当前位置:首页 >> 能源/化工 >>

流体流动阻力的测定 实验报告


实验一 流体流动阻力的测定
摘要:通过实验测定流体在光滑管、粗糙管、层流管中流动时,借助于伯努利方程计 算摩擦阻力系数和雷诺数之间的关系,并与理论值相比较。同时以实验手段计算突然扩大 处的局部阻力,并对以上数据加以分析,得出结论。

一、目的及任务
1.掌握测定流体流动阻力的实验的一般实验方法。 2.测定直管的摩擦阻力系数 ? 及突然扩大管

和阀门的局部阻力系数 ? 。 3.测定层流管的摩擦阻力。 4.验证湍流区内摩擦阻力系数 ? 与雷诺数 Re 和相对粗糙度的函数。 5.将所得的光滑管的 ? -Re 方程与 Blasius 方程相比较。

二、基本原理
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; 流体在突然扩大、 弯头等管件时, 由于流体运动速度和方向的突然变化, 产生局部阻力。 影响流体阻力的因素较多, 在工程上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,流体流经处几何尺寸以及流动状态有光,可表示为
? p=f(d,l,u, ? , ? , ? )

引入下列无量纲数群 雷诺数 Re=
du ?

?
?
d l d

相对粗糙度

管子的长径比 从而得到
?p

?u
令 ? = ? (Re,

2

? ?(

du ? ? l , , ) ? d d

?
d


?p l d

?

?

? (Re,

? u2
d ) 2

可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系,这种关系可用实验方法直接测定。
hf ? ?p ?? l d ? u
2

?

2

式中 h f ——直管阻力,J/Kg; l——被测管长,m; d——被测管内径,m; u——平均流速,m/s; ? ——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 ? -Re 关系。 ⑴湍流区的摩擦阻力系数 ? 3 5 在湍流区内 ? =f(Re, ) 。对于光滑管,大量实验证明,当 Re 在 3 ? 10 ~ 10 范围内, d ? 与 Re 的关系遵循 Blasius 关系式,即

? =0.3163/R e 0 .25
对于粗糙管, ? 与 Re 的关系均以图来表示。 ⑵层流的摩擦阻力系数 64 ? ? Re 2.局部阻力
h ?? u
2

f

2

式中, ? 为局部阻力系数,其与流体流过的几何形状及流体的 Re 有关,当 Re 大到一定 值后, ? 与 Re 无关,成为定值。

三、装置与流程
本实验管道水平安装,实验用水循环使用。其中,1 管为层流管,管内径 2.9mm,两测 压点之间距离为 1m;2 管为内径 21.5mm 的不锈钢管,两测压点之间距离为 1.50m;3 管为 内径 22.5mm 的镀锌钢管,直管阻力两测压点之间距离为 1.50mm;4 管为突然扩大管,管 子由内径 16.0mm(l=140mm)扩大到内径为 42.0mm(l=280mm) ;测压计统一使用电子测 压计;一组切换阀;总管安装流量计。

四、操作要点
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.系统要排净气体使流体连续流动。设备和测压线中的气体都要排尽,检验是否排尽的 方法是当流量为 0 时,观察流量计是否为零。 3.读取数据时,应注意稳定后再读数。测定直管摩擦阻力时,流量由大到小,充分利用 面板量程测量 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。测定突然扩 大管时,测取 3 组数据。层流管的流量用秒表与量筒测取。 4.测完一根管的数据后,应将流量调节阀关闭,观察流量计是否为零,是才能更换另一 条管路, 否则数据全部失效。 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、实验数据及处理
不锈钢管(d=21.5mm,l=1.50m),ρ =998.4,μ =1.050 qv(m3/h)
0.7 1 1.3 1.6 1.91 2.22 2.5 2.82 3.1 3.39 3.7 3.98 4.3

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

T(oC) 19.5 19.5 19.5 19.5 19.5 19.5 19.5 19.5 19.5 19.5 19.5 19.5 19.5
0.100 1000.00

Δ p(KPa)
0.3 0.6 0.98 1.39 1.92 2.53 3.11 3.9 4.6 5.42 6.33 7.25 8.28

u(m/s) 0.54 0.77 1.00 1.22 1.46 1.70 1.91 2.16 2.37 2.60 2.83 3.05 3.29
不锈钢管λ -Re关系曲线

Re
10954.76 15649.65 20344.55 25039.44 29890.83 34742.23 39124.13 44132.02 48513.92 53052.32 57903.71 62285.61 67293.50

计算λ 0.030 0.029 0.028 0.027 0.026 0.025 0.024 0.024 0.023 0.023 0.023 0.022 0.022

理论λ 0.031 0.028 0.026 0.025 0.024 0.023 0.022 0.022 0.021 0.021 0.020 0.020 0.020

偏差 -3.0% 4.0% 7.3% 5.8% 7.2% 8.6% 8.4% 10.1% 10.0% 10.9% 11.1% 12.0% 11.7%

10000.00

100000.00

计算值 理论值

λ
0.010

Re

以第一组为例。 在整个过程中,取温度平均值 T=19.5 C 并视为不变,由此查表用内插法求得ρ =998.4Kg/ m3 ,μ =1.050cP。
0 . 70
o

u=

qv 1 4

=
2

3600 1 4

=0.54m/s
2

?d

? ? 0 . 0215

Re=

? ud ?

