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E3、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结

2、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, l, u, p，匕,£）引入下列无量纲数群。雷诺数 Re二dup /相对粗糙度 £ / d管子长径比 l / d从而得到 P/( p u2)珂(dup / 口，£ / d , l / d)令入=©( Re £ / d) P/ p = (l / 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 =AP/ p二入(l / d ) u2/2式中， h f

3、 直管阻力， J/kgl 被测管长， md 被测管内径， mu 平均流速， m/s入一一摩擦阻力系数。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3X 103105范围内，入和Re的关系遵循Blasius关系式，即 入=0.3163 / Re。2

4、5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 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。2、 排净系统中的气体以便使液体能连续流动。 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

5、 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

6、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+t 末）/2二（21.2+26.8）/2=24 C此温度对应水的密度可由相关表查得 ,p =997.2kg/m3u=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=3.54X102 Q/d2得到流速，由公式 Re二dup / 可求得 雷诺数，由式h f = P/ p二入(l / d ) u2/2可求得真实的入，由Blasius 关系式 入'=0.3163 / Re。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 £

7、/ 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12345678910Q/m3/h3.503.222.942.662.382.101.821.541.260.98P/kPa6.805.834.934.143.322.702.121.531.090.76u/m/s2.812.582.362.141.911.691.461.241.010.79Rex10-46.445.915.414.904.383.873.342.842.311.81入0.0240.0240.0240.0250.0250.0260.0270.0280.0300

8、.0342694669002X'0.0190.0200.0200.0210.0210.0220.0230.0240.0250.0279373964473粗糙管几何尺寸为 d=22mr，i 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/nr?3.673.373.072.772.472.171.871.571.270.97/hP/kPa6.855.894.904.013.222.541.991.521.030.66u/m/2.682.462.252.031.

9、811.591.371.150.930.71sRex6.435.905.404.874.343.823.292.762.231.7010-40.0280.0280.0280.0280.0280.0290.0310.0330.0350.038入06569528050.0190.0200.0200.0210.0210.0220.0230.0240.0250.027X'93739655972、求局部阻力系数E由公式 u二Q/A=3.54X 102 Q/d2 得到流速，由式 hf=A P/ p 二 E u2/2可得到E。其中，扩大管的管径取 d=16mm球阀和截止阀的管径取 d=20mm所求得

10、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/h3.502.701.903.522.721.921.411.060.71P/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，再打幵流量调节阀门，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一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 = (Pi/ p +zig) -( P 2/ p + Z2g) = P/