1、北京化工大學(xué)化工原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：流體流動(dòng)阻力測(cè)定班 級(jí)：化工10學(xué)號(hào)：2010姓名：同組人：實(shí)驗(yàn)日期：2012.10.10北京化工大學(xué)流體流動(dòng)阻力的測(cè)定流體阻力實(shí)驗(yàn)一、摘要通過(guò)測(cè)定不同閥門(mén)開(kāi)度下的流體流量qv，以及測(cè)定已知長(zhǎng)度I和管徑d的光滑直管和粗糙直管間的壓差p，根據(jù)公式，2d. ：p，其中為實(shí)驗(yàn)溫度下流體的密度；流體流速扎-邛uu =竺，以及雷諾數(shù)Re=d （為實(shí)驗(yàn)溫度下流體粘度），得出湍流區(qū)光滑直管和粗糙二d直管在不同Re下的入值，通過(guò)作-Re雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖，可以得出兩者的關(guān)系曲線，以及和光滑管遵循的Blasius關(guān)系式比較關(guān)系，并驗(yàn)證了湍流區(qū)內(nèi)摩擦阻力系數(shù)入為雷諾數(shù)Re和相2丄2

2、如對(duì)粗糙度 £ /d的函數(shù)。由公式 =1T 可求出突然擴(kuò)大管的局部阻力系數(shù)，以及由Ui2二64求出層流時(shí)的摩擦阻力系數(shù)再和雷諾數(shù) Re作圖得出層流管，-Re關(guān)系曲線。Re關(guān)鍵詞：摩擦阻力系數(shù)局部阻力系數(shù) 雷諾數(shù)Re相對(duì)粗糙度£ /d二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握測(cè)定流體流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)的一般試驗(yàn)方法；2、 測(cè)定直管的摩擦阻力系數(shù) 入及突然擴(kuò)大管的局部阻力系數(shù)Z3、 測(cè)定層流管的摩擦阻力系數(shù)入；4、 驗(yàn)證湍流區(qū)內(nèi)摩擦阻力系數(shù)入為雷諾數(shù)Re和相對(duì)粗糙度 £ /的函數(shù)；5、 將所得光滑管的入-Re方程與Blasius方程相比較。三、實(shí)驗(yàn)原理1、直管阻力損失函數(shù)：f （hf, p卩，I

3、, d, £U）=0應(yīng)用量綱分析法尋找 hf （ A P /p）與各影響因素間的關(guān)系1）影響因素物性：p, 設(shè)備：I, d, &操作：u （p,Z）2）量綱分析_3_1_1_12-2P ML ,卩ML T , lL, dL, & L, uLT , hf LT3）選基本變量（獨(dú)立，含 M , L, T）d, u, p （l, u, p等組合也可以）4）無(wú)量綱化非基本變量卩：n 1 = p aubdcM 0L0T0 =ML-1 T-1ML-3aLT-1bLc?a=-1,b=-1,c=-1變換形式后得：n 1 = p ud /2l: n 2= l/d £ : n

4、3= £ /dhf：n 4= hf/u5）原函數(shù)無(wú)量綱化F d 2 邑0F u 2' d ' d06）實(shí)驗(yàn)一巴, L .吐2 u 2（Re）即入=64/Re湍流水力學(xué)光滑管（Re>4000）:入=0.3163/Re0.25湍流普通直管湍流普通直管4000<Re < 臨界點(diǎn)）：入=0（ Re, £ /d 即 1小 iN 丄 18.7 '、1.742log 樂(lè)VdR®'丸丿Re>臨界點(diǎn)）：入=0 （ £ 2 即丄 士 74_2lOgfh）-2、局部阻力損失函數(shù)2hf =局部阻力系數(shù)：-=巒（局部結(jié)構(gòu)）2

5、考慮流體阻力等因素，通常管道設(shè)計(jì)液速值取13m/s,氣速值取1030m/s。大多數(shù)閥門(mén)：順時(shí)針旋轉(zhuǎn)是關(guān)閉，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)是打開(kāi)。四、實(shí)驗(yàn)流程層流管：d = 2.9mm, l = 1.00m ；突然擴(kuò)大管：d1 =16.0mm, l1 = 140mm；粗糙管:d = 21.5mm, l = 1.50m ；光滑管：d = 21.5mm, l = 1.50m。操作裝置圖如下：I A d 丿 d 2 摩擦系數(shù)：.二 Re, ；. d 層流圓直管（Re<2000）:入=圖1流休阻力實(shí)驗(yàn)裝置流程圖水箱 2.離心泵 3.孔板流址計(jì) 4.管路切換閥5+測(cè)雖管路6.穩(wěn)流罐 7.流雖調(diào)節(jié)閥五、實(shí)驗(yàn)操作1、關(guān)閉流

