流体流动阻力的测定（化工原理实验报告）.doc

化工原理实验报告-流体流动阻力的测定北 京 化 工 大 学实 验 报 告课程名称： 化工原理实验 实验日期： 2008.10.29班 级： 化工0602 姓 名：许兵兵学 号： 200611048 同 组 人 ：汤全鑫 阮大江 阳笑天流体流动阻力的测定摘要l 测定层流状态下直管段的摩擦阻力系数（光滑管、粗糙管和层流管）。l 测定湍流状态不同（/d）条件下直管段的摩擦阻力系数（突然扩大管）。l 测定湍流状态下管道局部的阻力系数的局部阻力损失。l 本次实验数据的处理与图形的拟合利用Matlab完成。关键词 流体流动阻力 雷诺数 阻力系数 实验数据 Matlab 一、实验目的1、掌握直管摩擦阻力系数的测量的一般方法；2、测定直管的摩擦阻力系数以及突扩管的局部阻力系数；3、测定层流管的摩擦阻力4、验证湍流区内、Re和相对粗糙度的函数关系5、将所得光滑管的方程与Blasius方程相比较。二、实验原理不可压缩流体（如水），在圆形直管中作稳定流动时，由于粘性和涡流的作用产生摩擦阻力；流体在流过突然扩大和弯头等管件时，由于流体运动的速度和方向突然发生变化，产生局部阻力。影响流体流动阻力的因素较多，在工程研究中，利用因次分析法简化实验，引入无因此数群雷 诺 数： 相对粗糙度： 管路长径比： 可导出： 这样，可通过实验方法直接测定直管摩擦阻力系数与压头损失之间的关系：因此，通过改变流体的流速可测定出不同Re下的摩擦阻力系数，即可得出一定相对粗糙度的管子的Re关系。在湍流区内， = f（Re，/ d ），对于光滑管大量实验证明，当Re在3103至105的范围内，与Re的关系遵循Blasius关系式，即：对于层流时的摩擦阻力系数，由哈根泊谡叶公式和范宁公式，对比可得：局部阻力：= J/kg三、装置和流程图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流量调节阀四、操作步骤1、启动水泵，打开光滑管路的开关阀及压降的切换阀，关闭其它管路的开关阀和切换阀； 2、排尽体系空气，使流体在管中连续流动。检验空气是否排尽的方法是看当流量为零时候U形压差计的两液面是否水平；3、调节倒U型压差计阀门1、2、3、4、5的开关，使引压管线内流体连续、液柱等高； 4、打开流量调节阀，由大到小改变10次流量（Remin4000）,记录光滑管压降、孔板压降数据； 5、完成10组数据测量后，验证其中两组数据，确保无误后，关闭该组阀门； 6、测量粗糙管（10组）、突然扩大管（6组）数据时，方法及操作同上； 7、测量层流管压降时，首先连通阀门6、7、8、9、10所在任意一条回流管线，其次打开进入高位水灌的上水阀门11，关闭出口流量调节阀16； 8、当高位水灌有溢流时，打开层流管的压降切换阀，对引压管线进行排气操作； 9、打开倒U型压差计阀门5，使液柱上升到n型压差计示数为0的位置附近，然后关闭该阀门，检查两边液柱是否等高； 10、调节阀门16，改变6次流量（Remax2000），记录光滑管压降体积数据； 11、所有实验完成后，关闭阀门、停泵、切断电源，清理实验台，整理所用仪器，填好原始数据表格。 五、原始数据及处理A、原始数据 18 水的密度：=998.2 kg/m3 粘度：=1.055910-3 B、数据处理整理按照表后表1.光滑管和粗糙管实验原始数据光滑管数据：21mm的不锈钢管,=0.010.05粗糙管数据：22mm的镀锌管, =0. 10.2序号流量光滑管流量粗糙管m3/h左压强/pa右压强/pa差值/pam3/h左压强/pa右压强/pa差值/pa14.362970-505080204.305560-54001096023.963220-315063703.915400-3800920033.553250-192051703.465020-2260728043.113280-92042003.124760-1230599052.6532002031802.664360-50441062.14307087022002.0538701170270071.823000135016501.7136501720193081.422890180010901.3534602220124091.07280021306700.9133002710590100.53270025002000.4432003050150表2.