流体流动阻力的测定-实验报告.doc

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=相对粗糙度管子的长径比 从而得到 令=（Re，） 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。

式中 ——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 在湍流区内=f（Re，）对于光滑管，大量实验证明，当Re在3~范围内， 与Re的关系遵循Blasius关系式，即=0.3163/R 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2.局部阻力 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　序号qv(m3/h)T（oC）Δp（KPa）u（m/s）Re计算λ理论λ偏差10.719.5 0.30.54 10954.76 0.030 0.031 -3.0%2119.5 0.60.77 15649.65 0.029 0.028 4.0%31.319.5 0.981.00 20344.55 0.028 0.026 7.3%41.619.5 1.391.22 25039.44 0.027 0.025 5.8%51.9119.5 1.921.46 29890.83 0.026 0.024 7.2%62.2219.5 2.531.70 34742.23 0.025 0.023 8.6%72.519.5 3.111.91 39124.13 0.024 0.022 8.4%82.8219.5 3.92.16 44132.02 0.024 0.022 10.1%93.119.5 4.62.37 48513.92 0.023 0.021 10.0%103.3919.5 5.422.60 53052.32 0.023 0.021 10.9%113.719.5 6.332.83 57903.71 0.023 0.020 11.1%123.9819.5 7.253.05 62285.61 0.022 0.020 12.0%134.319.5 8.283.29 67293.50 0.022 0.020 11.7%以第一组为例。

在整个过程中，取温度平均值T=19.5 oC并视为不变，由此查表用内插法求得ρ=998.4Kg/ m3 ，μ=1.050cPu===0.54m/sRe===10954.76根据伯努利方程：求得根据Blasius关系式：=0.3163/R=0.3163/=0.031偏差=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qv(m3/h)T（oC）Δp（KPa）u（m/s）Reλ10.720.50.310.49 10837.35 0.039 21.0220.50.620.71 15791.56 0.037 31.2920.50.980.90 19971.68 0.036 41.620.51.471.12 24771.08 0.035 51.9520.52.181.36 30189.75 0.035 62.2220.52.81.55 34369.87 0.035 72.4920.53.51.74 38549.99 0.035 82.820.54.41.96 43349.39 0.035 93.1120.55.462.17 48148.78 0.035 103.420.56.512.38 52638.54 0.035 113.720.57.72.59 57283.12 0.035 123.9920.58.972.79 61772.88 0.035 134.320.510.393.01 66572.27 0.035 以第一组为例。

在整个过程中，取温度平均值T=20.5 oC并视为不变，由此查表用内插法求得ρ=998.2Kg/ m3 ，μ=1.014cPu===0.49m/sRe===10837.35根据伯努利方程：求得分析结论：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/md/m　　　　　　　1.00 0.0029 　　　　　　　序号水质量 /g时间 /s管路压降/kPa水温度/℃水密度 /kg•m-3水粘度103 /Pa•s水流量 /l•h-1水流速 /m•s-1雷诺数 Re摩擦阻力 系数λλ理论值196.0 110.30 0.49 19.1 998.3 1.028 3.14 0.13 372 0.163 0.17210 2135.0 90.20 0.74 19.1 998.3 1.028 5.40 0.23 640 0.083 0.10008 3100.0 57.50 1.05 19.1 998.3 1.028 6.27 0.26 743 0.088 0.08613 4100.0 39.70 1.55 19.1 998.3 1.028 9.08 0.38 1076 0.062 0.05946 5200.0 64.90 1.94 19.1 998.3 1.028 11.11 0.47 1317 0.052 0.04860 6200.0 58.60 2.18 19.1 998.3 1.028 12.31 0.52 1458 0.047 0.04389 7200.0 54.00 2.41 19.1 998.3 1.028 13.36 0.56 1583 0.044 0.04044 8200.0 50.60 2.58 19.1 998.3 1.028 14.25 0.60 1689 0.042 0.03790 9118.0 30.23.1819.1 998.3 1.028 14.09 0.59 1670 0.053 0.03833 以第一组为例。

在整个过程中，取温度平均值T=19.1 oC并视为不变，由此查表用内插法求得ρ=998.0Kg/ m3 ，μ=0.987cP m3/su===0.13m/sRe===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qv(m3/h)u1（m/s）u2（m/s）T（oC）Δp（KPa）ξ10.731.01 0.15 20.40.170.64 21.261.74 0.25 20.40.430.69 32.022.79 0.41 20.41.210.67 42.813.88 0.56 20.4。