化工原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告(流體流動(dòng)阻力測(cè)定)

1、化工原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱：流體流動(dòng)阻力測(cè)定班級(jí)：化實(shí)1101學(xué)號(hào)：2011011499同組人：陳文漢，黃鳳磊，楊波實(shí)驗(yàn)日期：2013.10.242、報(bào)告摘要通過(guò)測(cè)定閥門(mén)在不同的開(kāi)度下的流體流量q,以及測(cè)定已知長(zhǎng)度l和管徑d的光滑直管v和粗糙直管間的壓差A(yù)p，根據(jù)公式九=2dAp，（其中p為實(shí)驗(yàn)溫度下流體的密度）；流體lpu2流速u(mài)=給，以及雷諾數(shù)Re=duP（卩為實(shí)驗(yàn)溫度下流體粘度），得出湍流區(qū)光滑直管和nd2卩粗糙直管在不同Re下的入值，并通過(guò)作九-Re雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖，以得出兩者的關(guān)系示意曲線，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)2ApRe和相

2、對(duì)粗糙度/d的函數(shù)。由公式廠1u；+p可求出突然擴(kuò)大管的局部阻力系數(shù)，以u(píng)21及由x=64求出層流時(shí)的摩擦阻力系數(shù)九，再和雷諾數(shù)Re作圖得出層流管九-Re關(guān)系曲Re線。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募叭蝿?wù)1、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)Z；3、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e/d的函數(shù)；5、將所得光滑管的X-Re方程與Blasius方程相比較。三、實(shí)驗(yàn)原理1、不可壓縮液體在圓形直管中做穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，由于粘性和旋流作用產(chǎn)生摩擦阻力，流體在流過(guò)突然擴(kuò)大，彎頭等管件時(shí)，由于流體運(yùn)動(dòng)的速度和方向突然變化，

3、產(chǎn)生局部阻力。影響流體的阻力因素較多，在工程上通常采用量綱分析方法簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)，得到在一定條件下具有普遍意義的結(jié)果。直管阻力損失函數(shù)：f（hf,p,卩，1，d，&u）=0應(yīng)用量綱分析法尋找與（AP/卩）與各影響因素間的關(guān)系1）影響因素物性：p，卩設(shè)備：1，d，操作：u（p,Z）2）量綱分析PML-3，卩ML-IT-i,1L，dL,eL,uLT-i,hfL2T-2：n=Paubdc變換形式后得：5)l:n2=l/d原函數(shù)無(wú)量綱化ni=Pud/UE/dh:n4=h/u23）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MoLoTo=ML-iT-iML-3aL

4、T-ibLcaa=-1,b=-1,c=-1dup6)Iu實(shí)驗(yàn)?zāi)Σ料禂?shù)：X=（Re,Ld）層流圓直管（Re4000）：入=0.3163/Re0.25湍流普通直管（4000Re臨界點(diǎn)）：入予（/d）即丄(2小=1.742log.-d丿對(duì)于粗糙管，入與Re的關(guān)系均以圖來(lái)表示C.61Q.Q40OSO.Mnona02g.p0MtAo.oaoifl.CMRQ.WQIC.、局部阻力損失函數(shù)h二!局部阻力系數(shù)：匚=9（局部結(jié)構(gòu)）f2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)流程光滑管：d=20.5mm,l=1.50m粗糙

5、管：d=22.0mm,l=1.50m；突然擴(kuò)大管：d1=16.0mml1140mmd2=42.0mm，l2=280mm層流管：d=2.7mm，l=1.00m；操作裝置圖如下：6piP2No25No3P5P6I孕paP7F9Pill(Q)No732111滬10圖I流休阻力實(shí)驗(yàn)裝置流程圖1.水箱2.離心泵3.孔板流尬計(jì)4.管路切換閥5.測(cè)量管路6.穩(wěn)流罐7.流量調(diào)節(jié)閥主要測(cè)試儀器本實(shí)驗(yàn)中有三個(gè)需要測(cè)定記錄的物理量。其中：流量的測(cè)量使用的是孔板流量計(jì)，通過(guò)流量計(jì)可以直接讀出，流過(guò)管路的水的流量。對(duì)于壓差的測(cè)量使用的是壓力計(jì)，通過(guò)安裝在管路上的壓力表可以直接讀出管路兩端水流過(guò)后的壓力降。對(duì)于溫度的測(cè)量

