流体阻力实验报告.docx
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名,以及测定长度/和管径d的光滑直管和粗糙直管间的压差p,根据公式;I=必2,其中P为实验温度下流体的密度；流体流速=与，以及雷诺数Re=%Ipu2d(M为实验温度下流体粘度)，得出湍流区光滑直管和粗糙直管在不同Re下的人值，通过作2-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关系式比拟关系，并验证了湍流22p区内摩擦阻力系数人为雷诺数Re和相对粗糙度£/d的函数。由公式r=”匕五可求出突然扩大管的局部阻力系数，以及由4=竺求出层流时的摩擦阻力系数;L再和雷诺数Re作图得出层流管；I-Re关Re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e/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及突然扩大管的局部阻力系数;3、测定层流管的摩擦阻力系数人；4、验证湍流区内摩擦阻力系数为雷诺数Re和相对粗糙度M的函数；5、将所得光滑管的-Re方程与Blasius方程相比拟。三、实验原理1、直管阻力损失函数：fth/,p,I,d,u=0应用量纲分析法寻找hf(APp)与各影响因素间的关系I)影响因素物性：p,设备：1,d,£操作：u(p,Z)2)量纲分析PML3,/ML-1T1,/L,dL,fL,WLr%L223)选根本变量(独立，含M,L,T)d,u,p(/,u,P等组合也可以)4)无量纲化非根本变量:1=pVdcM0L0T°=ML1T1ML-3aL1bLc=>a=-lzb=-l,c=-l变换形式后得：Jr1=pud/PI:2=d：3=e/dhf：n4=hfu25)原函数无量纲化6)实验摩擦系数：yi=0(Re,ed)层流圆直管(Re<2000):=(Re)即入=64Re湍流水力学光滑管(Re>4000:=O.3163Reo25湍流普通直管（4000Re临界点）：(Re,d)即9*4.2陛传+悬)湍流普通直管（Re临界点）：，二S （d）即3*4 .2睢闱2、局部阻力损失函数h =7局部阻力系数：7 = e （局部结构）考虑流体阻力等因素，通常管道设计液速值取13ms,气速值取1030ms°大多数阀门：顺时针旋转是关闭，逆时针旋转是翻开。四、实验流程层流管：d = 29mm, 1 = LOOm ；突然扩大管：d、= 6.0nn, I1 = 1407 ；粗糙管：J = 21.5trun, I = 1.50zw ；光滑管：/ = 21.5mm,I = 1.50w o操作装置图如下：五、实验操作1、关闭流量调节阀门，启动水泵；2、调整阀门ViV5开关，确定测量管路；3、翻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，否那么继续排气；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h压降/kPa,温度/°C；7、层流实验水流量由量筒和秒表测出；8、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：P (kgm3) =998.2(mPa.s)= 1.005T=20.6oC 光滑管 1=1.5m d=21.5mmT=21.6°C 粗糙管 1=1.5 d=21.5mm序号流量 qvm3h,压降 ppa流量 qvm3h'1压降 ppa14.107314.54.1210468.023.555580.03.557748.733.054225.53.055739.542.583058.72.554054.552.212265.82.203046.761.851608.81.862179.671.501065.21.501448.281.16643.21.15869.490.85349.30.84482.5100.65205.50.65284.5突然扩大管T=22.5°Cd=15.6mmD=42mm1=140mmL=280mm序号流量qvm3h,ppa13.55256.522.01457.530.8159.6层流管d=2.9mmI=IlTr=23.1°C序号V/mlt/sppa1111205155.62102205065.5384202172.0470201731.2562201535.662220438.0数据计算例如：1、光滑管：近似取T=20.0°C时水的密度夕=998.2Kg/w?,粘度=L005mPs以光滑管第一组数据为例：2、粗糙管：以粗糙管第一-组数据为例：qv=4.12m31hfp=l0468Pa,d=2.5mm,I=1.50mv = 4×4.123600 t3.14×0.02152=3.153902/w / s , Re =0.0215x3.153902x998.21.005 ×103= 67350.083、突然扩大管:以第组数据为例:qv=3.5n31htp=5256.5Pa,di=16.0/m?,d2=42.Otwn,同理求出三组数据所对应的£值，再求其平均值3=°570207+0.63；167+0.742252=064g2094、层流管：以第组数据为例：d=2.9mm,l=1.00wfp=5155.6Pa,V=lml,t=20s4qv 4×0.