化工原理实验~流体流动阻力系数的测定实验报告.doc

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1、流体流动阻力系数的测定实验报告一、实验目的：1、掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法。2、测定直管的摩擦阻力系数λ及突然扩大管和阀门的局部阻力系数ξ。3、验证湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺系数Re和相对粗糙度的函数。4、将所得光滑管的λ—Re方程与Blasius方程相比较。二、实验器材：流体阻力实验装置一套三、实验原理：1、直管摩擦阻力不可压缩流体（如水），在圆形直管中做稳定流动时，由于黏性和涡流的作用产生摩擦阻力；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，产生局部阻力。影响流体

2、阻力的因素较多，在工程上通常采用量纲分析方法简化实验，得到在一定条件下具有普遍意义的结果，其方法如下。流体流动阻力与流体的性质，流体流经处的几何尺寸以及流动状态有关，可表示为△P=f(d,l,u,ρ,μ,ε)引入下列无量纲数群。雷诺数Re=duρ/μ相对粗糙度ε/d管子长径比l/d从而得到△P/(ρu2)=ψ(duρ/μ，ε/d，l/d)令λ=φ（Re，ε/d）△P/ρ=（l/d）φ（Re，ε/d）u2/2可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系,这种关系可用试验方法直接测定。hf=△P/ρ=λ（l/d）u2

3、/2式中，hf——直管阻力，J/kgl——被测管长，md——被测管内径，mu——平均流速，m/sλ——摩擦阻力系数。当流体在一管径为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间的静压强差，即为流体流过两截面间的流动阻力。根据伯努利方程找出静压强差和摩擦阻力系数的关系式，即可求出摩擦阻力系数。改变流速可测出不同Re下的摩擦阻力系数，这样就可得出某一相对粗糙度下管子的λ—Re关系。（1）、湍流区的摩擦阻力系数在湍流区内λ=f（Re，ε/d）。对于光滑管，大量实验证明，当Re在3×103~10

4、5范围内，λ和Re的关系遵循Blasius关系式，即λ=0.3163/Re0.25对于粗糙管，λ和Re的关系均以图来表示。1、局部阻力hf=ξu2/2式中，ξ为局部阻力系数，其与流体流过的管件的几何形状及流体的Re有关，当Re达到一定值后，ξ与Re无关，成为定值。四、实验步骤：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，关闭其他的开关阀和切换阀，保证测压点一一对应。2、排净系统中的气体以便使液体能连续流动。设备和测压管线中的气体都要排净，观察U形压差计中两液面是否水平，如果水平说明系统

5、中气体已经排净。3、测定光滑管和粗糙管摩擦阻力，先将流量从小到大慢慢增加，并观察U形压差计中两液面差，当液面差达到最大并等数据稳定后记录第一组数据，即此时的液体流量和压差。接着将流量由大到小，每相差0.3m3/h左右侧一组数据。充分利用面板量程测取10组数据，然后再由小到大测取几组数据，以检查数据的重复性（不记录数据）。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，具体步骤与侧量光滑管和粗糙管相同。注意在记录整个实验的第一组数据时记录一次液体温度，记录最后一组数据时记录一次温度。4、测完一根管

6、的数据后，应将流量调节阀关闭，观察压差计的两液面是否水平，水平时才能更换另一条管路，否则全部数据无效。同时要了解各种阀门的特点，学会使用阀门，注意阀门的切换，同时要关严，防止内漏。五、实验数据处理：在整个实验过程中，液体温度可由始末温度值之和的平均值代替，则有t=(t始+t末)/2=(21.2+26.8)/2=24℃此温度对应水的密度可由相关表查得,ρ=997.2kg/m3μ=0.9142mPa·S1、求光滑管、粗糙管摩擦阻力系数λ和雷诺系数Re由公式u=Q/A=3.54×102Q/d2得到流速，由公式R

7、e=duρ/μ可求得雷诺数，由式hf=△P/ρ=λ（l/d）u2/2可求得真实的λ，由Blasius关系式λ’=0.3163/Re0.25可求得理论λ’。光滑管几何尺寸为d=21mm，l=1.5m，相对粗糙度ε/d=0.2/21=0.01所求光滑管在不同流量下的u、Re、λ、λ’如下表：光滑管的相关数据如下表：序号12345678910Q/m3/h3.503.222.942.662.382.101.821.541.260.98△P/kPa6.805.834.934.143.322.702.121.531.

8、090.76u/m/s2.812.582.362.141.911.691.461.241.010.79Re×10-46.445.915.414.904.383.873.342.842.311.81λ0.02420.02460.02490.02540.02560.02660.02790.02800.03000.0342λ’0.01990.02030.02070.02130.02190.02260.02340.02440.0257