内，与Re的关系遵循blasius方程：对于粗糙管，与Re的关系均以图来表示。 （2） 层流的摩擦阻力系数2.局部阻力 （4-10） （4-11）式中： 局部阻力系数，无因次；与流体经过的管件的几何形状及流体的Re有关，当Re大到一定值以后，与Re无关，为定值。局部阻力引起的压强降，Pa； 局部阻力引起的能量损失，J/kg。（三）实验装置图1 流体阻力实验装置流程图1.水箱 2离心泵 3孔板流量计 4管路切换阀 5测量管路 6稳流罐 7流量调节阀 层流管，为d=2.5mm的不锈钢管，测压点间距；离心泵性能测定附线，为483mm的不锈钢管；球阀与截止阀，为273.5mm的不锈钢管；光滑管，为d=20.5mm的不锈钢管，测压点间距；粗糙管，为d=22mm的镀锌管，测压点间距；突然扩大管，为d=16mm d=48mm的不锈钢管；孔板流量计管路，其孔径d0=24.0mm，测压点间距.(四)操作要点启动离心泵，打开被测管线上的开关及相应的测压阀，关闭其余所有开关及测压阀，保证测压点一一对应。系统要排净气体使液体连续流动。设备和测压管线中的气体都要排净，检验是否排净得方法是当流量为零时，观察测压表示数是否为零。读取数据时，应注意等到示数稳定后在读取。测定直管摩擦阻力时，流量由大到小，充分利用流量量程测量10组数据，但要注意为保证Re104，流量最小值不应小于0.6m3/h。测定突然扩大管局部阻力时，应利用流量量程测量5组数据。测量完一根管的数据后，应将流量调节阀关闭，观察压差计示数，示数要小于0.02说明没有漏气现象，可以进行下一组实验，否则数据全部无效，试验中要注意阀门的开关，防止内漏。(五)数据记录及处理1. 水的密度粘度计算密度： 式中：水的平均温度粘度：光滑管粗糙管突然扩大管层流管T（oC）18.920.220.220.9（Pas）0.001039.97055E-49.97055E-49.85712E-4（kg/m3）998.50884998.21298998.21298998.048642.光滑感流体阻力测定光滑感流体阻力测定实验数据T=18.9OC d=21.5mm l=1.5m次数流量（m3/h）DPf（Kpa）流速（m/s）ReHf(J/Kg)实验计算14.369.06283.3359469529.773419.076330.023380.0194823.615.62382.7620957569.376615.63220.021160.0204232.773.50002.1193944173.732193.505230.022370.0218242.032.08331.553232372.807342.086410.024790.0235851.731.55241.3236627588.648621.554720.025440.0245461.491.17811.1400323761.321651.179860.026020.0254871.300.91220.9946620731.354460.913560.026470.0263681.040.62280.7957316585.083570.623730.028240.0278790.850.41580.6503513555.116380.416420.028220.02931100.520.17210.397868292.541780.172360.031210.03315由第一组数据说明各个值的求得过程流量和压差是由实验所得的数据流速由公式Re由公式hf由公式由公式得：公式由Blasius公式求得：=0.01948由Origin作图有：错误点LogRe实验值与计算值比较Log错误点由此图可知，由于实验条件的不确定性，如流量的跳跃，以及泵对水做功，压力表在较大一个范围内跳动，导致第一组数据到第二组数据出现阶跃。可判断这组数据为错误数据。舍弃这点后，重新作图有：实验值与计算值比较又经origin拟合后有：拟合有方程为log=-0.7233-0.19791logRe，即：=0.1891/Re0.1979。由此可见，实误差较大，而原因就在于流量不稳，测压表读数范围变化较宽，公式逐级计算带来的误差放大。3.粗糙管阻力测定粗糙管摩擦系数测定实验数据表T=20.2OC d=21.5mm l=1.5m次数流量（m3/h）DPf（Kpa）流速（m/s）ReHf(J/Kg)实验计算14.3613.6633.3359469529.773419.076330.023380.0194823.508.86892.7620957569.376615.63220.021160.0204232.745.37542.1193944173.732193.505230.022370.0218241.942.66731.553232372.807342.086410.024790.0235851.651.95151.3236627588.648621.554720.025440.0245461.411.45391.1400323761.321651.179860.026020.0254871.211.08750.9946620731.354460.913560.026470.0263681.080.87300.7957316585.083570.623730.028240.0278790.790.49450.6503513555.116380.416420.028220.02931100.610.34580.397868292.541780.172360.031210.03315由此可画出粗糙管与光滑管的log-logRe图，如下4.局部阻力系数局部阻力系数测定实验数据表d1=16mm,d2=42mm,T=20.2oC次数流量（m3/h）DPf（Kpa）细管流速u1粗管流速u2hf(J/Kg)11.050.18871.450630.210521.8546722.20.90583.039420.441098.9027333.532.51834.876880.7077624.75113表中数据由以下公式计算：在水平管的两测压点间列柏努力方程式 =+ 若忽略两测压点间的直管阻力损失，则：局部阻力=+ 式中 p1上游测压截面的压强，Pa； p2下游测压截面的压强，Pa； u1上游侧管内流体的流速，m/s； u2下游侧管内流体的流速，m/s。又有由此可算得。将上表数据进行拟合，有下图：经拟合有=1.02957。4.层流管的摩擦阻力系数d=0.0029mm ,l=1m,T=20.9oC次数体积（ml）时间t（s）DPf（Kpa）流速（m/s）Re计算实验142.5600.3350.10724314.884640.20325278600.64410.19681577.905920.110743105600.86050.26494777.950280.08227468301.13980.343161007.630840.06352595321.50480.449461319.737080.04849696301.73450.484471422.537650.044997125302.4060.630821852.262570.03455取Re为横坐标，计算为纵坐标，作图有：同样进行曲线拟合后有：得到log=-0.90461logRe+1. 47899,即。七、思考题2、在不同设备（包括相对粗糙度相同而管径不同）、不同温度下测定的-Re数据能否关联在一条曲线上？不能，hf是一个与多种因素有关的量，而不仅仅是Re的函数。而当Re增大到一定值时，即可关联到同一曲线，如Blasius方程。3、以水为工作流体所测得的-R