流體阻力系數(shù)測定實驗報告-3課件

1、實驗題目：流體流動阻力的測定姓名：沈延順同組人：覃成鵬 臧婉婷 王俊燁實驗時間：2011.10。24化工原理實驗一、實驗題目：流體流動阻力的測定二、實驗時間：2011.10.24三、姓名：沈延順四、同組人員：覃成鵬、臧婉婷、王俊燁五、實驗報告摘要：進行流體流動的學(xué)習(xí)，知道流體的性質(zhì)和如何計算流體阻力的方法。通過流體阻力實驗，包括不銹鋼管、鍍鋅鋼管、突然擴大管路和層流管路的測定流體的流量和壓降通過伯努利方程來推倒阻力系數(shù)和雷諾數(shù)之間的關(guān)系，來驗證層流、湍流雷諾數(shù)與阻力系數(shù)之間的關(guān)系。流體阻力的大小關(guān)系到輸送機械的動力消耗和輸送機械的選擇，測定流體流動阻力對化工及相關(guān)過程工業(yè)的設(shè)計、生產(chǎn)和科研具有

2、重要意義。六、實驗?zāi)康募叭蝿?wù)： 1、掌握測定流體流動阻力實驗。 2、測定直管的摩擦阻力系數(shù)及突然擴大管路和閥門的局部阻力系數(shù)。 3、測定層流管的摩擦阻力。 4、驗證湍流區(qū)內(nèi)摩擦阻力系數(shù)為雷諾數(shù)Re和相對粗糙度的函數(shù)。 5、將所得光滑管的Re方程與Blasius方程相比較。七、基本原理： 1、直管摩擦阻力 不可壓縮流體（如水），在圓形直管中做穩(wěn)定流動時，由于黏性和渦流的作用產(chǎn)生摩擦阻力；流體在流過突然擴大管、彎頭等管件時，由于流體運動的速度和方向突然變化，產(chǎn)生局部阻力。影響流體阻力的因素較多，在工程上通常采用量綱分析方法簡化實驗，得以在一定條件下具有普遍意義的結(jié)果，其方法如下： 流體流動阻力與流

3、體的性質(zhì)，流體流經(jīng)處的結(jié)合尺寸以及流動狀態(tài)有關(guān)，可表示為： p=fd,l,u, 引入下列無量綱數(shù)群。雷諾數(shù) Re=du相對粗糙度 d管子長徑比 ld從而得到： pu2=du,d,ld令=Re,d p=ldRe,du22可得摩擦阻力系數(shù)與壓頭損失之間的關(guān)系，這種關(guān)系可用實驗方法直接測定。 hf=p=ldu22式中 hf直管阻力，J/kg l被測管長，m d被測管內(nèi)徑，m u平均流速，m/s 摩擦阻力系數(shù)。 當流體在一管徑為d的圓形管中流動時，選取兩個截面，用U形壓差計測出這兩個截面之間的靜壓強差，即為流體流過兩截面間的流動阻力。根據(jù)伯努利方程找出靜壓強差和摩擦阻力系數(shù)的關(guān)系式，即可求出摩擦阻力系

4、數(shù)。改變流速可測出不同Re下的摩擦阻力系數(shù)，這樣就可得出某一相對粗糙度下管子的Re關(guān)系。（1） 湍流區(qū)的摩擦阻力系數(shù)在湍流區(qū)內(nèi)=fRe,d。對于光滑管，大量實驗證明，當Re在3103105范圍內(nèi)，與Re的關(guān)系遵循Blasius關(guān)系式，即 =0.3163/Re0.25對于粗糙管，與Re的關(guān)系均以圖來表示。（2） 層流的摩擦阻力系數(shù) =64Re 2、局部阻力 hf=u22 式中，為局部阻力系數(shù)，其與流體流過的管件的集合形狀及流體的Re有關(guān)，當Re大到一定值后，與Re無關(guān)，成為定值。八、實驗裝置和流程：實驗裝置 本實驗裝置如下圖所示，管道水平安裝，實驗用水循環(huán)使用。其中No.1管委層流管，管徑（6x

5、1.5）mm，兩側(cè)壓點之間距離為1m,No.2管安裝有球閥和截止閥兩種管件，管徑為（27x3）mm,No.3管為（27x2.75）mm的不銹鋼管。No.4管為（27x2.75）mm鍍鋅鋼管，直管阻力的兩測壓口堿的距離為1.5m.No.5為突然擴大管，管子有（22x3）mm擴大到（48x3）mm,a1,a2為層流管兩端的測壓口；b1,b2表示球閥的兩測壓口；c1,c2表示截止閥的兩測壓口；d1,d2表示不銹鋼管的兩測壓口；e1,e2表示粗糙管的兩測壓口；f1,f1表示突然擴大管的兩測壓口。系統(tǒng)裝有孔板流量計（孔徑24.00mm,孔流系數(shù)C0=0.73）以測量流量。 實驗的測量系統(tǒng)如上圖的左側(cè)所示