6、則是直接通過(guò)管路上安裝的溫度表讀出。試驗(yàn)中要改變的物理量主要是水的流量，這一點(diǎn)是通過(guò)調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，由于我們后來(lái)的作圖采用的是雙對(duì)數(shù)作圖，所以流量分配并不均勻，所以起始的時(shí)候速度應(yīng)多取一些，使Re-入的對(duì)數(shù)曲線盡量均勻。對(duì)于層流狀態(tài)，由于需要保證管路中的流動(dòng)為靜態(tài)過(guò)程，所以需要一個(gè)高位槽和溢流管保證高位槽液面的穩(wěn)定，從而達(dá)到保證位壓頭的恒定。對(duì)于層流流量的測(cè)量，由于流量較少，所以孔板流量計(jì)并不能讀出流量，所以采用的是直接計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)水的體積，使用秒表測(cè)量時(shí)間,量筒測(cè)定體積，由于流量不斷調(diào)大，所以水的體積應(yīng)不斷增加，起始體積可以在70-80ml,隨水量增加，量筒中水的體積也應(yīng)當(dāng)不斷增加

7、五、實(shí)驗(yàn)操作1、關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥門(mén)，關(guān)閉管路上閥門(mén)，啟動(dòng)水泵；2、打開(kāi)管路上所有閥門(mén)，調(diào)節(jié)流量，直至全開(kāi)，進(jìn)行管路排氣；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)閉所有傳感器閥門(mén)，檢查其數(shù)值是否回零（或零附近），否則需要繼續(xù)排氣；5、關(guān)閉除光滑管管路之外的所有閥門(mén)，將光滑管上的測(cè)壓管路傳感器閥門(mén)打開(kāi)，調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥門(mén)，改變流量，從儀表柜上可以讀出管路的水流量水流量/m3h-i,溫度/C,通過(guò)管路上安置的壓力傳感器，可以讀出光滑管路壓差/kPa；6、不斷調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥門(mén)，改變水流量，測(cè)多組數(shù)據(jù)，注意流量分布前密后疏，盡量使取對(duì)數(shù)后分布均勻，數(shù)據(jù)取10組；

8、7、光滑管路測(cè)量完畢后，打開(kāi)粗糙管管路控制閥門(mén)，關(guān)閉光滑管管路控制閥門(mén)和光滑管上壓力傳感器閥門(mén)，再打開(kāi)粗糙管上壓力傳感器閥門(mén)，重新排氣。調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥門(mén)，測(cè)定并記錄一系列的水流量水流量/m3h-i,溫度/C，粗糙管管路壓差/kPa數(shù)據(jù)，取值同樣注意前密后疏，盡量保證數(shù)據(jù)均勻，取10組數(shù)據(jù)；8、粗糙管理測(cè)量完畢后，打開(kāi)突然擴(kuò)大管管路控制閥門(mén)，關(guān)閉粗糙管管路控制閥門(mén)和粗糙管上壓力傳感器閥門(mén)，再打開(kāi)突然擴(kuò)大管上壓力傳感器閥門(mén)，重新排氣。調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥門(mén)，測(cè)定并記錄一系列的水流量水流量/m3h-i,溫度/C,突然擴(kuò)大管管路壓差/kPa數(shù)據(jù)，取3組數(shù)據(jù)；9、關(guān)閉突然擴(kuò)大管管線上的閥門(mén)，打開(kāi)層流管閥門(mén)，調(diào)

