流体流动阻力测定实验报告

流体流动阻力的测定实验报告      化工0808200811240报告人：董天琦同组人:谢应锐、魏来、派瑞克、施云流体流动阻力测定实验报告 200811240 化工0808 董天琦 流体流动阻力测定实验报告 实验时间：2010.10.21       报告人：董天琦        学号：200811240   班级：化工 0808            同组人: 谢应锐、魏来、派瑞克、施云 摘要：本实验通过测定流体在不同管路中流动时的流量qv、测压点之间的压强差ΔP，结合已知的管路的内径、长度等数据，应用机械能守恒式算出不同管路的λ‐Re变化关系及突然扩大管的-Re关系。从实验数据分析可知，光滑管、粗糙管的摩擦阻力系数随Re增大而减小，并且光滑管的摩擦阻力系数较好地满足Blasuis关系式： 。突然扩大管的局部阻力系数随Re的变化而变化。层流时，摩擦阻力系数满足 关系式。 一、实验目的及任务 1、掌握测定流体流动阻力实验的一般方法。 2、测定直管摩擦阻力系数λ及突然扩大管和阀门的局部阻力系数。 3、测定层流管的摩擦阻力。 4、验证湍流区摩擦阻力系数λ为雷诺数Re和相对粗糙度的函数。 5、将所得光滑管的λ‐Re方程与Blasius方程相比较。 二、基本原理 流体在由直管和管件、阀门组成的管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在,不可避免地要消耗一定的机械能。流体在直管中流动造成机械能损失称为直管阻力损失,用Hp表示。而流体流经阀门管件等的局部障碍所造成的机械损失,称为局部阻力损失,用hf表示。直管阻力损失,表现在水平均匀管路中两截面的压强降低,即：21pphf。因为影响阻力损失的因素很多,即),,,,,,(uldfhf所以,我们采用因次分析指导下的实验研究方法。根据因次分析法,将),,,,,(uldfphf组合第1页共9页流体流动阻力测定实验报告 200811240 化工0808 董天琦 成无因次式：雷诺数Re=d*u*ρ/μ;相对粗糙度=ε/d;管子长径比=l/d所以有ddlduuP,,2(1)变换(1)式,得2Re,2uddlP(2)由(2)式可知hPlduf22(3)(3)式中的λ,即为直管摩擦系数,它可表示成Re,d。它只是雷诺数及管壁相对粗糙度的函数,确定它们之间的关系,只要用水作物系,在实验室规模的装置中进行有限量的实验即可得知,知道了λ的值,就可计算任何物系的流体在管道中的阻力损失,使实验结果具有普遍意义。局部阻力损失,用局部阻力系数法表示,即用动能系数来表示,可写成22uhe。三、装置和流程本实验装置如图，管道水平安装，实验用水循环使用。其中1为水箱，2为水泵，3为层流水箱，4管为层流管，管径Φ=2.5mm,两测压点之间距离为1.00m；5为截止阀，6为球形阀。7管为光滑管，管径Φ=20.5mm，长度为1.80m。8管为粗糙管，管径Φ=22.0mm，长度为1.50m。9管为突然扩大管，管子由Φ（22*3）mm扩大到Φ（48*3）mm；10为流量调节阀，11为层流调节阀。系统装有孔板流量计（孔径Φ24.00mm，孔流系数C0=0.73）以测量流量。第2页共9页流体流动阻力测定实验报告 200811240 化工0808 董天琦  实验的测量系统如图，共有两套倒U形压差计，一套正U形压差计和一组切换阀。正U形压差计用来测量层流管阻力，它可以用倒U形压差计测量；倒U形压差计用来测量孔板压差、直管阻力和局部阻力，各测压点均与面板后的两个汇集管相连，通过面板上切换阀与倒U形压差计相连。前者用来测量直管阻力和局部阻力，后者用于测量孔板压差，其测压口与装置相同编号的测压口相连。 四、实验操作要点 ①启动离心泵，打开被测管线上的开关阀及面板上与其相应的切换阀，关闭其他开关阀和切换阀，保证测压点一一对应。 ②系统要排净气体是液体连续流动。设备和测压管线中的气体都要排净，检查是否排净的方法是当流量为零时，观察U形压差计中两液面是否水平。 ③读取数据时，应注意稳定后再读书。测定直管阻力时，流量由大到小，充分利用面板量程读取8组数据，然后由小到大测取几组数据，以检查数据的重复性。测定突然扩大管、球阀和截止阀的局部阻力时，各测取3组数据。层流管的流量用量筒与秒表测取。   