(XXXX)555 d 3.14×0.00292= 0.840673m/S= 0.042387225上=IllXIO=o.OO555m5Is,t20dp Re = 2421.4570.0029x0.840673x998.21.OO5×1O32dAp2×0,0029×5155.6Ipu2LOOx998.2×0.8406732按照以上方法将实验数据处理如下表所示：光滑管：1=1.5Om,d=21.5mm,压降零点修正APo=OkPa,水温度=20.6表L光滑管的原始数据记录及处理结果一览表序号水流量m3h,压降/Pa流速ms,雷诺数Re摩擦系数入Blasius14.107314.53.138667023.140.0213240.01965823.555580.02.717658032.230.0216990.02037933.054225.52.334949858.670.0222610.02116742.583058.71.975042175.530.0225190.02207252.212265.81.691836127.100.0227350.02294361.851608.81.416230242.150.0230360.02398571.501065.21.148324520.660.0232010.02527681.16643.20.888018962.640.0234250.02695490.85349.30.650713895.040.0236930.029133100.65205.50.497610625.620.0238370.031154粗糙管：1=1.5Om,d=21.5mm,压降零点修正APo=OkPa,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量m3h1压降/Pa流速ms,雷诺数Re摩擦系数14.1210468.03.154067350.080.03022223.557748.72.717658032.230.03013233.055739.52.334849858.670.03023742.554054.51.952141685.120.03055752.203046.71.684135963.630.03084961.862179.61.423930405.620.03087571.501448.21.148324520.660.03154381.15869.40.880318799.170.03221790.84482.50.643013731.570.033512100.65284.50.497610625.620.033000根据以上数据做出散点图如下：图3.光滑管和粗糙管的人与Re的关系散点图将上图修正处理，得到曲线图如下图4.光滑管和粗糙管的人与Re的关系以及Blasius公式比拟(3)突扩管：dl=16.0mm,d2=42.0mm,压降零点修正APo=OkPa,水温度=22.5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量m3h,压降/Pa细管流速mls,粗管流速mls1局部阻力系数;13.55256.55.08920.70210.57020722.01457.52.90810.40120.63216730.8159.61.16320.16050.742252(4)层流管：l=2.9mm,d=1.00m,压降零点修正APO=OkPa,水温度=23.1表3.层流管的原始数据记录及处理结果览表序号水体积/ml水流量m3s-'压降ZkPa流速mls,雷诺数Re摩擦阻力系数人入理论11110.00000565155.60.84072421.460.0423870.02643021020.00000515065.50.77252225.120.0493200.0287623840.000004221720.63621832.450.0311820.0349264700.00000351731.20.53021527.050.0357890.0419115620.00000311535.60.46961352.530.0404670.0473196220.0000011438.00.1666479.930.0916710.133353图6.层流管的人与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，摩擦阻力系数人随雷诺数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曲线比拟接近，说明当Re在3x103范围内,人与Re的关系满足BlaSiUS关系式，即;I=0.3163Re°25: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人随Re的变化趋势与公式Zl=丝特性曲线相近，证明在层流区人与Re的关系满足公式2=丝。Re超过2000后明显ReRe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，保证流体的连续，这样流体的流动测定才能准确。先翻开出口阀排净管路中的空气，然后关闭出口阀开U形压差计的排气阀。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-Re数据能否关联在一条曲线上？答：由Re=,4=2d”联立得:生血，可知人.Re曲线受p、d、1、P等的影响，Ipu2/Re2故不一定能关联到一条曲线上。3、以水为工作流体所测得的人-Re关系能否适用于其他种类的牛顿型流体？为什么？答,不能，因为由实验证明在湍流区Re=IO'IO5范围内，入与Re的关系式遵循Blasius关系式,即=0.3163Re°2而Re的值与流体密度、粘度等物理性质有关，不同流体物理性质不同，所以不适用。4、测出的直管摩擦阻力与设备的放置状态有关吗？为什么？(管径、管长相同，且Rl=R2=R3)答：与设备的放置状态无关。由伯努利方程：z+左+包-z+或+"，2gPg2gpgj2ZHf=Zz,+2二在，其中"=l:上。因为U型管所测得的即是两点间的势能差，即为Pgd2g(zi-z2)+-l-,当R相同时，三次的摩擦阻力系数也相等。Pg5、如果要增加雷诺数的范围，可采取哪些措施？答：根据Re=g更改管径，更改流体温度，从而更改流体的粘度和密度。实验完成日期：2012年评语成绩辅导教师年月日
