流体阻力测定.doc

北 京 化 工 大 学实 验 报 告课程名称： 化工原理实验-流体阻力 实验日期： 2012.10.26班 级： * 姓 名： *同 组 人：* 学 号：*流体阻力实验一、摘要本实验以水为介质，测定了水流经光滑管、粗糙管、局部管道的阻力系数，Re104105。实验验证了湍流条件下直管摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，局部阻力系数随Re变化不大，在一定范围内可看做常数。关键词：摩擦阻力系数 局部阻力系数 Re /d 二、实验目的1、识别组成管路的各种管件、阀门等，了解其作用2、了解温度、压力、流量等传感器3、掌握用量纲分析法解决实际问题计算hf。三、实验内容1、测定湍流特定/d条件下，摩擦系数随Re的变化关系2、测定湍流多个管件的局部阻力系数随Re的变化关系3、测定层流条件下，摩擦系数随Re的变化关系四、实验原理1、直管阻力损失 hf =f（， l，d，, u）应用量纲分析法寻找hf（P /）与各影响因素间的关系1）影响因素物性：， 设备：l，d， 操作：u（p,Z）2）量纲分析 ML-3，ML-1 T-1， lL ，dL，L，uLT-1， hf L2 T-23）选基本变量（独立，含M，L，T） ，d，u（，l，u等组合也可以）4）无量纲化非基本变量 ：1aubdc M0L0T0 =ML-1 T-1ML-3aLT-1bLc a=-1,b=-1,c=-1 变换形式后得：1ud / l: 2l/d : 3/d hf: 4hf /u2 5）原函数无量纲化 6）实验 摩擦系数：层流圆直管（Re4000）：Blasius=0.3163/Re0.25 湍流普通直管（4000Re临界点）：=（/d）即2、局部阻力损失 局部阻力系数：3、机械能衡算方程 考虑流体阻力等因素，通常管道设计液速值取13m/s，气速值取1030m/s。 大多数阀门：顺时针旋转是关闭，逆时针旋转是打开。 五、实验流程流体阻力测定实验流程 设备参数每套稍有差异，详见具体标示。六、实验操作1、关闭阀门V1V17，关闭流量调节阀门，启动水泵；2、打开主管路切换阀门V1V5之一（平行开，垂直关），确定测量管路；3、打开引压管切换阀门V6V17对应组（平行开，垂直关），将截面压强引入传感器；4、打开流量调节阀门，进行主管路排气，然后关闭该阀门；5、打开压差传感器排气阀门，进行测压管路排气，然后关闭该阀门；6、检查压差传感器数值回零，说明罐内液体连续，否则重复46步；7、确定量程，实验布点，改变水流量测数据；8、所有参数在仪表柜集中显示，水流量/m3h-1，压降/kPa，温度/；9、其它湍流直管或管道局部，实验方法同上；10、层流实验水流量由量筒和秒表测出，p取t内的平均值；11、测完所有数据，停泵，开传感器排气阀，关闭阀门V1V17和流量调节阀；12、检查数据，整理好仪器设备，实验结束。七、数据处理不锈钢管l/md/mm压降修正/kpa1.521.5-0.01水温度/黏度密度/kgm325.80.8771000水流量/m3h-1压降/kpa雷诺数Re摩擦阻力系数理论0.360.126752.6003940.0491197540.0348924470.450.148440.7504930.0362730490.0329992390.670.312567.339620.0338165980.0298736550.840.4415756.067590.0312299850.0282317131.050.6519695.084480.0293145460.0266999061.230.8623071.384680.0281596250.025664381.61.3230011.557310.0254407260.0240312892.011.9337702.018870.0235140510.0226990692.61348956.352860.0216373120.0212640963.24.2560023.114620.0203717090.0202078244.146.4877654.904530.0185422250.01894772计算方法：计算ReRe=du/，其中u=q/A=q/(d2/4)，代入化简得Re=4q/（d）其中为水的密度，d为管的直径，为水的黏度，q为水流量计算实际=2dPLu2hf=Phf=ldu22计算理论=0.3163/Re0.25以第一组数据为例，计算过程如下：t水= 25.8 ，查表得= 1000 kgm3 = 0.877mPas流速u=qv/(3600d2/4)= 0.36/(36003.1416*0.02152/4)=0.2754m/s雷诺数Re=du/=0.0215*0.2754*1000/(0.877*10-3)=6752.6计算实际=2*0.0215*(0.12+0.01)*1000/(1.5*0.27542*1000)=0.049 =0.3163/6752.60.25=0.034892447计算理论=0.3163/Re0.25镀锌钢管水温度/黏度密度/kgm324.40.9061000l/md/mm压降修正/kpa1.521.5-0.01水流量/m3h-1压降/kpa雷诺数Re摩擦阻力系数理论0.330.095991.752760.044966590.0359509790.450.148170.5719450.0362730490.0332687190.70.3512709.778580.0359769430.0297896020.850.4915433.302560.0338883160.0283781761.020.6918519.963080.0329469740.0271137231.311.1323785.442770.0325297030.0254695561.71.9130866.605130.0325327830.0238631062.333.4542305.405850.0312091610.0220546533.025.6654833.616170.0304429690.0206698573.678.266635.553420.0298489360.0196866894.210.6976258.671490.0297031860.019033861计算方法：计算ReRe=du/，其中u=q/A=q/(d2/4)，代入化简得Re=4q/（d）其中为水的密度，d为管的直径，为水的黏度，q为水流量计算实际=2dPLu2hf=Phf=ldu22计算理论=0.3163/Re0.25以第一组数据为例，计算过程如下：t水= 24.4 ，查表得= 1000 kgm3 = 0.906mPas流速u=qv/(3600d2/4)= 0.33/(36003.1416*0.02152/4)=0.2525m/s雷诺数Re=du/=0.0215*0.2525*1000/(0.906*10-3)=5991.75276计算实际=2*0.0215*(0.09+0.01)*1000/(1.5*0.25252*1000)=0.045 =0.3163/5991.750.25=0.036计算理论=0.3163/Re0.25突扩管压降修正/kpa水温度/黏度-0.0126.60.8622d1/mmd2/mml1/mml2/mm1642140280水流量/m3h-1压降/kpa雷诺数Re局部阻力系数理论0.990.0625381.29610.9041004380.730811751.60.2841020.276530.8602377140.730811752.320.7559479.400970.8309822160.730811753.51.9189731.854920.8147052740.730811753.82.397423.156770.8113127680.73081175计算方法：计算ReRe=du/，其中u=q/A=q/(d2/4)，代入化简得Re=4q/（d）其中为水的密度，d为管的直径，为水的黏度，q为水流量计算实际=1-u22+2(p2-p1)u12 hf=P+u12-u222hf=u122计算理论=（1-A1/A2）2以第一组数据为例，计算过程如下：t水= 26.6 ，查表得= 1000 kgm3 = 0.8622mPas流速u1=qv/(3600d2/4)= 0.99/(36003.1416*0.0162/4)=1.3677m/s u2=qv/(3600d2/4)= 0.99/(36003.1416*0.0422/4)=0.1985m/s雷诺数Re=du/=0.016*1.3677*1000/(0.8622*10-3)= 25381.2961计算实际=1-(0.19852+2*(0.06+0.01)*1000/1000)/1.36772=0.904100438 =(1-0.0162/0.0422)2=0.73081175计算理论=（1-A1/A2）2截止阀（全开）d/m压降修正/kpa0.0210水温度/黏度密度/kgm330.60.79071000水流量/m3h-1压降/kpa雷诺数Re局部阻力系数0.520.9511075.897110.924734420.993.3421086.804110.596685561.527.8332375.6992210.538251432.0113.642812.6022610.467446832.4920.9453036.5072810.501998533.233.8568159.3667810.27904308计算方法：计算ReRe=du/，其中u=q/A=q/(d2/4)，代入化简得Re=4q/（d）其中为水的密度，d为管的直径，为水的黏度，q为水流量计算=2Pu2hf=Phf=u22以第一组数据为例，计算过程如下：t水= 