化工原理-流体阻力测定实验

1、实验名称： 流体流动阻力的测定班 级： xxx姓 名： xxx学 号： xxxx 同 组 人： xxx实验日期： xxx-xxx-xxx一、 实验摘要通过测定不同阀门开度下的流体流量Qv，以及测定已知长度l和管径d的光滑直管和粗糙直管间的压差，根据公式，其中为实验温度下流体的密度；流体流速，以及雷诺数（为实验温度下流体黏度），得出湍流区光滑直管和粗糙直管在不同Re下的值，通过作双对数坐标图，可以得出两者的关系曲线，以及和光滑管遵循的Blasius关系式比较关系，并验证了湍流区内摩擦阻力系数为雷诺数Re和相对粗糙度的函数。由公式可求出突然扩大管的局部阻力系数，以及由求出层流时的摩擦阻力系数，再和

2、雷诺数Re作图得出层流管关系曲线。关键词：摩擦阻力系数 局部阻力系数 雷诺数Re 相对粗糙度/d二、 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. 测量湍流直管道的阻力，确定摩擦阻力系数。3. 测量湍流局部管道的阻力，确定局部阻力系数。4. 测量层流直管道的阻力，确定摩擦阻力系数。5. 验证湍流区内摩擦阻力系数为雷诺数Re和相对粗糙度的函数。6. 将所得光滑管的-Re方程与Blasius方程相比较。三、 实验原理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 由因次分析法可知：直管道的阻力损失 （1-1） （1-2） J/kg （1-3）式中 l管道长度

3、，m; d管道内径，m; u管道平均流速，m/s2 管内粗糙度，m只要确定管道的长度l,内径d,输送流体的平均流速u，以及摩擦阻力系数，代入方程（1-3）即可确定阻力hf,其中，参考如表1-1表1-1 摩擦阻力系数及其影响因素关系/dRe0/d临界点（水力学光滑管）/d临界点以上（粗糙管）02000(层流区)20004000（过渡区）4000Re临界点（湍流区）临界点以上（阻力平方区） 根据机械能衡算方程可知，在外加能量he=0时有： J/kg (1-4)对于水平无变径直管道，根据式（1-3）和式（1-4）可测得摩擦系数： (1-5)2、管道局部阻力损失： J/kg (1-6)只要确定管道局部

4、阻力系数，平均流速u(突扩管对应细管流速u1),代入式（1-6）即可确定局部阻力hf,其中局部结构）。对于水平放置管件，根据式（1-4）和式（1-6）可测得局部阻力系数： 或 式中P管道压差，Pa; u1,u2平均流速，m/s2; 液体密度，kg/m3四、 实验流程和设备流体阻力实验带控制点工艺流程1-水箱 2-水泵 3-涡轮流量计 4-主管路切换阀 5-层流管 6-截止阀 7-球阀 8-不锈钢管 9-镀锌管 10-突扩管 11-流量调节阀（闸板阀） 12-层流调节阀（针阀）13-变频仪 T101-水温度, Q102-水流量,m3h-1 P103-压降，KPa实验介质：水（循环使用）研究对象：

5、不锈钢管l=1.500m,d=0.021m,=0.02mm; 镀 锌 管l=1.500m,d=0.0215m, =0.10mm; 突 扩 管l1=0.02m,d1=0.016m,l2=0.28m, d2=0.042m, =0.02mm 截 止 阀d=0.0205m 球 阀d=0.0205m 层 流 管l=1.500m,d=0.0029m五、 实验操作1） 关闭流量调节阀门，50Hz启动泵，再启动软件2） 打开流量调节阀和所有主管路切换阀10s,排净主管路内气体3） 关闭流量调节阀，开截止阀，球阀中间的两个测压阀，再开压差传感器排气阀门10s,排净引压管路内气体后，关闭截止阀，球阀中间的两个阀门

6、4） 选定测量管的主管路切换阀打开，并关闭其他主管路切换阀5） 只开测量管的两侧压阀门10s，排净气体后，关闭压差传感器排气阀，记录零点P6） 全开流量调节阀，通过变频器“”键（50Hz10Hz）改变水流量，测完本组数据后关流量调节阀，10Hz条件下再次检查零点P7） 层流实验调泵20Hz,关阀11打开阀门12排气，水量=总重-量筒净重，软件每次先点“开始计时，停止计时”,输入水量，再点“记录数据”，最后该流量，t120s, P取平均8） 实验结束，关闭流量调节阀，主管路和引压管阀门，开压差传感器排气阀门，停泵注意事项1） 大多数阀门：顺时针旋转是关闭，逆时针旋转是打开，平行管道是开，垂直管道

