流体阻力实验报告.docx
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流体阻力实验报告
化工原理实验报告
实验名称:
流体流动阻力测定
班级:
学号:
姓名:
—
同组人:
—
实验日期:
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2dP,其中为实验温度下流体的密度;流
Iu2
体流速U如2,以及雷诺数Re吒(为实验温度下流体粘度),得出湍流区光滑直d
管和粗糙直管在不同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
p
入为雷诺数Re和相对粗糙度&/d的函数。
由公式1U2可求出突然扩大管的局
Ui2
部阻力系数,以及由色求出层流时的摩擦阻力系数,再和雷诺数Re作图得出层
Re
流管Re关系曲线。
关键词:
摩擦阻力系数局部阻力系数雷诺数Re相对粗糙度&/d
、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Z;
3、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&Id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,口,l,d,e,u)=0
应用量纲分析法寻找
hf(AP/
p)与各影响因素间的关系
1)影响因素
物性:
P,口
设备:
l,
d,e操作:
u(p,Z)
2)量纲分析
P[ML-3],卩[ML-1T-1],l[L],d[L],£[L],u[LT-1],hf[L2T-2]
3)选基本变量(独立,含M,L,T)
无量纲化非基本变量
原函数无量纲化
实验
du
层流圆直管(Re<2OO0):
入=0(Re)即入=64/Re
湍流水力学光滑管(Re>4000):
入=
湍流普通直管(4000 入=0(Re,&/d)即1742|og乙18.7丁1gd只萨 湍流普通直管(Re>^界点): 入=0(&/d)即1i742log2 厂d 2、局部阻力损失函数 考虑流体阻力等因素,通常管道设计液速值取1〜3m/s,气速值取10〜30m/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: d2.9mm,l1.00m;突然扩大管: d116.0mm,l1140mm;粗糙 管: d21.5mm,l1.50m;光滑管: d21.5mm,I1.50m。 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V1〜V5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/m3? h-1,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(kg/m3)=卩= T=C光滑管 =d= T=C 粗糙管匸d= 序号 流量 qv/m3? h-1 压降 △p/pa 流量 qv/m3? h-1 压降 △p/pa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 突然扩大管 T=Cd=D=42mml=140mmL=280mm 序号 流量qv/m3? h-1 △p/pa 1 2 3 层流管d=l=1mT=C 序号 V/ml t/s △p/pa 1 111 20 2 102 20 3 84 20 4 70 20 5 62 20 6 22 20 数据计算示例: 1、光滑管: 近似取T=C时水的密度998.2Kg/m3,粘度1.005mPa? s 以光滑管第一组数据为例 33 998.2Kg/m,qv4.1m/h,p7314.5Pa,d21.5mm,,I1.50m 2、粗糙管: 以粗糙管第一组数据为例: 20.021510468 1.50998.23.15390223、突然扩大管: 以第一组数据为例: 4、层流管: 以第一组数据为例: d2.9mm,l1.00m,p5155.6Pa,V111ml,t20s 0.00000555m3/s,u竺-0.0000055^0.840673m/sd23.140.00292 20.042387225 1.00998.20.840673 按照以上方法将实验数据处理如下表所示: ⑴光滑管: I二m,d=,压降零点修正△P°=0kPa,水温度二c 表1.光滑管的原始数据记录及处理结果一览表 序号 水流量 /m3? h-1 压降 /Pa 流速 /m? s-1 雷诺数 Re 摩擦系数 入 入Blasius 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 粗糙管: I二m,d=,压降零点修正△P0=0kPa,水温度=c 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 3〜-1 /m? h 压降 /Pa 流速 /m? s-1 雷诺数 Re 摩擦系数 入 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 根据以上数据做出散点图如下: 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 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: d1=,d2=,压降零点修正△Po=0kPa,水温度=°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 水流量 /m3? h-1 压降 /Pa 细管流速/ml? -1 s 粗管流速/ml? -1 s 局部阻力系数E 1 2 3 -O.5702070.632167O'7422520.648209 3 (4)层流管: 1=,d=m,压降零点修正△P0=0kPa,水温度=°C 表3.层流管的原始数据记录及处理结果一览表 序 水体积 水流量 压降 流速 雷诺数 摩擦阻力 号 /ml /m3? s-1 /kPa -1 /m1? s Re 系数入 入理论 1 111 2 102 3 84 2172 4 70 5 62 6 22 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3103~105范围内,入与Re的关系满足Blasius关系式,即0.3163/Re0.25;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入随Re 的变化趋势与公式色特性曲线相近,证明在层流区入与Re的关系满足公式 Re 64。 Re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 Re 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。 先打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? 3、以水为工作流体所测得的入-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Re103~105范围内,入与Re的关系式遵循 Blasius关系式,即0.3163/Re0.25,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。 (管径、管长相同,且 4、测出的直管摩擦阻力与设备的放置状态有关吗? 为什么? R1=R2=R3 5、如果要增加雷诺数的范围,可采取哪些措施? 答: 根据Re.吒更改管径,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 成绩 评 语 辅导教师 年月日
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- 流体 阻力 实验 报告