流体阻力实验课件

化工原理实验流体阻力一、实验目的及任务

1、掌握测定流体流动阻力的一般实验方法，通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。2、测定直管摩擦阻力系数λ及突然扩大局部阻力系数ξ。3、验证在流区内λ为雷诺数和管子相对粗糙度的函数。4、将所得光滑管的λ‑Re方程与Blasius方程相比较。5、观察流体流过突然扩大管时静压的分布，确定测定局部阻力的最佳测压口位置。

二、基本原理

1、不可压缩流体(如水),在圆形直管中作稳定流动时,粘性和涡流的影响产生摩擦阻力。

◆流体在流过突然扩大,弯头等管件时,由于运动的速度和方向突然变化,产生局部阻力,影响阻力的因素较多。

◆通常采用因次分析法,简化实验。◆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:

引入无因次数群

相对粗糙

管子长径比

从而得到

◆则可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系，这种关系可用实验方法直接测定令

式中：—直管阻力

—被测管长

d—被测管内径

u—平均流速

—摩擦阻力系数◆当流体在圆管中流动时，选两截面，测其间静压强差，即两截面流动阻力。找出静压差和的关系式，即可求出。改变流速得出不同Re数的，即得出一相对粗糙度时的关系。

◆在湍流区内与数及管子得相对粗糙度有关，即对于光滑管，大量实验证明，当数在范围内，与的关系遵循Bjasius关系式，即

对于粗糙管，与的关系均以图来表示。

2.局部阻力

式中：称为局部阻力系数，它与所流过的管件的几何形状及流体的数有关，当数大到一定值后则与数无关，成为定值。

，3.流体流过突然扩大管时能量的分布演示

◆如图所示，流体流过突然扩大管时，各截面间静压头不同,随着流速增加这一现象就更为明显。联12页联13页◆4点前，由左至右各点的静压头依次有轨律的变小，它表示流体流过细管时的沿程阻力。

◆4至5点，静压差突然变大，在第五点上静压头最小，说明能量损失最大。

如上图◆5至11点，静压头依次增大，且每两点间的压差逐渐增大。

◆到达11点时，静压头达到最大，出现转折点，由于管子由粗变细，速度降低，其中一部分转化为静压头，一部分克服局部阻力而损失掉了。

◆

11点以后各点的静压头又成有规律的降低，它表示流体流过粗管时的沿程阻力。如前图

◆通过上述演示表明，我们可以选择第四点和十一点为扩大管两截面处的测压口，以测定扩大管的局部阻力系数。◆应指出，测压口开设在距管件一定距离的管子上，这样测出的压头损失包括了管件和直管两部分，因此计算时应扣除直管部分的压头损失。

◆本实验是测扩大管局部阻力系数，两测压口距离小，与局部阻力相比可以忽略直管段的压头损失。精益求精三、装置和流程

装置如下图所示

◆其中NO.1管为不锈钢管，作光滑管用。NO.2管为铍锌钢管，作粗糙管用，NO.3为突然扩大管，管子由扩大到。

装置流程

◆直管阻力的两侧压口间的管长为4。1，2表示光滑管的两侧压口，3，4表示粗糙管的两侧压口，5，6表示突然扩大管的两侧压口。流量计的测压口分别以7，8表示。◆为了保证实验管道能被流体充满，实验流程中安装了∏型管，采用的钢管，上面装有孔板流量计（孔板孔径为孔流系数）联图◆本实验的第五套和第六套设备的光滑管为的黄铜管，第五套光滑管两侧压口距离为，第六套为，其它均为。

◆本实验共有三套倒U型压差计和一套正U型压差计，前者用来测量直管阻力和突然扩大管局部阻力，后者用来测量孔板流量计压差。

◆实验用水来自高位水槽，水槽内液面距离地面15米，槽内有溢流口，流经实验装置的水，经排水管入地下水池，再由循环水泵送入高位水槽，循环使用。

四、实验操作要点

1.高位水槽有水溢流时才能开始实验，以使系统保持恒定的位压头。

2.

系统要派净空气，使液体连续流动。设备中和测压管线中的汽体都要排净，检验是否排净的方法是当流体静止时，观察倒U型和正U型压差计中两液面是否水平。3.读数时，注意稳定后在读，对于直管，流量调节由大到小，测取10组数据，后再由小到大测几组数据，以检查数据的重性，突然扩大的局部阻力，测取3组数据。

4.每测一根管的数据后，应将流量调节阀7关闭，观察压差计的两液面是否水平，水平时才能更换另一根管子，否则全部数据无效。五、报告要求

1.在双对数坐标上标绘出曲线。2.将光滑管的关系与Blasius公式进行比较。3.计算出局部阻力系数。六、思考题

1.为什么高位水槽必须保持有水益处时才能作实验？2.在测量前为什么要将设备中的空气排尽？怎样才能迅速的排尽？

3.在不同设备上（包括相对粗糙度相同的不同管径），不同温度下测定的数据是否关联在一条曲线上？

4.以水做工作流体所测得的