6、，共有兩套U型壓差計，一套正U形壓差計（正U形壓差計中指示液為CCL4,其密度為1595kg/m3）和一組切換閥。正U形壓差計用來測量層流管的阻力，他也可用倒U形壓差計測量；倒U型壓差計用來測量孔板壓差，直管阻力和局部阻力，各測壓點均與面板后兩個匯集管相連，通過面板上切換閥與倒U型壓差計相連。前者用來測量直管阻力和局部阻力，后者用來測量孔板壓差，其測壓口與裝置相同編號的測壓口相連。實驗流程圖檢查儀器開電源開關(guān)開泵2、不銹鋼管流量和壓強差的測定3、鍍鋅鋼管流量和壓強差的測定1、層流流量和壓強差的測定4、突然擴大管流量和壓強差的測定排氣、檢查裝置排氣、檢查裝置排氣、檢查裝置排氣、檢查裝置測量水溫、

7、細管長徑和粗管長徑測量管長、管徑和水溫測量管長、管徑和水溫測量水溫、管長和管徑測量3組流量和壓差測量10組流量和壓差測量10組流量和壓差測量6組時間、體積、時間和壓差九、操作要點： 1、啟動離心泵，打開被測管線上的開關(guān)閥及面板上與其相應(yīng)的切換閥，關(guān)閉其他的開關(guān)閥和切換閥，保證測壓點一一對應(yīng)。 2、系統(tǒng)要排凈氣體使液體流動。設(shè)備和測壓管線中的氣體都要排凈，檢查是否排凈的方法是當流量為零時，觀察U型壓差計中兩液面是否水平。 3、讀取數(shù)據(jù)時，應(yīng)注意穩(wěn)定后再讀數(shù)。測量直管摩擦阻力時，流量由大到小，充分利用面板量程測取10組數(shù)據(jù)，然后再從小到大測取幾組數(shù)據(jù)，以檢查數(shù)據(jù)的重復(fù)性。測定突然擴大管、球閥和截止

8、閥的局部阻力時，各測量3次。層流管的流量用量筒與秒表測取。 4、測完一根管的數(shù)據(jù)后，應(yīng)將流量調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，觀察壓差計的兩液面是否水平，水平時才能更換另一條管路，否則全部數(shù)據(jù)無效。同時要了解各種閥門的特點，學(xué)會使用閥門，注意閥門的切換，同時要關(guān)嚴，防止內(nèi)漏。十、原始數(shù)據(jù)：不銹鋼管L=1.50md=20.5mmT=16.7序號水流量/mh壓降/KPa10.720.3721.050.7831.321.1941.691.8452.032.5862.413.5072.084.5983.266.0193.546.99103.918.40鍍鋅鋼管L=1.50d=22.0T=17.2序號水流量/mh壓降/KPa

9、10.730.4221.231.0431.621.7142.062.6152.423.5162.744.4372.995.2783.286.2293.557.30103.928.80突然擴大管路d1=16.0mm d2=42.0mmL1=140mm L2=280mmT=17.8序號水流量/mh壓降/KPa11.200.3522.411.8233.303.68層流管路d=2.7mmL=1.00mT=18.6序號時間（t）水的體積/ml壓降/KPa12597511.4922546742.2432554852.6442645962.9153736146377十一、實驗數(shù)據(jù)處

10、理：實驗計算方法，原理，公式如下：流體在管道內(nèi)流動時，由于流體的粘性和渦流的影響會產(chǎn)生阻力作用，流體在直管內(nèi)流動阻力的大小與管長、管徑、流體流速和管道摩擦系數(shù)有關(guān)，他們之間的關(guān)系如下： Hf=Pf=ldu22 =2dlPfu2 Re=du1、 不銹鋼管數(shù)據(jù)處理如下：處理過程如下：整理后的得到的數(shù)據(jù)如下：序號壓降/pa流速/m/s雷諾數(shù)阻力系數(shù)阻力系數(shù)理論值13700.60594411236.990.027580.03072109427800.88366816387.280.0273390.027955835311901.11089720601.150.0263910.0264013614184

11、01.42228526375.720.0248950.024819791525801.70842531682.070.0241930.023708048635002.02822937612.710.0232860.022712531745902.35644843699.410.0226230.021876623860102.74357950878.60.0218520.021060341969902.97922455248.540.0215540.0206309391084003.29061261023.110.0212320.0201245242、 鍍鋅鋼管數(shù)據(jù)處理如下：處理過程如下：處理后