=

998 . 4 ? 0 . 54 ? 0 . 0215 1 . 050 ? 10
?3

=10954.76
2

根据伯努利方程:
?p d l

?p

?
?

???

l d

?

u

2
? 0 . 0215 1 .5 ? 2 0 . 54
2

求得 ? ?

?

?

?

2 u
2

0 . 300 ? 1000 998 . 4

? 0 . 030

根据 Blasius 关系式: ? =0.3163/R e 0.25 =0.3163/ (10954 .76 ) 0 .25 =0.031
偏差=

? 计算 - ? 理论 ? 理论

? 100 % ?

0 . 030 ? 0 . 031 0 . 020

? 100 % ? ? 3 . 0 %

分析结论:由图可以看出,光滑管中λ 随雷诺数的增大而减小。实验测定值和理 论值偏差不是很大。

镀锌钢管(d=22.5mm,l=1.50m),ρ =998.2,μ =1.014 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 qv(m /h) 0.7 1.02 1.29 1.6 1.95 2.22 2.49 2.8 3.11 3.4 3.7 3.99 4.3
3

T(oC) 20.5 20.5 20.5 20.5 20.5 20.5 20.5 20.5 20.5 20.5 20.5 20.5 20.5

Δ p(KPa) 0.31 0.62 0.98 1.47 2.18 2.8 3.5 4.4 5.46 6.51 7.7 8.97 10.39

u(m/s) 0.49 0.71 0.90 1.12 1.36 1.55 1.74 1.96 2.17 2.38 2.59 2.79 3.01

Re 10837.35 15791.56 19971.68 24771.08 30189.75 34369.87 38549.99 43349.39 48148.78 52638.54 57283.12 61772.88 66572.27

λ 0.039 0.037 0.036 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035

以第一组为例。 在整个过程中,取温度平均值 T=20.5 C 并视为不变,由此查表用内插法求得ρ
o

=998.2Kg/ m3 ,μ =1.014cP。
0 . 70

u=

qv 1 4

=
2

3600 1 4

=0.49m/s
2

?d

? ? 0 . 0225

Re=

? ud ?

=

998 . 2 ? 0 . 49 ? 0 . 0225 1 . 014 ? 10
?3

=10837.35
2

根据伯努利方程:
?p d l

?p

?
?

???

l d

?

u

2
? 0 . 0225 1 .5 ? 2 0 . 49
2

求得 ? ?

?

?

?

2 u
2

0 . 31 ? 1000 998 . 2

? 0 . 039

镀锌管λ -Re关系曲线 1.000 1000.00

镀锌管 不锈钢管

0.100

λ

0.010

Re

分析结论:由图可以看出,无论光滑管还是粗糙管,其摩擦阻力系数都随雷诺数 的增大而减小。并且,同一雷诺数时,相对粗糙度越小(即管越光滑)所对应的 摩擦阻力系数也越小。

层流管

l/m 1.00

d/m 0.0029

序号
1 2 3 4

水质量 /g
96.0 135.0 100.0 100.0

时间 /s
110.30 90.20 57.50 39.70

管路压 降/kPa
0.49 0.74 1.05 1.55

水温度 /℃
19.1 19.1 19.1 19.1

水密度 /kg?m-3
998.3 998.3 998.3 998.3

水粘 度 103 /Pa?s
1.028 1.028 1.028 1.028

水流 量 /l?h-1
3.14 5.40 6.27 9.08

水流 速 /m?s-1
0.13 0.23 0.26 0.38

雷诺 数 Re
372 640 743 1076

摩擦阻 力 系数 λ
0.163 0.083 0.088 0.062

λ

理论值

0.17210 0.10008 0.08613 0.05946

5 6 7 8

200.0 200.0 200.0 200.0 118.0

64.90 58.60 54.00 50.60

1.94 2.18 2.41 2.58

19.1 19.1 19.1 19.1 19.1

998.3 998.3 998.3 998.3 998.3

1.028 1.028 1.028 1.028 1.028

11.11 12.31 13.36 14.25 14.09

0.47 0.52 0.56 0.60 0.59

1317 1458 1583 1689 1670

0.052 0.047 0.044 0.042 0.053

0.04860 0.04389 0.04044 0.03790 0.03833

9

30.2

3.18

层流管λ -Re关系曲线 系列1 1.000 100.00 1000.00 10000.00

0.100

λ

0.010 Re
以第一组为例。 在整个过程中,取温度平均值 T=19.1 C 并视为不变,由此查表用内插法求得ρ =998.0Kg/ m3 ,μ =0.987cP。
qv ? V t
qv 1 4
o

?