9、節(jié)流量控制閥使高位槽產(chǎn)生并保持溢流狀態(tài)，打開(kāi)層流管出水口，使水流緩慢流下，打開(kāi)層流管路上壓力傳感器閥門(mén)，用量筒和秒表記錄流出水的體積/ml和時(shí)間/s,并記錄此時(shí)壓差/kPa，調(diào)節(jié)層流管出水量，改變層流流速，記錄每個(gè)流速下對(duì)應(yīng)流出水的體積/ml和時(shí)間/s,壓差/kPa,記錄6組數(shù)據(jù)；10、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)；11、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：T=20.0CP(kg/m3)=1000口(mPa.s)=1.005光滑管d=20.5mmL=1.50mq(ms/h)v3.843.062.551.851.511.321.150.920.

10、790.70p(Kpa)7.7805.2353.7422.1231.4611.1620.8890.5960.4520.375粗糙管d=22.0mmL=1.50mq(ms/h)v3.852.942.622.141.701.321.120.890.810.68p(Kpa)8.4244.8934.0212.7551.8081.1420.8390.5540.4400.385擴(kuò)大管dl=16.0mmLl=140mmd2=42.0mmL2=280mmq(ms/h)v3.631.750.90p(Kpa)4.5510.8520.192層流管d=2.7mmL=1.00mq(ml/mvin)49.030.526.

11、51527870p(Kpa)0.5650.3840.3071.7300.9500.820數(shù)據(jù)計(jì)算示例：1、光滑管：T=21.8C時(shí)水的密度p=998.2kg/m3，粘度卩二1.005mPas以光滑管第一組數(shù)據(jù)為例：qv=3.84m3/h,p=7.780kpa,d=20.5mm,l=1.50mu=4qv/(3.14d2)=4*3.84/3600/3.14/0.02052=3.233m/sRe=duP/卩=0.0205*3.233*998.2/0.001005=65834.98.由公式Ap/P=入lu2/2d入=0.0204Blasius關(guān)系式求得入=0.3163/Re0.25=0.3163/65

12、920.260.25=0.019742、粗糙管：以粗糙管第一組數(shù)據(jù)為例：qv=3.85m3/h,p=8.424kpa,d=22.0mm,l=1.50mu=4q/(3.14d2)=4*3.85/3600/3.14/0.0222=2.815m/svRe=duP/卩=0.022*2.815*998.2/0.001005=61505.9874由公式Ap/P=入lu2/2d入=0.031243、突然擴(kuò)大管：以第一組數(shù)據(jù)為例:qv=3.63m3/h,p=4.551kpa,d1=16.0mml1=140mmd2=42.0mml2=280mmu1=4qv/3.14/d2=4*3.63/3600/3.14/0.

13、0162=5.01758u2=4qv/3.14/d2=4*3.63/3600/3.14/0.0422=0.72812=1-(u22+2Ap/P)/U2=l-(0.728172+2*4.551)/5.01758=0.6174、層流管：以第一組數(shù)據(jù)為例：qv=49.0m3/min,p=0.565kpa,d=2.7mm,l=1.00mu=4qv/3.14/d2=4*49.0*0.000001/60/3.14/0.00272=0.1427m/sRe=duP/u=0.0027*0.1427*998.2/0.001005=382.70p/p=入lu2/2d入=0.1501按照以上方法將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理如下表所

14、示：光滑管T=19.3Cd=20.5mml=1.5m流量壓差流速（m/s）雷諾數(shù)Re阻力系數(shù)Blasius值(m3/h)(Kpa)3.847.783.23333977565834.980240.0203775490.0197462674.81845671-1.690848063.065.2352.57656763352462.249880.0215927830.0208995754.719846912-1.6656913762.553.7422.14713969443718.541570.0222258420.021874234.640665666-1.6531417861.852.1231.