7、是关2） 切换管路时，先开下一组的主管路切换阀，再关闭本组切换阀3） 每切换一组管路，重复45步操作，检查记录零点4） 每做完一个点，都通过软件点击“查看数据试验结果”，确定点取舍及分布等六、 原始实验数据表格及计算举例表1不锈钢管实验数据记录表 l=1.500m,d=0.021m,=0.02mm序号水流量Qv(m3/h)压降P(kPa)水温度T（）序号水流量Qv(m3/h)压降P(kPa)水温度T（）17.06 19.09 20.2 82.00 1.95 20.9 27.00 19.03 20.5 91.60 1.28 20.9 35.10 11.32 20.6 101.30 0.86 20

8、.9 44.01 7.33 20.8 111.00 0.50 20.9 53.50 5.79 20.9 120.80 0.31 20.9 62.80 3.77 20.9 130.60 0.05 20.9 72.50 3.06 20.9 表2 镀锌管实验数据记录表 l=1.500m,d=0.0215m, =0.10mm序号水流量Qv(m3/h)压降P(kPa)水温度T（）序号水流量Qv(m3/h)压降P(kPa)水温度T（）16.95 26.18 21.5 82.00 2.66 21.6 25.50 17.88 21.6 91.60 1.71 21.6 35.01 15.16 21.6 101.

9、30 1.17 21.6 44.00 9.60 21.6 111.01 0.73 21.6 53.50 7.41 21.6 120.81 0.49 21.7 62.80 4.81 21.6 130.60 0.30 21.7 72.40 3.61 21.6 表3突扩管实验数据记录表l1=0.02m,d1=0.016m,l2=0.28m, d2=0.042m, =0.02mm 序号水流量Qv(m3/h)局部压降P(kPa)水温度T（）11.000.2721.722.000.9121.633.002.1621.644.003.8421.755.657.6721.8表4 截止阀实验数据记录表d=0.0

10、205m序号水流量Qv(m3/h)局部压降P(kPa)水温度T（）12.00 11.56 22.1 23.00 25.56 22.1 34.00 45.16 22.1 表5 球阀实验数据记录表 d=0.0205m序号水流量Qv(m3/h)局部压降P(kPa)水温度T（）12.0011.5622.123.0025.5622.134.0045.1622.1表6 层流管实验数据记录表 l=1.500m,d=0.0030m序号水质量M（g）时间t（s）管路压降P(kPa)水温度T（）151.84120.50.2522.22104.7680.50.7522.23125.2360.21.2522.2414

11、6.8455.51.5322.35183.9450.52.3022.36230.0945.53.9522.4 七、 实验结果作图及分析表1不锈钢管以第一组数据为例计算Qv=7.06m3/h P=19.09kPa T=20.2 l=1.500m,d=0.021m,=0.02mm查表可知在T=20.2时，水的密度=998.1kg/m3,黏度=1.000mPas水的流速雷诺数摩擦阻力系数Blasius关系式求得表2镀锌管以第一组数据为例计算Qv=6.95m3/h P=26.18kPa T=21.5 l=1.500m,d=0.0215m,=0.10mm查表可知在T=20.2时，水的密度=997.8kg

12、/m3,黏度=0.969mPas水的流速雷诺数摩擦阻力系数Blasius关系式求得表3突扩管以第一组数据为例计算Qv=1.00m3/h P=0.27kPa T=21.7l1=0.02m, d1=0.016m,l2=0.28m, d2=0.042m, =0.02mm查表可知在T=21.7时，水的密度=997.8kg/m3水的流速局部阻力系数：同理计算其他四组数据得: 则平均值理论值相对误差表4截止阀以第一组数据计算为例Qv=1.00m3/h P=11.56kPa T=22.1 d=0.0205m查表可知在T=22.7时，水的密度=997.7kg/m3水的流速局部阻力系数同理 则平均值表5球阀同截

13、止阀计算方法得 则平均值表6层流管以第一组数据计算为例M=51.84g t=120.5s P=0.25kPa T=22.2 d=0.0029m查表可知在T=22.2时，水的密度=997.7kg/m3,黏度=0.953mPas水流量水的流速雷诺数摩擦阻力系数利用计算的数据列表格绘图不锈钢管序号水流量（m3/h）压降(kPa)温度()密度 (kg/m3)黏度(mPas)流速(m/s) 雷诺数Re摩擦阻力系数blasius17.06 19.09 20.2 998.1 1.000 5.66 118647 0.017 0.017 27.00 19.03 20.5 998.0 0.993 5.61 118

