流体阻力实验报告

1、北京化工大学化工原理实验报告实验名称：流体流动阻力测定班 级：化工10学号：2010姓名：同组人：实验日期：2012.10.10北京化工大学流体流动阻力的测定流体阻力实验一、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I和管径d的光滑直管和粗糙直管间的压差p，根据公式，2d. ：p，其中为实验温度下流体的密度；流体流速扎-邛uu =竺，以及雷诺数Re=d （为实验温度下流体粘度），得出湍流区光滑直管和粗糙二d直管在不同Re下的入值，通过作-Re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入为雷诺数Re和相2丄2

2、如对粗糙度 £ /d的函数。由公式 =1T 可求出突然扩大管的局部阻力系数，以及由Ui2二64求出层流时的摩擦阻力系数再和雷诺数 Re作图得出层流管，-Re关系曲线。Re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试验方法；2、 测定直管的摩擦阻力系数 入及突然扩大管的局部阻力系数Z3、 测定层流管的摩擦阻力系数入；4、 验证湍流区内摩擦阻力系数入为雷诺数Re和相对粗糙度 £ /的函数；5、 将所得光滑管的入-Re方程与Blasius方程相比较。三、实验原理1、直管阻力损失函数：f （hf, p卩，I

3、, d, £U）=0应用量纲分析法寻找 hf （ A P /p）与各影响因素间的关系1）影响因素物性：p, 设备：I, d, &操作：u （p,Z）2）量纲分析_3_1_1_12-2P ML ,卩ML T , lL, dL, & L, uLT , hf LT3）选基本变量（独立，含 M , L, T）d, u, p （l, u, p等组合也可以）4）无量纲化非基本变量卩：n 1 = p aubdcM 0L0T0 =ML-1 T-1ML-3aLT-1bLc?a=-1,b=-1,c=-1变换形式后得：n 1 = p ud /2l: n 2= l/d £ : n

4、3= £ /dhf：n 4= hf/u5）原函数无量纲化F d 2 邑0F u 2' d ' d06）实验一巴, L .吐2 u 2（Re）即入=64/Re湍流水力学光滑管（Re>4000）:入=0.3163/Re0.25湍流普通直管湍流普通直管4000<Re < 临界点）：入=0（ Re, £ /d 即 1小 iN 丄 18.7 '、1.742log 乐VdR®'丸丿Re>临界点）：入=0 （ £ 2 即丄 士 74_2lOgfh）-2、局部阻力损失函数2hf =局部阻力系数：-=巒（局部结构）2

5、考虑流体阻力等因素，通常管道设计液速值取13m/s,气速值取1030m/s。大多数阀门：顺时针旋转是关闭，逆时针旋转是打开。四、实验流程层流管：d = 2.9mm, l = 1.00m ；突然扩大管：d1 =16.0mm, l1 = 140mm；粗糙管:d = 21.5mm, l = 1.50m ；光滑管：d = 21.5mm, l = 1.50m。操作装置图如下：I A d 丿 d 2 摩擦系数：.二 Re, ；. d 层流圆直管（Re<2000）:入=图1流休阻力实验装置流程图水箱 2.离心泵 3.孔板流址计 4.管路切换阀5+测虽管路6.稳流罐 7.流虽调节阀五、实验操作1、关闭流

6、量调节阀门，启动水泵；2、调整阀门V1V5开关，确定测量管路；3、打开对应引压管切换阀门和压差传感器阀门，进行主管路、测压管路排气;4、排气结束，关闭传感器阀门，检查其数值回零，否则继续排气；5、确定量程，布点，改变水流量测多组数据；6、 所有参数在仪表柜集中显示，水流量/m ?h-，压降/kPa，温度/ C；7、层流实验水流量由量筒和秒表测出；&测完所有数据，停泵，开传感器排气阀，关闭切换阀门；9、检查数据，整理好仪器设备，实验结束。六、实验数据处理 原始数据如下表：3p (kg/m ) =998.2 卩(mPa.s)=1.005T=20.6 C 光滑管l=1.5m d=21.5mm

7、T=216C 粗糙管 l=1.5 d=21.5mm序号流量qv/m3?h-1压降 p/pa流量qv/m3?h-1压降 p/pa14.107314.54.1210468.023.555580.03.557748.733.054225.53.055739.542.583058.72.554054.552.212265.82.203046.761.851608.81.862179.671.501065.21.501448.281.16643.21.15869.490.85349.30.84482.5100.65205.50.65284.5-3 -流体流动阻力的测定突然扩大管T=22.5C d=15.

8、6mm D=42mm l=140mm L=280mm序号流量 qv/m3?h-1 p/pa13.55256.522.01457.530.8159.6层流管 d=2.9mml=1mT=23.1 C序号V/mlt/s p/pa1111205155.62102205065.5384202172.0470201731.2562201535.662220438.0数据计算示例:31、光滑管：近似取 T=20.0°C时水的密度 =998.2Kg/m3 ,粘度亠=1.005mPas以光滑管第一组数据为例：'二 998.2Kg /m'q 二 4.1m3 /h, ：p 二 7314.5

9、Pa, d 二 21.5mm, I 二 1.50m4 4.10/36003.14 0.0215"= 3.138591m/sRedu-p-O.°215 3.138591 1000 "7023.141.005 102d ：p _2 0.0215 7314.5I ?u2 _1.50 1000 3.138591= 0.021324Blasius关系式求得，=0.3163/Re0.25 =0.3163/67023.140.25 =0.0196582、粗糙管:以粗糙管第一组数据为例:3qv =4.12m /h , p=10468Pa, d =21.5mm, I 1.50m4