第3页共9页流体流动阻力测定实验报告 200811240 化工0808 董天琦 五、实验原始数据 光滑管 T=15.2℃ d=20.5mm l=1.5m 流量（m3/h）压差（Kpa）3.8277.2383.25.6092.874.5882.834.47032.423.40892.022.42981.691.80451.371.25241.040.78670.770.48640.390.1885 粗糙管 T=16.2℃ d=22.0mm l=1.5m 流量（m3/h）压差（Kpa）3.877.58593.175.54512.673.96732.283.01920.35951.664.69631.41.25931.110.84350.810.5080.540.2715 扩大管T=18.8℃ d1=16.0mm l1=140mm d2=48mm l2=28.6mm 流量（m3/h）压差（Kpa）3.31.83352.180.7451.380.283 第4页共9页流体流动阻力测定实验报告 200811240 化工0808 董天琦  层流管 T=19.7℃ d=2.5mm l=1m 时间（s）体积（ml）流量（m3/h）120430.00129120780.0023490800.0032901020.0040860850.0051601030.00618601450.0087601600.0096第5页共9页流体流动阻力测定实验报告 200811240 化工0808 董天琦 六、数据处理 实验时水温为15.2。C，查得此温度下的黏度μ=1.155(mPa.s)。取ρ=1000kg/m3 。列出两测压点之间的机械能守恒式：  ⑴对于光滑管，z1=z2，u1=u2=u且=0，则有且uA=qv， 可得 且雷诺数   。          ⑵对于粗糙管与光滑管，即 ， 。 ⑶对于突然扩大管，可忽略摩擦阻力损失，且z1=z2，u=u2，则 ，， 则 ⑷对于层流管，算法与光滑管相同，即， 由以上原理整理得出以下数据   第6页共9页流体流动阻力测定实验报告 200811240 化工0808 董天琦  在双对数坐标上分别做两管的Re‐λ关系图，图形如下：   层流管和扩大管数据处理如下   第7页共9页流体流动阻力测定实验报告 200811240 化工0808 董天琦 扩大管流量（m3/h）压差（Kpa）水的流速1水的流速2密度ρ(kg/m3)阻力系数λ3.31.83354.5591259740.5065696997.9172560.9874775332.180.7453.0117862490.3346429997.9172560.9874897161.380.2831.9065435890.2118382997.9172560.987498284 做层流管Re‐λ关系图，图形如下 第8页共9页流体流动阻力测定实验报告 200811240 化工0808 董天琦 七、实验结果与结论和误差分析 1、由以上实验数据处理的图形可知,光滑管和粗糙管的λ随Re的增大而减小，且Re增大到一定数值时，λ降低的速度变小。 2、由光滑管的Re‐λ曲线可以看出实验数据和符合Blasuis关系式。 3、层流管的所得的实验数据较好地符合公式λ=64/Re。 4、层流管的Re小于2000，光滑管和粗糙管的Re在104数量级。 5、局部阻力系数随Re的增大而减小，当Re增大到一定数值后局部阻力系数变化率减小。 6、实验过程中水箱中的水的温度不断升高，但是记录数据的时候只记录了初始温度。 7、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 2、在不同设备（包括相对粗糙度相同而管径不同）、不同温下测定的λ-Re数据能否关联在一条曲线上？答：不一定，因为λ和Re与流体的密度和粘度有关。密度与粘度与温度有关。所以不一定呢能关联到同一条曲线上3、以水作工作流体所测得的λ-Re关系能否适用于其他种类的牛顿型流体？为什么？答：其他牛顿型流体的物理性质，如密度，黏度等和水不同，而λ、Re和密度，黏度有关，所以不适用于其他流体。5、如果要增加雷诺数的范围，可采取那些措施？答：更改管径，更改流体温度，从而更改流体的粘度和密度。。第9页共9页