6、量調(diào)節(jié)閥門(mén)，啟動(dòng)水泵；2、調(diào)整閥門(mén)V1V5開(kāi)關(guān)，確定測(cè)量管路；3、打開(kāi)對(duì)應(yīng)引壓管切換閥門(mén)和壓差傳感器閥門(mén)，進(jìn)行主管路、測(cè)壓管路排氣;4、排氣結(jié)束，關(guān)閉傳感器閥門(mén)，檢查其數(shù)值回零，否則繼續(xù)排氣；5、確定量程，布點(diǎn)，改變水流量測(cè)多組數(shù)據(jù)；6、 所有參數(shù)在儀表柜集中顯示，水流量/m ?h-，壓降/kPa，溫度/ C；7、層流實(shí)驗(yàn)水流量由量筒和秒表測(cè)出；&測(cè)完所有數(shù)據(jù)，停泵，開(kāi)傳感器排氣閥，關(guān)閉切換閥門(mén)；9、檢查數(shù)據(jù)，整理好儀器設(shè)備，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 原始數(shù)據(jù)如下表：3p (kg/m ) =998.2 卩(mPa.s)=1.005T=20.6 C 光滑管l=1.5m d=21.5mm

7、T=216C 粗糙管 l=1.5 d=21.5mm序號(hào)流量qv/m3?h-1壓降 p/pa流量qv/m3?h-1壓降 p/pa14.107314.54.1210468.023.555580.03.557748.733.054225.53.055739.542.583058.72.554054.552.212265.82.203046.761.851608.81.862179.671.501065.21.501448.281.16643.21.15869.490.85349.30.84482.5100.65205.50.65284.5-3 -流體流動(dòng)阻力的測(cè)定突然擴(kuò)大管T=22.5C d=15.

8、6mm D=42mm l=140mm L=280mm序號(hào)流量 qv/m3?h-1 p/pa13.55256.522.01457.530.8159.6層流管 d=2.9mml=1mT=23.1 C序號(hào)V/mlt/s p/pa1111205155.62102205065.5384202172.0470201731.2562201535.662220438.0數(shù)據(jù)計(jì)算示例:31、光滑管：近似取 T=20.0°C時(shí)水的密度 =998.2Kg/m3 ,粘度亠=1.005mPas以光滑管第一組數(shù)據(jù)為例：'二 998.2Kg /m'q 二 4.1m3 /h, ：p 二 7314.5

9、Pa, d 二 21.5mm, I 二 1.50m4 4.10/36003.14 0.0215"= 3.138591m/sRedu-p-O.°215 3.138591 1000 "7023.141.005 102d ：p _2 0.0215 7314.5I ?u2 _1.50 1000 3.138591= 0.021324Blasius關(guān)系式求得，=0.3163/Re0.25 =0.3163/67023.140.25 =0.0196582、粗糙管:以粗糙管第一組數(shù)據(jù)為例:3qv =4.12m /h , p=10468Pa, d =21.5mm, I 1.50m4

10、4.12/36003.14 0.02152=3.153902m / s , Re =du* 0.0215 3.153902998.21.005 103= 67350.08_2d p _2 0.0215 10468-I ?u21.50 998.2 3.1539022= 0.0302223、突然擴(kuò)大管：以第一組數(shù)據(jù)為例:qv =3.5m3/h, ：p =5256.5Pa , d1 = 16.0mm, d2 =42.0mm,u14qv _ 4 3.5/3600 可"3.14 0.0162=5.089167m/ s u2_ 4qv二 d224 3.5/36003.14 0.0422=0.70

11、2097m/s同理求2.：pP2U1=1-0.7020972 +24.188235256.5998.22=0.570207出三組數(shù)據(jù)所對(duì)0.5702070.6321670.742252=0.648209再求其平均值4、層流管：以第一組數(shù)據(jù)為例:d = 2.9mm, l = 1.00m，:p = 5155.6Pa, V = 111ml ,t = 20sV 111X10一 cccccv 3,4qv 4X0.00000555qv0.00000555m /s , uv22 0.840673m / st 20二 d 3.14 0.0029dM 0.0029 0.840673 998.2Re3242145

12、741.005102dl ：?u22 0.00295155.61.00 998.20.840673=0.042387225按照以上方法將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理如下表所示: 光滑管：l=1.50 m , d=21.5mm,壓降零點(diǎn)修正 夕o=OkPa,水溫度=20.6 C表1.光滑管的原始數(shù)據(jù)記錄及處理結(jié)果一覽表序 號(hào)水流里/m3?h-1壓降/Pa流速-1 / m?s雷諾數(shù)Re摩擦系數(shù)入入 Blasius14.107314.53.138667023.140.0213240.01965823.555580.02.717658032.230.0216990.020379133.054225.52.334949

13、858.670.0222610.021167 142.583058.71.975042175.530.0225190.02207252.212265.81.691836127.100.0227350.022943:61.851608.81.416230242.150.0230360.02398571.501065.21.148324520.660.0232010.02527681.16643.20.888018962.640.0234250.02695490.85349.30.650713895.040.0236930.029133:100.65205.50.497610625.620.023

14、8370.031154粗糙管：1=1.50 m , d= 21.5mm,壓降零點(diǎn)修正 APo= 0 kPa,水溫度=21.6C表2粗糙管的原始數(shù)據(jù)記錄及處理結(jié)果一覽表序 號(hào)水流里/m3?h-1壓降/Pa流速/ m?s-1雷諾數(shù)Re摩擦系數(shù)入14.1210468.03.154067350.080.03022223.557748.72.717658032.230.03013233.055739.52.334849858.670.0302374P 2.554054.5:1.9521141685.120.03055752.203046.71.684135963.630.03084961.862179.