突然扩大管局部阻力系数测定原始数据突然扩大管：223mm483mm不锈钢管 l1=140mm l2=250实验序号流量突然扩大管m3/h左压强/pa右压强/pa差值/pa13.96990-1060205023.561730100163033.06232011801140表3.层流管实验原始数据层流管：61.5mm实验序号流量测定压力损失（单位：Pa）流出体积V/mL时间 t/s流量q/m3h-1左右 差值113530.810.0151100752652211730.030.01390810810310030.030.0119-6084090047630.290.0090-12085097055230.550.0061-160870103062730.810.0032-240930117072690.360.0010-3309601290如下面的示例方法，用Excel程序处理数据，计算结果如下：表4.光滑管数据处理结果序号流量单位：m3/h流速单位：雷诺数摩擦阻力系数14.363.50694530.01823.963.18630810.01833.552.85565500.01843.112.50495410.01952.652.13422130.0262.141.72340890.02171.821.46289920.02281.421.14226200.02491.070.86170450.025100.530.438442.70.031表5.粗糙管数据处理结果序号流量单位：m3/h流速单位：雷诺数摩擦阻力系数14.303.14651370.03323.912.86592290.03333.462.53524120.03343.122.28472620.03452.661.94402940.03462.051.50310540.03571.711.25259030.03681.350.99204500.03790.910.67137850.039100.440.326665.20.043表6层流管数据处理结果序号流量单位：L/s流速单位：雷诺数层流摩擦阻力系数10.0043820.62011680.010220.0038960.55110390.01630.0033300.471887.80.024440.0025090.355668.90.046250.0017020.241453.80.106760.0008760.124233.60.457170.0002880.04176.714.6747表7.突然扩大管的数据处理结果实验序号流量单位：m3/h细管流速u1单位：粗管流速u2单位：局部阻力系数平均13.965.470.791.1161.11223.564.920.711.11433.064.230.611.107用Excel程序处理数据方法示例：（1）湍流时流量、流速、雷诺数以及摩擦阻力系数的计算：如：由表1光滑管第一组数据：流量 流速 雷诺数=69453摩擦阻力系数 由得 （2）突然扩大的阻力损失：如表2第三组数据，计算得 由机械能守恒得 =1.107六、实验结果讨论分析（1）将上面光滑管和层流管的数据绘成双对数坐标图如下：图6.1 结果分析一：1、不锈钢管与镀锌钢管的摩擦阻力系数均随雷诺数的增大而减小，当雷诺数增加到一定值后，阻力系数减小的程度变缓，这是由于管壁大小、高度不等的凸出物相继暴露于湍流之中的缘故。雷诺数在60000以上，它们的摩擦阻力系数基本不变，这是由于凸出物已完全暴露于湍流主体；2、当Re相同时，不锈钢管与镀锌钢管的摩擦阻力系数明显不同，且后者高于前者，可见/d越大，摩擦阻力系数也也越大；3、相同Re条件下，不锈钢管与镀锌钢管的值大于水力学光滑管，可见前两者的相对粗糙度值并没有小到光滑管以下，其仍对有影响。（2）对层流管迭代数据做双对数坐标如下： 当结果分析二：1、在层流范围内，摩擦阻力系数随雷诺数线性减小，且实验测量值与理论计算值相符；结果分析三：1、突然扩大管的局部阻力系数受水流量（雷诺数）的影响不大，0.63，与理论值基本相符。八、思考题（4分）2、在不同设备（包括相对粗糙度相同二内径不同）、不同温度下测定的-Re数据是否能关联在一条曲线上？答：只要/d相同，Re的数据点就能关联在一条直线上。3、以水为工作流体测定的-Re曲线能否用于其他种类得牛顿型流体？为什么？答: 适用，从可以看出，阻力系数与流体具体流动形态无关，只与管径、粗糙度等有关。4、测出的直