化工原理实验流体流动阻力系数的测定实验报告

1、流体流动阻力系数的测定实验报告一、实验目的：1、掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法。2、测定直管的摩擦阻力系数入及突然扩大管和阀门的局部阻力系数 E。3、验证湍流区内摩擦阻力系数 入为雷诺系数Re和相对粗糙度的函数。4、将所得光滑管的入一Re方程与Blasius方程相比较。二、实验器材：流体阻力实验装置一套三、实验原理：1、直管摩擦阻力不可压缩流体（如水），在圆形直管中做稳定流动时，由于黏性和涡流的作用产生摩擦阻力；流体在流过突然扩大、弯头等管件时，由于流体运动的速度和方向突然变化，产生局部阻力。影响流体阻力的因素较多，在工程上通常采用量纲分析方法简化实验，得到在一定条件下具有普遍意义 的

2、结果，其方法如下。流体流动阻力与流体的性质，流体流经处的几何尺寸以及流动状态有关，可表示为 P=f （d, I, u, p，卩,）引入下列无量纲数群雷诺数 Re=dup /卩相对粗糙度& / d管子长径比 l / d从而得到 P/( p u2)=书(du p / 卩，& / d , l / d)令入=( Re, / d ) P/ p = (I / d )( Re, & / d ) u2/2可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系 , 这种关系可用试验方法直 接测定。h f = P/ p =X (I / d ) u2/2式中, h f 直管阻力, J/kgI 被测管长, md 被测管内径, mu 平

3、均流速, m/s入摩擦阻力系数。当流体在一管径为 d 的圆形管中流动时,选取两个截面,用 U 形压差计测出这两个截面间的静压强差,即为流体流过两截面间的流动阻力。根据伯努利方程找出静压强差和摩擦阻力系数的关系式，即可求出摩擦阻力系数。改变流速可测出不同Re下的摩擦阻力系数，这样就可得出某一相对 粗糙度下管子的入一Re关系。(1)、湍流区的摩擦阻力系数在湍流区内入=f (Re, & / d)0对于光滑管，大量实验证明，当 Re在3X103105范围内，入和Re的关系遵循Blasius关系式，即 入=0.3163 / Re0.25对于粗糙管，入和Re的关系均以图来表示。2、局部阻力h f = E

4、u2/2式中，E为局部阻力系数，其与流体流过的管件的几何形状及流体的Re有关，当Re达到一定值后，E与Re无关，成为定值。四、实验步骤：1、启动离心泵， 打开被测管线上的开关阀及面板上与其相应的切换阀， 关闭其他 的开关阀和切换阀，保证测压点一一对应02、排净系统中的气体以便使液体能连续流动0设备和测压管线中的气体都要排 净，观察U形压差计中两液面是否水平，如果水平说明系统中气体已经排净。3、测定光滑管和粗糙管摩擦阻力， 先将流量从小到大慢慢增加，并观察U形压差 计中两液面差， 当液面差达到最大并等数据稳定后记录第一组数据， 即此时的液体流量和压差。接着将流量由大到小，每相差0.3m3/h 左

5、右侧一组数据。充分利用面板量程测取 10 组数据，然后再由小到大测取几组数据，以检查数据 的重复性(不记录数据) 。测定突然扩大管、球阀和截止阀的局部阻力时，各 测取 3 组数据， 具体步骤与侧量光滑管和粗糙管相同。 注意在记录整个实验的 第一组数据时记录一次液体温度，记录最后一组数据时记录一次温度。4、测完一根管的数据后，应将流量调节阀关闭，观察压差计的两液面是否水平， 水平时才能更换另一条管路， 否则全部数据无效。 同时要了解各种阀门的特点， 学会使用阀门，注意阀门的切换，同时要关严，防止内漏。五、实验数据处理：在整个实验过程中，液体温度可由始末温度值之和的平均值代替，则有t=(t 始 +

6、t 末”2=(21.2+26.8)/2=24C此温度对应水的密度可由相关表查得 ,p =997.2kg/m3卩=0.9142mPa S1、求光滑管、粗糙管摩擦阻力系数 入和雷诺系数Re由公式u=Q/A=3.54X 102 Q/d2得到流速，由公式Re=dup /卩可求得雷诺数,由式h f = P/ p =入(l / d ) u2/2 可求得真实的入，由 Blasius 关系式入=0.3163 / Re0.25可求得理论入。光滑管几何尺寸为 d=21mm l=1.5m,相对粗糙度 & / d= 0.2/21=0.01所求光滑管在不同流量下的u、Re入、入如下表:光滑管的相关数据如下表:序号123

7、45678910Q/ m33.503.222.942.662.382.101.821.541.260.98/hP/kP6.805.834.934.143.322.702.121.531.090.76au/m/2.812.582.362.141.911.691.461.241.010.79sRex6.445.915.414.904.383.873.342.842.311.8110-40.0240.0240.0240.0250.0250.0260.0270.0280.0300.034入26946690020.0190.0200.0200.0210.0210.0220.0230.0240.0250.

8、027入9373964473粗糙管几何尺寸为 d=22mm l=1.5m,相对粗糙度 & / d= 0.3/22=0.014所求粗糙管在不同流量下的u、Re入、入如下表:粗糙管的相关数据表如下序号12345678910Q/ m33.673.373.072.772.472.171.871.571.270.97/hP/kP6.855.894.904.013.222.541.991.521.030.66au/m/2.682.462.252.031.811.591.371.150.930.71sRex6.435.905.404.874.343.823.292.762.231.7010-40.0280.

9、0280.0280.0280.0280.0290.0310.0330.0350.038入06569528050.0190.0200.0200.0210.0210.0220.0230.0240.0250.027入93739655972、求局部阻力系数E由公式 u=Q/A=3.54X 102 Q/d2 得到流速，由式 h f = P/ p = E u2/2 可得到Eo其中，扩大管的管径取d=16mm球阀和截止阀的管径取d=2Omno所求得各数据如下表:扩大管、球阀管、截止阀管的相关数据表如下序号扩大管球阀截止阀123123123Q/ m3 /h3.502.701.903.522.721.921.4

10、11.060.71 P/kPa4.551.640.273.441.620.916.693.841.78u/m/s4.843.732.633.122.411.701.250.940.63E0.39040.23690.08030.71030.56060.63298.6068.7359.0143、所得湍流时入一Re / d关系图如下:六、思考题：(1) 、在测量前为什么要将设备中的空气排净？怎样才能迅速地排净？设备中要是还有空气未排净将使设备中液体不能连续地流动，势必影响实验结果。在接通水泵电源以后，再打开流量调节阀门，使之大流量输出便可 迅速有效地排净设备中的空气。(2) 、在不同设备(包括相对粗糙度相同而管径不同)、不同温度下测定的入 Re数据能否关联在一条曲线上？不能关联到一条曲线上3)、测出的直管摩擦阻力与设备的放置状态有关吗？为什么？有关系。由 h f = ( P1/ p +z1g) -( P 2/ P + z 29) = P/ p 可知，阻力