12、的數(shù)據(jù)如下：序號流量/m/s流速/m/s雷諾數(shù)阻力系數(shù)10.0002030.53343910761.680.04232320.0003420.89880918132.70.03781530.000451090.03584340.0005721.50532230368.580.03383350.0006721.76838835675.720.0329760.0007612.00222540393.170.03245970.0008312670.03242780.0009112.39682448353.860.03180490.0009862.5

13、9412352334.210.031864100.0010892.86449757788.760.0315033、 由“不銹鋼管”和“鍍鋅鋼管”數(shù)據(jù)得到Re圖如下：Re關(guān)系圖由上圖可知道：1、 不銹鋼管的曲線函數(shù)是：y=0.2161x-0.178 相關(guān)度是：0.9751，即Re的關(guān)系是：=0.2161Re-0.178.2、 鍍鋅鋼管的曲線函數(shù)是：y=0.1428x-0.172 相關(guān)度是：0.969，即Re的關(guān)系是：=0.1428Re-0.172。3、 實際上Blasius關(guān)系式是 =0.3163Re-0.254、 根據(jù)實驗和實驗數(shù)據(jù)知道曲線相關(guān)度分別是0.9751和0.969和函數(shù)的表達式可以

14、說明實驗在有外在的條件干涉下證明和驗證了Blasius方程。4、突然擴大管數(shù)據(jù)處理：處理過程如下：處理后的數(shù)據(jù)如下：序號流量/m/h壓降/pa流速U1/m/s流速U2/m/s局部阻力系數(shù)11.23501.657864020.2405970.7238807222.4118203.329543570.48319910.6501092533.336804.559126050.66164190.624326765、層流數(shù)據(jù)處理如下：數(shù)據(jù)處理過程如下：處理完的數(shù)據(jù)如下：序號流量/m3/s壓差/pa流速/m/s雷諾數(shù)理論值阻力系數(shù)11.96E-0614900.342989493883.09380.0724

15、720.06850322.91E-0622400.5076400881307.0190.0489660.04701333.33E-0626400.5812736331496.6030.0427640.0422643.63E-0629100.6339107941632.1280.0392130.03916753.91E-0631500.6825407391757.3350.0364190.03657164.28E-0637700.7477611081925.2580.0332420.036467層流阻力系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系圖十二、結(jié)果結(jié)論：1、 對于光滑管理論的摩擦阻力系數(shù)和實驗測定的摩擦阻力系數(shù)

16、所差無幾。而對于鍍鋅鋼管來說用Blasius公式算出的數(shù)據(jù)與實驗的數(shù)據(jù)相差的很遠。2、 通過雙對數(shù)坐標對不銹鋼管和鍍鋅鋼管的摩擦阻力系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系可以看出所得的數(shù)據(jù)做成的曲線的方程，和Blasius方程很相近。3、 對于層流管的摩擦阻力系數(shù)的實驗數(shù)據(jù)所得的值和理論公式所得的值幾乎一樣。4、 對于突然放大管路的摩擦阻力系數(shù)的值算出來三組數(shù)據(jù)都不相等，但是差距很小，可以認為是一樣的。十三、分析討論：1、 在不銹鋼管實驗中，由最后的數(shù)據(jù)顯示摩擦系數(shù)的值和理論摩擦系數(shù)的值很相近但還是有有一定的差距，我想這是由于下面的幾點原因：第一，不銹鋼管可以看作是光滑管但它還是有一定的阻力，并不是不受阻力的影響

17、。第二，實驗中溫度、壓差和流量都不是一個定值，是在變化的。第三，在實驗過程中和數(shù)據(jù)處理中有效合理的處理數(shù)據(jù)而造成了一定的誤差。2、 通過“不銹鋼管”、“鍍鋅鋼管”和“層流管”實驗數(shù)據(jù)的顯示可以看出：在湍流區(qū)的摩擦阻力系數(shù)，對于光滑管，實驗可以證明當Re在3000到300000范圍內(nèi)與Re的關(guān)系遵循Blasius關(guān)系式，即：=0.3163Re-0.25。而對于湍流區(qū)的粗糙管路，與Re之間的關(guān)系就只能用圖來表示。而對于層流的摩擦阻力系數(shù)是符合：=64/Re的關(guān)系的。3、 對于突然放大管路來說，從理論上來講，摩擦阻力系數(shù)應(yīng)該是相等的，但是在實驗的數(shù)據(jù)表明摩擦阻力系數(shù)并不相等。這是由于我們在測定壓差時，壓差傳感器的兩端并不是在離突然放大管路很近的地方，而是d1=140mm,d2=280mm距離還是很多的。所以會造成了最后的數(shù)據(jù)并不相等，而是有很微小的差異。十四、思考題2、答：我認為對于相對粗