15、61.423930405.620.03087571.501448.2P 1.1483 124520.660.03154381.15869.40.880318799.170.0322179P 0.84482.5:0.6430 :13731.570.033512100.65284.50.497610625.620.033000光滑管 O粗糙管根據(jù)以上數(shù)據(jù)做出散點(diǎn)圖如下:0.034 目0 032 J0 一 03；0.028；0.0260.024 彳0.022 10.02-：0 018-20000400006000080000Re圖3光滑管和粗糙管的 入與Re的關(guān)系散點(diǎn)圖將上圖修正處理，得到曲線圖如下

16、kBiasius一 一光滑管一耦糙管圖4.光滑管和粗糙管的入與Re的關(guān)系以及Blasius公式比較(3)突擴(kuò)管：d仁16.0mm, d2=42.0mm,壓降零點(diǎn)修正 APo= 0 kPa,水溫度=22.5°C表3.突然擴(kuò)張管的原始數(shù)據(jù)記錄及處理結(jié)果一覽表序 號(hào)水流里/m3?h-1壓降/Pa細(xì)管流速-1/m1?s粗管流速-1/m1?s局部阻力 系數(shù)E13.55256.55.0892 :0.70210.5702072P 2.01457.5:2.9081：0.40120.63216730.8159.61.16320.16050.742252丿5702。7"67“42252 丸.6

17、482093(4)層流管：l= 2.9mm, d= 1.00 m,壓降零點(diǎn)修正 AFb= 0 kPa,水溫度=23.1 C表3.層流管的原始數(shù)據(jù)記錄及處理結(jié)果一覽表序 號(hào)水體積/ml水流里/m3?s-1壓降/kPa流速-1/m1?s雷諾數(shù)Re摩擦阻力系 數(shù)入入理論11110.00000565155.60.84072421.460.0423870.02643021020.00000515065.50.77252225.120.0493200.0287623840.000004221720.63621832.450.0311820.0349264700.00000351731.20.5302152

18、7.05:0.0357890.0419115620.00000311535.60.46961352.530.0404670.0473196220.0000011438.00.1666479.930.0916710.133353圖6層流管的入與Re的關(guān)系七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：由上面圖表中的數(shù)據(jù)信息可以得出以下結(jié)論：1、 流動(dòng)進(jìn)入湍流區(qū)時(shí)，摩擦阻力系數(shù)入隨雷諾數(shù) Re的增大而減小。至足夠大的Re后，入-Re曲線趨于平緩；2、 實(shí)驗(yàn)測(cè)出的光滑管 入-Re曲線和利用Blasius關(guān)系式得出的入-Re曲線比較接近，說(shuō)明當(dāng)Re在3 103 105范圍內(nèi)，入與Re的關(guān)系 滿足 Blasius關(guān)系式， 即0 25

19、0.3163/Re ；圖像有誤差可能原因是在調(diào)節(jié)流量和時(shí)間控制中未把握好，人為造成了實(shí)驗(yàn)誤差。包括流量的控制大小以及壓降度數(shù)誤差等。3、突然擴(kuò)大管的局部阻力系數(shù)隨流量的減小而增大；4、 在Re<2000范圍內(nèi)，流體流動(dòng)為層流，實(shí)驗(yàn)所得層流管的摩擦阻力系數(shù)入隨Re的 變化趨勢(shì)與公式.二色特性曲線相近，證明在層流區(qū)入與Re的關(guān)系滿足公式.=_64。Re- ReRe超過(guò)2000后明顯與特征曲線相差變大，證明Re大于2000不符合特征曲線。5、 主要實(shí)驗(yàn)誤差來(lái)源：實(shí)驗(yàn)過(guò)程中水的溫度不斷改變，數(shù)據(jù)處理中僅取初始溫度20 度；壓力差計(jì)量表的數(shù)據(jù)在不斷變化，讀取的是一個(gè)瞬時(shí)值。八、思考題1、在測(cè)量前為什么要將設(shè)備中的空氣排凈，怎樣才能迅速地排凈？答：在流動(dòng)測(cè)定中氣體在管路中，對(duì)流動(dòng)的壓力測(cè)量產(chǎn)生偏差，在實(shí)驗(yàn)中排出氣體，