流体阻力实验报告_精品文档.docx

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流体流动阻力的测定

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，以及测定已知长度和管径d的光滑直管和粗糙直管间的压差，根据公式，其中为实验温度下流体的密度；流体流速，以及雷诺数（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λ值，通过作双对数坐标图，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λ为雷诺数Re和相对粗糙度ε/d的函数。

由公式可求出突然扩大管的局部阻力系数，以及由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ε/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λ及突然扩大管的局部阻力系数ζ；

3、测定层流管的摩擦阻力系数λ；

4、验证湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺数Re和相对粗糙度ε/d的函数；

5、将所得光滑管的λ-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，ρ，μ，l，d，ε,u）=0

应用量纲分析法寻找hf（ΔP/ρ）与各影响因素间的关系

1）影响因素

物性：

ρ，μ设备：

l，d，ε操作：

u（p,Z）

2）量纲分析

ρ[ML-3]，μ[ML-1T-1]，l[L]，d[L]，ε[L]，u[LT-1]，hf[L2T-2]

3）选基本变量（独立，含M，L，T）

d，u，ρ（l，u，ρ等组合也可以）

4）无量纲化非基本变量

μ：

π1＝μρaubdc[M0L0T0]=[ML-1T-1][ML-3]a[LT-1]b[L]c⇒a=-1,b=-1,c=-1

变换形式后得：

π1＝ρud/μ

l:

π2＝l/dε:

π3＝ε/dhf:

π4＝hf/u2

5）原函数无量纲化

6）实验

摩擦系数：

层流圆直管（Re<2000）：

λ=φ（Re）即λ=64/Re

湍流水力学光滑管（Re>4000）：

λ=0.3163/Re0.25

湍流普通直管（4000

λ=φ（Re,ε/d）即

湍流普通直管（Re>临界点）：

λ=φ（ε/d）即

2、局部阻力损失函数

局部阻力系数：

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：

；突然扩大管：

；粗糙管：

；光滑管：

。

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/℃；

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：

ρ（kg/m3）=998.2μ（mPa.s）=1.005

T=20.6℃光滑管l=1.5md=21.5mm

T=21.6℃

粗糙管l=1.5d=21.5mm

序号

流量

qv/m3•h-1

压降

Δp/pa

流量

qv/m3•h-1

压降

Δp/pa

1

4.10

7314.5

4.12

10468.0

2

3.55

5580.0

3.55

7748.7

3

3.05

4225.5

3.05

5739.5

4

2.58

3058.7

2.55

4054.5

5

2.21

2265.8

2.20

3046.7

6

1.85

1608.8

1.86

2179.6

7

1.50

1065.2

1.50

1448.2

8

1.16

643.2

1.15

869.4

9

0.85

349.3

0.84

482.5

10

0.65

205.5

0.65

284.5

突然扩大管

T=22.5℃d=15.6mmD=42mml=140mmL=280mm

序号

流量qv/m3•h-1

Δp/pa

1

3.5

5256.5

2

2.0

1457.5

3

0.8

159.6

层流管d=2.9mml=1mT=23.1℃

序号

V/ml

t/s

Δp/pa

1

111

20

5155.6

2

102

20

5065.5

3

84

20

2172.0

4

70

20

1731.2

5

62

20

1535.6

6

22

20

438.0

数据计算示例：

1、光滑管：

近似取T=20.0℃时水的密度，粘度

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：

,,

3、突然扩大管：

以第一组数据为例：

,

同理求出三组数据所对应的值，再求其平均值

4、层流管：

以第一组数据为例：

,

按照以上方法将实验数据处理如下表所示：

⑴光滑管：

l=1.50m，d=21.5mm，压降零点修正ΔP0=0kPa，水温度=20.6℃

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λ

λBlasius

1

4.10

7314.5

3.1386

67023.14

0.021324

0.019658

2

3.55

5580.0

2.7176

58032.23

0.021699

0.020379

3

3.05

4225.5

2.3349

49858.67

0.022261

0.021167

4

2.58

3058.7

1.9750

42175.53

0.022519

0.022072

5

2.21

2265.8

1.6918

36127.10

0.022735

0.022943

6

1.85

1608.8

1.4162

30242.15

0.023036

0.023985

7

1.50

1065.2

1.1483

24520.66

0.023201

0.025276

8

1.16

643.2

0.8880

18962.64

0.023425

0.026954

9

0.85

349.3

0.6507

13895.04

0.023693

0.029133

10

0.65

205.5

0.4976

10625.62

0.023837

0.031154

粗糙管：

l=1.50m，d=21.5mm，压降零点修正ΔP0=0kPa，水温度=21.6℃

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

/m3•h-1

压降

/Pa

流速

/m•s-1

雷诺数

Re

摩擦系数λ

1

4.12

10468.0

3.1540

67350.08

0.030222

2

3.55

7748.7

2.7176

58032.23

0.030132

3

3.05

5739.5

2.3348

49858.67

0.030237

4

2.55

4054.5

1.9521

41685.12

0.030557

5

2.20

3046.7

1.6841

35963.63

0.030849

6

1.86

2179.6

1.4239

30405.62

0.030875

7

1.50

1448.2

1.1483

24520.66

0.031543

8

1.15

869.4

0.8803

18799.17

0.032217

9

0.84

482.5

0.6430

13731.57

0.033512

10

0.65

284.5

0.4976

10625.62

0.033000

根据以上数据做出散点图如下：

图3.光滑管和粗糙管的λ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λ与Re的关系以及Blasius公式比较

（3）突扩管：

d1=16.0mm，d2=42.0mm，压降零点修正ΔP0=0kPa，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

/m3•h-1

压降

/Pa

细管流速/m1•s-1

粗管流速/m1•s-1

局部阻力系数ξ

1

3.5

5256.5

5.0892

0.7021

0.570207

2

2.0

1457.5

2.9081

0.4012

0.632167

3

0.8

159.6

1.1632

0.1605

0.742252

（4）层流管：

l=2.9mm，d=1.00m，压降零点修正ΔP0=0kPa，水温度=23.1℃

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

水流量

/m3•s-1

压降

/kPa

流速/m1•s-1

雷诺数Re

摩擦阻力系数λ

λ理论

1

111

0.0000056

5155.6

0.8407

2421.46

0.042387

0.026430

2

102

0.0000051

5065.5

0.7725

2225.12

0.049320

0.028762

3

84

0.0000042

2172

0.6362

1832.45

0.031182

0.034926

4

70

0.0000035

1731.2

0.5302

1527.05

0.035789

0.041911

5

62

0.0000031

1535.6

0.4696

1352.53

0.040467

0.047319

6

22

0.0000011

438.0

0.1666

479.93

0.091671

0.133353

图6.层流管的λ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λ随雷诺数Re的增大而减小。

至足够大的Re后，λ-Re曲线趋于平缓；

2、实验