化工原理实验~流体流动阻力系数的测定实验报告

1、化工原理实验流体流动阻力系数的测定实验报告Prepared on 22 November 2020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久及突然扩大管和阀门的局部阻力系数爲3、验证湍流区内摩擦阻力系数久为雷诺系数Re和相对粗糙度的函数。4、将所得光滑管的人一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

2、。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寸(d, /, w,p,|j,s)引入下列无量纲数群。雷诺数Re=dup/A相对粗糙度£/从而得到AP/( pll2)=)(dulA. £/，lid)令人=0 (Re, s/ d)AP/p= (lid) (p (Re, s/d) “2/2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)=AP/p=A (l/d) u2/2式中，力一直管阻力，J/kg/测管长，

3、md测管内径，mn均流速，nVs人摩擦阻力系数。当流体在一管径为的圆形管中流动时，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久(RJ dd) o对于光滑管，大量实验证明，当Re在 3x10705范围内,久和&的关系遵循Blasius关系式，即后/对于粗糙管，久和Re的关系均以图来表示。2、局部阻力h(=肝/2 式中，e为局部阻力系数，其与

4、流体流过的管件的几何形状及流体的Re有 关，当&达到一定值后，f与无关，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h左右侧一组数 据。充分利用面板量程测取10组数据，然后

5、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 .+t f )/2= +/2=24C° 此温度对应水的密度可由相

6、关表查得.p=m-/=-S1、求光滑管、粗糙管摩擦阻力系数久和雷诺系数由公式u=Q/A=xlOQ/得到流速，由公式Red叩心可求得雷诺数，由式 hf=AP/p=A (J/d) 2/2可求得真实的入 由Blasius关系式 才二/可求得理 论川。光滑管几何尺寸为=21 mm, /=,相对粗糙度z/d=21=所求光滑管在不同流量下的"、Rj人、/T如下表：光滑管的相关数据如下表:序号12345678910Q/ Z /hAP/kPau/m/s/?cxio4AA 9粗糙管几何尺寸为d=22mm, /=.相对粗糙度dd=22=所求粗糙管在不同流量下的"、Re、入才如下表:粗糙管的相关

7、数据表如下:序号12345678910Q/ m3 /hAP/kPau/m/sRexicr4AA 92、求局部阻力系数J由公式u=Q/A=xlO “户得到流速 由式h f=AP/p=/2可得到義其中.扩大管的管径取球阀和截止阀的管径取:=20"。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/nV/hAP/kPau/m/sg3、所得湍流ARee/ 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 的久一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。由力尸(P,/z) -(Pz2g)=AP/,阻力损失均主要表现为流体势能的降低，即4P/Q,只有当管道水平放置时，才能用A