30.6 ，查表得= 1000 kgm3 = 0.7907mPas流速u=qv/(3600d2/4)= 0.52/(36003.1416*0.0212/4)=0.4170m/s雷诺数Re=du/=0.021*0.4170*1000/(0.7907*10-3)= 11075.8971计算=2*0.95*1000/(1000*0.41702)= 10.92473442球阀（全开）d/m压降修正/kpa0.021-0.01水温度/黏度密度/kgm330.90.78571000水流量/m3h-1压降/kpa雷诺数Re局部阻力系数1.010.321649.702270.9449588921.550.7133224.790610.9318866072.211.3447372.12080.8594946772.621.8656160.61380.8470967083.232.869236.176560.837520113计算方法：计算ReRe=du/，其中u=q/A=q/(d2/4)，代入化简得Re=4q/（d）其中为水的密度，d为管的直径，为水的黏度，q为水流量计算=2Pu2hf=Phf=u22以第一组数据为例，计算过程如下：t水= 30.9 ，查表得= 1000 kgm3 = 0.7857mPas流速u=qv/(3600d2/4)= 1.01/(36003.1416*0.0212/4)=0.8100m/s雷诺数Re=du/=0.021*0.8100*1000/(0.7857*10-3)= 21649.70227计算=2*(0.3+0.01)*1000/(1000*0.81002)= 0.944958892层流管l/md/mm压降修正/Kpa水温度/黏度12.7-0.0129.80.8042水体积/ml时间/s压降/Kpa雷诺数Re摩擦阻力系数理论139.511340.62610.4945770.1028892680.104833036139.781150.73712.73562340.0886682090.089794866135.48970.84819.00155030.0771334270.07814393137821.02979.68844310.0653212380.065326891140.74591.521398.7715970.0475982480.045754432137.39521.751549.2911860.0446313190.041309213137.27452.121788.7283490.0405213560.035779608137.94333.582451.080370.0363724450.026110935计算方法：计算ReRe=du/，其中u=q/A=q/(d2/4)，代入化简得Re=4q/（d）其中为水的密度，d为管的直径，为水的黏度，q为水流量计算实际=2dPLu2hf=Phf=ldu22计算理论=64/Re以第一组数据为例，计算过程如下：t水= 29.8 ，查表得= 1000 kgm3 = 0.8042mPas流速u=V/T/(d2/4)= 139.51*10-6/134/(3.1416*0.00272/4)=0.1818m/s雷诺数Re=du/=0.0027*0.1818*1000/(0.8042*10-3)= 610.494577计算实际=2*0.0027*(0.62+0.01)*1000/(1*0.18182*1000)= 0.102889268 计算理论=64/Re=64/ 610.494577=0.104833036八、实验结果作图及分析在双对数坐标系内作图九、思考题1、以水为工作介质测得的-Re曲线，能否适用于其它种类的牛顿型流体？为什么？答:适用。只与雷诺数和相对粗糙度有关，而牛顿型流体的雷诺数为Re=du/，其中已涉及到流体的性质，因此流体性质只会影响Re而不会影响Re与的关系。故以水为工作介质测得的-Re曲线可以适用于其他牛顿性流体。2、在什么条件下，不同组的-Re数据能关联在一条线上？ 答：层流条件下，与Re的关系为=64/Re,与管道的相对粗糙度无关，因此不同组的-Re数据能关联在一条线上3、以下情况测出的差值是否代表直管阻力损失？它们分别是多少？在什么条件下 R1=R2=R3？答：三种情况的差值都代表直管阻力损失，hf 1=hf2=hf3=（P2-P1）+zg=Rg(-i)，只要管类型与长度确定，流速确定，阻力损失就确定了，而与管的放置无关。4、根据实验数据，估计不锈钢管和镀锌钢管的粗糙度是多少？答：不锈钢管的相对粗糙度是0.001，则粗糙度是0.0215；镀锌钢管的相对粗糙度是0.005，则粗糙度是0.1075。5、突扩管两测压点间的沿程阻力对局部阻力系数的影响有多大？