15、55772879831717.373290.0239574910.0237014494.501297214-1.6205586711.511.4611.27144350525888.234420.0247474870.0249358164.413102432-1.6064688871.321.1621.11146054822630.774460.0257568680.0257883964.354699416-1.5891069431.150.8890.96831790119716.205020.0259621630.0266927534.294823326-1.5856591280.920.5

16、960.77465432115772.964020.0271960230.0282241494.197913313-1.5654946040.790.4520.66519229713544.175620.0279717120.0293198034.131752576-1.5532809560.70.3750.58941089612001.168270.0295576550.030219924.079223525-1.529330021粗糙管d=22mm,l=1.5m流量（m3/h）壓差（Kpa）流速（m/s）雷諾數(shù)Re阻力系數(shù)3.858.4242.81477192361505.98740.03

17、12446592.944.8932.14946219646968.208560.0311214232.624.0211.91550712741856.02260.0322040422.142.7551.56457452334187.743650.0330729511.71.8081.24288630427158.487940.0343937461.321.1420.96506465921087.767110.0360327271.120.8390.81884274117892.650880.0367709460.890.5540.65068753514218.267220.0384510890

18、.810.440.59219876812940.220730.0368690140.680.3850.49715452110863.395180.045774309光滑管、粗糙管的入與Re的關(guān)系(2)突然擴(kuò)大管：d=16.0mm,d2=42.0mm,140mm,l2=280mm水溫度二20.0C突然擴(kuò)張管的原始數(shù)據(jù)記錄及處理結(jié)果一覽表擴(kuò)大官d1=16.0mm11=140mmd2=42mm12=280mm流量（m3/h）壓差（Kpa）流速1(m/s)流速2(m/s)局部阻力系數(shù)3.634.5515.0175822720.7281752050.6167539821.750.8522.4189446

19、210.3510486530.6871959990.90.1921.2440286620.1805393070.730366428平均=0.67810547(3)層流管：d=2.7mm,1=1.00m,水溫度=20.0C層流管的原始數(shù)據(jù)記錄及處理結(jié)果一覽表層流管d=27mml=1m流量(ml/min)差QKp壓流速（m/s）雷諾數(shù)Re阻力系數(shù)（實(shí)驗(yàn)）阻力系數(shù)（理論）相對(duì)誤差（%）490.5650.142707778382.70392160.1500822570.1672311061.7148848523050.3480.088828311238.21366550.2385902160.2686

20、663673.0076150622650.3070.0771786962069725290.2788172840.3092197813.0402496231521.730.4426853531187.1631850.04775644500539100280.615358229780950.227167484609.20216090.0995881040.1050554380.546733404700.820.2038682555467198880.1067310640.1170617741.033071039層流管的入與Re的關(guān)系由上面圖表中的數(shù)據(jù)信息可以得出以下結(jié)論：1、當(dāng)Re4000時(shí)，處

21、于湍流區(qū)，摩擦阻力系數(shù)入隨雷諾數(shù)Re的增大而減小。2、實(shí)驗(yàn)測(cè)出的光滑管入-Re曲線和利用Blasius關(guān)系式，可以看出的入-Re曲線比較接近，也就是說(shuō)當(dāng)Re在3x103105范圍內(nèi)，入與Re的關(guān)系滿足Blasius關(guān)系式，即九=0.3163/Reo.25；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Re2000范圍內(nèi)，處于層流區(qū)，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)與公式九=64特性曲線相差較小，可以視為所得的數(shù)據(jù)符合公式入=64/Re。Re5、局部阻力系數(shù)隨Re的增大而減小，當(dāng)Re增大到一定數(shù)值后局部阻力系數(shù)變化率減小。6、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、誤差分析排氣階段用了大量時(shí)間，但是不能十分確定已經(jīng)完全排凈空氣；每次改變流量后，壓力表數(shù)據(jù)在不斷變化，并不是穩(wěn)定值，即存在誤差；測(cè)量?jī)x器自身帶來(lái)的誤差；溫度不斷在變化，盡管都趨于一個(gè)值，但是仍存在誤差，因此在計(jì)算時(shí)溫度統(tǒng)一取值為20.0C。九、思考題1、在測(cè)量前為什么要把設(shè)備中的空氣排