化工原理-流体阻力实验报告(北京化工大学)

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1、北京化工大学化工原理实验报告实验名称：流体阻力实验班级：化工1305班姓名：张玮航学号：2013011132序号：11同组人：宋雅楠、陈一帆、陈骏设备型号：流体阻力-泵联合实验装置UPRSⅢ型-第4套实验日期：2015-11-27北京化工大学化工原理流体阻力实验一、实验摘要首先，本实验使用UPRSⅢ型第4套实验设备，通过测量不同流速下水流经不锈钢管、镀锌管、层流管、突扩管、阀门的压头损失来测定不同管路、局部件的雷诺数与摩擦系数曲线。确定了摩擦系数和局部阻力系数的变化规律和影响因素，验证在湍流区内λ与雷

2、诺数Re和相对粗糙度的函数。该实验结果可为管路实际应用和工艺设计提供重要的参考。结果，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。关键词：摩擦系数，局部阻力系数，雷诺数，相对粗糙度二、实验目的1、掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法：①测量湍流直管的阻力，确定摩擦阻力系数。②测量湍流局部管道的阻力，确定摩擦阻力系数。③测量层流直管的阻力，确定摩擦阻力系数。2、验证在湍流区内摩擦

3、阻力系数λ与雷诺数Re以及相对粗糙度的关系。3、将实验所得光滑管的λ-Re曲线关系与Blasius方程相比较。三、实验原理1、直管阻力不可压缩流体在圆形直管中做稳定流动时，由于黏性和涡流的作用会产生摩擦阻力（即直管阻力）；流体在流过突然扩大、弯头等管件时，由于流体运动的速度和方向突然变化，会产生局部阻力。由于分子的流动过程的运动机理十分复杂，目前不能用理论方法来解决流体阻力的运算问题，必须通过实验研究来掌握其规律。为了减少实验的工作量、化简工作难度、同时使实验的结果具有普遍的应用意义，应采用基于实验基

4、础的量纲分析法来对直管阻力进行测量。利用量纲分析的方法，结合实际工作经验，流体流动阻力与流体的性质、流体流经处的几何尺寸、流体的运动状态有关。可表示为：。通过一系列的数学过程推导，引入以下几个无量纲数群：-12-北京化工大学化工原理流体阻力实验①雷诺数：；②相对粗糙度：；③长径比：整理得到：其中，令：为直管阻力系数，则有。阻力系数与压头损失之间的关系可通过实验测得，上式改写为：（1）（式中——直管阻力(J/kg)，——被测管长(m)，——被测管内径(m)，—平均流速(m/s)，—直管中的摩擦阻力系数。

5、）根据机械能衡算方程，实验测量：（2）对于水平无变径直管道，结合式（1）与式（2）可得摩擦系数：测量当流体在管径为d的圆形管中流动时选取两个截面，用U形压差计测出这两个截面的压强差，即为流体流过两截面间的流动阻力。通过改变流速可测出不同Re下的摩擦阻力系数，这样便能得到某一相对粗糙度下的关系。其中，经过大量实验后人们发现：1、层流圆直管（Re<2000）：λ=φ（Re）即λ=64/Re2、湍流水力学光滑管（Re>4000）：λ=0.3163/Re0.253、湍流普通直管（4000

6、φ（Re,ε/d）即-12-北京化工大学化工原理流体阻力实验4、湍流普通直管（Re>临界点）：λ=φ（ε/d）即将上述经验结果归纳为表1。表1摩擦阻力系数与雷诺数关系0~20002000~40004000~Re临界点临界点以上(水力光滑管)(粗糙管)直管段两端使用电子压差计来测量压差。对于任意一种流体，其直管摩擦系数λ仅与Re和有关。因此只要在实验室的小规模装置上利用水作实验物系，进行有限量的实验，就可以确定λ与Re和的关系，从而计算任意流体在管路中的流动阻力损失，这些结论就可以推广到工业生产实际

7、中去。2、局部阻力流体的边界在局部地区发生急剧变化时，迫使主流脱离边壁而形成漩涡，流体质点间产生剧烈的碰撞，所形成的阻力称为局部阻力。局部阻力通常以当量长度法或局部阻力系数法表示。本实验中采用局部阻力系数法。①当量长度法：流体通过阀门或管件的局部阻力损失，若与流体流过一定长度的相同管径的直管阻力相当，则称这一直管长度为管件或阀门的当量长度，用符号表示。在管路计算时，可求出管路与阀门的当量长度之和。如所计算的管路长度为，则流体在管路中流动的总阻力损失为：②局部阻力系数法：流体通过某一件阀门或管件的阻力损

8、失用流体在管路中的动能系数来表示，这种计算局部阻力的方法，称为阻力系数法，即对于不同的阀门和管径变化，有着不同的局部阻力系数。局部阻力系数的大小归结为一个表中。见表2。-12-北京化工大学化工原理流体阻力实验表2局部阻力系数与局部结构关系（Re>4000）结构突扩管截止阀球阀=常数=常数在本实验中，由于管道是水平布置，则局部阻力系数计算式化简为：（无变径）和（有变径）（式中，p1、p2分别为上下游截面压强差，u1、u2为两个管径内的平均流速，ρ——流体密