10、4.12/36003.14 0.02152=3.153902m / s , Re =du* 0.0215 3.153902998.21.005 103= 67350.08_2d p _2 0.0215 10468-I ?u21.50 998.2 3.1539022= 0.0302223、突然扩大管：以第一组数据为例:qv =3.5m3/h, ：p =5256.5Pa , d1 = 16.0mm, d2 =42.0mm,u14qv _ 4 3.5/3600 可"3.14 0.0162=5.089167m/ s u2_ 4qv二 d224 3.5/36003.14 0.0422=0.70

11、2097m/s同理求2.：pP2U1=1-0.7020972 +24.188235256.5998.22=0.570207出三组数据所对0.5702070.6321670.742252=0.648209再求其平均值4、层流管：以第一组数据为例:d = 2.9mm, l = 1.00m，:p = 5155.6Pa, V = 111ml ,t = 20sV 111X10一 cccccv 3,4qv 4X0.00000555qv0.00000555m /s , uv22 0.840673m / st 20二 d 3.14 0.0029dM 0.0029 0.840673 998.2Re3242145

12、741.005102dl ：?u22 0.00295155.61.00 998.20.840673=0.042387225按照以上方法将实验数据处理如下表所示: 光滑管：l=1.50 m , d=21.5mm,压降零点修正 夕o=OkPa,水温度=20.6 C表1.光滑管的原始数据记录及处理结果一览表序 号水流里/m3?h-1压降/Pa流速-1 / m?s雷诺数Re摩擦系数入入 Blasius14.107314.53.138667023.140.0213240.01965823.555580.02.717658032.230.0216990.020379133.054225.52.334949

13、858.670.0222610.021167 142.583058.71.975042175.530.0225190.02207252.212265.81.691836127.100.0227350.022943:61.851608.81.416230242.150.0230360.02398571.501065.21.148324520.660.0232010.02527681.16643.20.888018962.640.0234250.02695490.85349.30.650713895.040.0236930.029133:100.65205.50.497610625.620.023

14、8370.031154粗糙管：1=1.50 m , d= 21.5mm,压降零点修正 APo= 0 kPa,水温度=21.6C表2粗糙管的原始数据记录及处理结果一览表序 号水流里/m3?h-1压降/Pa流速/ m?s-1雷诺数Re摩擦系数入14.1210468.03.154067350.080.03022223.557748.72.717658032.230.03013233.055739.52.334849858.670.0302374P 2.554054.5:1.9521141685.120.03055752.203046.71.684135963.630.03084961.862179.

15、61.423930405.620.03087571.501448.2P 1.1483 124520.660.03154381.15869.40.880318799.170.0322179P 0.84482.5:0.6430 :13731.570.033512100.65284.50.497610625.620.033000光滑管 O粗糙管根据以上数据做出散点图如下:0.034 目0 032 J0 一 03；0.028；0.0260.024 彳0.022 10.02-：0 018-20000400006000080000Re图3光滑管和粗糙管的 入与Re的关系散点图将上图修正处理，得到曲线图如下

16、kBiasius一 一光滑管一耦糙管图4.光滑管和粗糙管的入与Re的关系以及Blasius公式比较(3)突扩管：d仁16.0mm, d2=42.0mm,压降零点修正 APo= 0 kPa,水温度=22.5°C表3.突然扩张管的原始数据记录及处理结果一览表序 号水流里/m3?h-1压降/Pa细管流速-1/m1?s粗管流速-1/m1?s局部阻力 系数E13.55256.55.0892 :0.70210.5702072P 2.01457.5:2.9081：0.40120.63216730.8159.61.16320.16050.742252丿5702。7"67“42252 丸.6

17、482093(4)层流管：l= 2.9mm, d= 1.00 m,压降零点修正 AFb= 0 kPa,水温度=23.1 C表3.层流管的原始数据记录及处理结果一览表序 号水体积/ml水流里/m3?s-1压降/kPa流速-1/m1?s雷诺数Re摩擦阻力系 数入入理论11110.00000565155.60.84072421.460.0423870.02643021020.00000515065.50.77252225.120.0493200.0287623840.000004221720.63621832.450.0311820.0349264700.00000351731.20.5302152

18、7.05:0.0357890.0419115620.00000311535.60.46961352.530.0404670.0473196220.0000011438.00.1666479.930.0916710.133353图6层流管的入与Re的关系七、实验结果分析：由上面图表中的数据信息可以得出以下结论：1、 流动进入湍流区时，摩擦阻力系数入随雷诺数 Re的增大而减小。至足够大的Re后，入-Re曲线趋于平缓；2、 实验测出的光滑管 入-Re曲线和利用Blasius关系式得出的入-Re曲线比较接近，说明当Re在3 103 105范围内，入与Re的关系 满足 Blasius关系式， 即0 25

19、0.3163/Re ；图像有误差可能原因是在调节流量和时间控制中未把握好，人为造成了实验误差。包括流量的控制大小以及压降度数误差等。3、突然扩大管的局部阻力系数随流量的减小而增大；4、 在Re<2000范围内，流体流动为层流，实验所得层流管的摩擦阻力系数入随Re的 变化趋势与公式.二色特性曲线相近，证明在层流区入与Re的关系满足公式.=_64。Re- ReRe超过2000后明显与特征曲线相差变大，证明Re大于2000不符合特征曲线。5、 主要实验误差来源：实验过程中水的温度不断改变，数据处理中仅取初始温度20 度；压力差计量表的数据在不断变化，读取的是一个瞬时值。八、思考题1、在测量前为什么要将设备中的空气排净，怎样才能迅速地排净？答：在流动测定中气体在管路中，对流动的压力测量产生偏差，在实验中排出气体，