14、490 0.017 0.017 35.10 11.32 20.6 998.0 0.991 4.09 86535 0.019 0.018 44.01 7.33 20.8 998.0 0.986 3.22 68367 0.020 0.020 53.50 5.79 20.9 998.0 0.983 2.81 59815 0.021 0.020 62.80 3.77 20.9 998.0 0.983 2.25 47852 0.021 0.021 72.50 3.06 20.9 998.0 0.983 2.00 42725 0.021 0.022 82.00 1.95 20.9 998.0 0.983

15、1.60 34180 0.021 0.023 91.60 1.28 20.9 998.0 0.983 1.28 27344 0.022 0.025 101.30 0.86 20.9 998.0 0.983 1.04 22217 0.022 0.026 111.00 0.50 20.9 998.0 0.983 0.80 17090 0.022 0.028 120.80 0.31 20.9 998.0 0.983 0.64 13672 0.021 0.029 130.60 0.05 20.9 998.0 0.983 0.48 10254 0.006 0.031 镀锌管序号水流量（m3/h）压降(k

16、Pa)温度()密度 (kg/m3)黏度(mPas)流速(m/s) 雷诺数Re摩擦阻力系数blasius16.95 26.18 21.5 997.8 0.969 5.32 117678 0.027 0.017 25.50 17.88 21.6 997.8 0.967 4.21 93347 0.029 0.018 35.01 15.16 21.6 997.8 0.967 3.83 85031 0.030 0.019 44.00 9.60 21.6 997.8 0.967 3.06 67889 0.029 0.020 53.50 7.41 21.6 997.8 0.967 2.68 59403 0.

17、030 0.020 62.80 4.81 21.6 997.8 0.967 2.14 47522 0.030 0.021 72.40 3.61 21.6 997.8 0.967 1.84 40733 0.031 0.022 82.00 2.66 21.6 997.8 0.967 1.53 33944 0.033 0.023 91.60 1.71 21.6 997.8 0.967 1.22 27155 0.033 0.025 101.30 1.17 21.6 997.8 0.967 0.99 22064 0.034 0.026 111.01 0.73 21.6 997.8 0.967 0.77

18、17142 0.035 0.028 120.81 0.49 21.7 997.8 0.965 0.62 13780 0.037 0.029 130.60 0.30 21.7 997.8 0.965 0.46 10207 0.041 0.031 层流管序号质量 /g时间 /s压降/kPa温度/密度 /kgm-3黏度103 /Pas流量 /lh-1流速 /ms-1雷诺数 Re摩擦阻力 系数理论值151.84 120.5 0.25 22.2 997.7 0.953 1.55 0.07 198 0.341 0.323 2104.76 80.5 0.75 22.2 997.7 0.953 4.70 0.

19、20 599 0.112 0.107 3125.23 60.2 1.25 22.2 997.7 0.953 7.51 0.32 958 0.073 0.067 4146.84 55.5 1.53 22.3 997.7 0.951 9.55 0.40 1221 0.055 0.052 5183.94 50.5 2.30 22.3 997.7 0.951 13.14 0.55 1681 0.044 0.038 6230.09 45.5 3.95 22.4 997.6 0.949 18.25 0.77 2340 0.039 0.027 利用上面三张表数据绘到同一图中，得到摩擦系数和雷诺数Re的变化关

20、系突扩管序号流量 /m3h-1压降/kPa温度/密度/kg.m-3u1/m.s-1u2/m.s-1理论11.00 0.2721.7 997.8 1.38 0.20 0.70 0.7322.00 0.9121.6 997.8 2.76 0.40 0.74 0.7333.00 2.1621.6 997.8 4.15 0.60 0.73 0.7344.00 3.8421.7 997.8 5.53 0.80 0.73 0.7355.657.6721.8997.8 7.81 1.13 0.73 0.73实验结果分析： ：1） 摩擦阻力系数随雷诺数Re的增大而减小，当流体流动进入湍流区至足够大的Re，-R

21、e曲线趋于平缓2） 截止阀的局部阻力系数远大于球阀局部阻力系数3） 将所得光滑管的-Re方程与Blasius方程相比较可知，在雷诺数Re较大的情况下，两者计算出来的摩擦阻力系数相接近误差来源1） 每次改变流量后，流动并未彻底达到稳定，记下了读数 2） 测量仪器自身带来的误差3） 称量水的质量时用的不是用同一个天平，且不是每一次都称量量筒的质量，存在一定的误差4） 第一组实验中，最后一组数据中因为粗心记错了5） 实验中，工作中的离心泵会使得管路产生震动，带来一定误差改进方法1） 记录数据时，等读数稳定后再记录，或者取多组数据的均值2） 实验中压差的读数应按找一定规律变化，例如按照由大到小变化3） 称量水的质量时，每一次都得称量量筒质量八、 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