96 ? 10

?6

110 . 30

? 8 . 7 ? 10

?7

m3/s

u=

=
2

8 . 7 ? 10 1 4

-7

=0.13m/s
2

?d

? ? 0 . 0029

Re=

? ud ?
64 Re

=
?

998 . 0 ? 0 . 13 ? 0 . 0029 0 . 987 ? 10 64 372 ? 0 . 163
?3

=372

? ?

分析结论:由图可以看出,层流管所对应的雷诺数偏小,都低于 2000。摩 擦阻力系数与雷诺数的对数呈线性递减的关系。

突然扩大管(d1=16.0mm,l1=140mm;d2=42.0mm,l2=280mm),ρ =997.8 序号 1 qv(m3/h) 0.73 u1(m/s) 1.01 u2(m/s) 0.15 T(oC) 20.4 Δ p(KPa) 0.17 ξ 0.64

2 3 4 5 6

1.26 2.02 2.81 3.6 4.13

1.74 2.79 3.88 4.98 5.71
o

0.25 0.41 0.56 0.72 0.83

20.4 20.4 20.4 20.4 20.4

0.43 1.21 2.55 4.36 5.85

0.69 0.67 0.64 0.63 0.62

以第一组为例。 在整个过程中,取温度平均值 T=20.4 C 并视为不变,由此查表用内插法求得ρ =997.8Kg/ m3 ,μ =0.975cP。
0 . 73

u1 ?

qv 1 4

=
2

3600 1 4

=1.01m/s
2

?d

? ? 0 . 016
0 . 73

u2 ?

qv 1 4

=

3600 1 4

=0.15m/s

?d 2

? ? 0 . 042 2
u1 2
2

根据伯努力公式:
2?p

?

p1

?

?

u2 2

2

?

p2

?

?? ?

u1 2

2

可得 ? ? 1 ?

?

? u2
2

2

2 ? 0 . 17 ? 1000 ?1? 997 . 8 2 1 . 01

? 0 . 15

2

u1

? 0 . 64 ( ? p ? p 2 ? p 1 )

分析结论: 从表中可以看出, 随着流体流速的逐步增加, 局部阻力系数缓慢下降, 但是下降幅度并不是很大。

截止阀(全开) d=21mm 序号 1 2 3 4 5 qv(m3/h) 0.83 1.64 2.40 3.20 4.00 u(m/s) 0.67 1.32 1.93 2.57 3.21 T(oC) 21.1 21.1 21.1 21.1 21.1 Δ p(KPa) 2.24 8.70 18.81 33.26 52.62 ξ 10.2221541 10.16909131 10.26636977 10.21110821 10.33906942

以第一组为例。 在整个过程中,取温度平均值 T=21.1 C 并视为不变,由此查表用内插法求得ρ =998.1Kg/ m3。
0 . 83
o

u ?

qv 1 4

=
2

3600 1 4

=0.67m/s
2

?d

? ? 0 . 021

根据伯努力公式:
2?p

u1 2

2

?

p1

?

?

u2 2

2

?

p2

?

?? ?

u1 2

2

可得 ? ?

?u

2

?

2 ? 2 . 24 ? 1000 998 . 1 * ( 0 . 67 )
2

? 10 . 22 ( ?u ? 0 )

球阀(全开) d=21mm 序号 1 2 3 4 5 qv(m3/h) 0.83 1.64 2.40 3.20 4.00 u(m/s) 0.67 1.32 1.93 2.57 3.21 T(oC) 21.1 21.1 21.1 21.1 21.1 Δ p(KPa) 0.22 0.62 1.14 1.96 2.98 ξ 1.003961564 0.724693863 0.622204228 0.601736984 0.585526927

以第一组为例。 在整个过程中,取温度平均值 T=21.1 C 并视为不变,由此查表用内插法求得ρ =998.1Kg/ m3。
0 . 83
o

u ?

qv 1 4

=
2

3600 1 4

=0.67m/s
2

?d

? ? 0 . 021
u1 2
2

根据伯努力公式:
2?p

?

p1

?

?

u2 2

2

?

p2

?

?? ?

u1 2

2

可得 ? ?

?u

2

?

2 ? 0 . 22 ? 1000 998 . 1 * ( 0 . 67 )
2

? 1 . 00 ( ?u ? 0 )

分析结论: 在流速一定的情况下,截止阀的局部阻力系数远远大于球阀的局部阻 力系数。

七、思考题
1、以水为工作介质测得的λ -Re 曲线,能否适用于其它种类的牛顿型流体?为什么? 答:对于其他牛顿型流体可以,Re 反映了流体的性质,虽然其他流体的密度和黏度与水 不同,但最终都在 Re 上反映了出来,所以可以引用。 2、在什么条件下,不同组的λ -Re 数据能关联在一条线上? 答:管径不同、温度不同(密度和黏度不同) ,导致即使在同一流速下的 Re 都不相同, 这样关联出来的曲线是没有意义的。 3、以下情况测出的差值是否代表直管阻力损失?它们分别是多少?在什么条件下 R1=R2=R3?

u u

u

答:不能,用水做出来的曲线,Re 是根据水的密度和黏度计算出来的,除非其他流体 的密度与黏度之比与水相同,不然不能用此曲线。 4、根据实验数据,估计不锈钢管和镀锌钢管的粗糙度是多少? 答:不影响直管阻力,直管阻力只和液体的密度、黏度、流速和管子的直径、长度以及 相对粗糙度有关,与放置状态无关。在伯努利方程中也只是部分压强能转化为位能,但用 仪器测量时是两者和之差,所以不影响。 5、 突扩管两测压点间的沿程阻力对局部阻力系数的影响有多大?如何避免或减小?参考 下图,借助不锈钢管的λ -Re 关系修正突扩管实验结果。


P测 量 值

△ P真 实 值

u

1

u

2

10kPa

8kPa

13.1kPa

13kPa

答:突扩管会使局部阻力系数增大,可以选择将突然扩大改为逐渐扩大,从而减小局部 阻力的增加。


相关文章:
流体流动阻力的测定实验报告
流体流动阻力的测定实验报告_化学_自然科学_专业资料。化工原理实验 流体流动阻力的测定 17321001 1120102761 王晓鸽 一、实验目的 1. 掌握测定流体流经直管、管件和...
流体流动阻力的测定 实验报告
流体流动阻力的测定 实验报告_能源/化工_工程科技_专业资料。实验一 流体流动阻力的测定摘要:通过实验测定流体在光滑管、粗糙管、层流管中流动时,借助于伯努利方程计...
实验一 流体流动阻力的测定实验
实验一 流体流动阻力的测定实验报告 实验一 流体流动阻力的测定实验报告一、实验内容 1. 测定流体在特定材质和 ε / d 的直管中流动时的阻力摩擦系数λ ,并确定...
流体流动阻力测定实验报告
流体流动阻力测定实验报告_理学_高等教育_教育专区。(续表) 嘉应学院化学实验教学中心实验报告学生姓名 专业 班级 实验指导老师 学号 实验时间 课程名称 化工原理实验...
流体阻力实验报告
北京化工大学化工原理实验报告 实验名称:流体流动阻力测定 班学姓级:化工 10 号:2010 名: 同组人: 实验日期:2012.10.10 北京化工大学 流体流动阻力的测定 流体...
流体流动阻力测定实验
流体流动阻力测定实验_化学_自然科学_专业资料。实 验 报 告 项目名称:流体流动阻力测定实验 学院: 专业年级: 学姓号: 名: 指导老师: 实验组员: 一、实验目的...
流体流动阻力的测定实验报告模板
关键词:化工原理实验报告流体流动阻力测定 相关文档推荐 暂无相关推荐文档如要投诉违规内容,请到百度文库投诉中心;如要提出功能问题或意见建议,请点击此处进行反馈。 ...
流体流动阻力测定实验报告
专业: 实验报告 姓名: 学号: 日期: 地点: 课程名称:指导老师:成绩: 过程工程专业实验 实验名称:实验类型:同组学生姓名: 流体流动阻力实验 一、实验目的和要求(...
化工原理实验~流体流动阻力系数的测定实验报告
化工原理实验~流体流动阻力系数的测定实验报告_能源/化工_工程科技_专业资料。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...
流体流动阻力的测定数据处理
流体流动阻力的测定数据处理_工学_高等教育_教育专区。流体流动阻力的测定数据处理五.实验数据记录与处理 光滑管径 1.5m 1.实验数据记录表 粗糙管径 1.5m 层流管 ...
更多相关标签:
流体流动阻力测定实验 | 流体流动阻力测定 | 流体流动阻力的测定 | 流体流动阻力系数测定 | 流体流动阻力测定浙大 | 流体阻力测定实验报告 | 流体流动阻力实验报告 | 流体流动阻力实验 |