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1、word摘要：本实验通过测定流体在不同管路中流动时的流量qv、测压点之间的压强差P，结合的管路的径、长度等数据，应用机械能守恒式算出不同管路的Re变化关系与突然扩大管的x-Re关系。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。一、 目的与任务掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法。测定直管的摩擦阻力系数与突然扩大管和阀门的局部阻力系数。验证湍流区摩擦系数为雷诺数Re和相对粗糙度的函数。将所得光滑管-Re方程与Blasius方程相比拟。二、 根本原理1. 直管摩擦阻力不可压
2、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与流动状态相关，可表示为：p=(, ,)引入如下无量纲数群。雷诺数 相对粗糙度 管子长径比从而得到令可得到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；被测管长，m；被测管径，m；平均流速，m/s；摩擦阻力系数。当流体在一管径为的圆形管中流动时，选取
3、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。改变流速科测出不同Re下的摩擦阻力系数，这样就可得到某一相对粗糙度下的-Re关系。(1) 湍流区的摩擦阻力系数在湍流区。对于光滑管，大量实验证明，当Re在围，与Re的关系式遵循Blasius关系式，即对于粗糙管，与Re的关系均以图来表示。(2) 层流的摩擦阻力系数2. 局部阻力式中，为局部阻力系数，其与流体流过管件的集合形状与流体的Re有关，当Re大到一定值后，与Re无关，为定值。三、 装置和流程本实验装置如图，管道水平安装，实验用水循环使用
4、。其中No.1管为层流管，管径(6)mm,两测压管之间的距离1m；No.2管安装有球阀和截止阀两种管件，管径为(273)(27)(27) mm镀锌钢管，直管阻力的两测压口间的距离为1.5m；No.5为突然扩大管，管子由(223) mm扩大到(483) mm；a1、a2为层流管两端的两测压口；b1、b2为球阀的两测压口；c1、c2表示截止阀的两测压口；d1、d2表示不锈钢管的两测压口；e1、e2表示粗糙管的两测压口；f1、f2表示突然扩大管的两测压口。系统中孔板流量计以测流量。四、 操作要点 启动离心泵，打开被测管线上的开关阀与面板上与其对应的切换阀，关闭其他开关阀和切换阀，确保测压点一一对应。
5、 系统要排净气体使液体连续流动。设备和测压管线中的气体都要排净，检验的方法是当流量为零时，观察U形压差计的两液面是否水平。 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取10组数据。测定突然扩大管、球阀和截止阀的局部阻力时，各取3组数据。本次实验层流管不做测定。 测完一根管数据后，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，否如此全部数据无效。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，防止漏。五、 数据处理1、原始数据密度：1000kg/m粘度：=序号12345678910V/m3.h-1P/kPa
6、序号12345678910V/m3.h-1P/kPa3、突然扩大 d1=15.5mm l1=140mm d2=42.0mm l2=280mmV/m3.h-1P/kPaV/m3.h-1P/kPa2、数据处理1不锈钢管，镀锌管以与层流管的雷诺数和摩擦阻力系数用以下公式计算雷诺数 式中直管阻力，J/kg；被测管长，m；被测管径，m；平均流速，m/s；摩擦阻力系数。2突然扩大管的雷诺数与摩擦阻力系数由以下公式计算雷诺数 摩擦阻力系数3、数据处理结果如下表所示直管阻力数据处理记录表不锈钢管序号V/m3/h-1hfv/m/s-1ReB142345678910镀锌管序号V/m3/h-1P/kPav/m/sR
7、ehf142345678910层流管序号V(mL/s)T/CP/kPav(m/s)Re123456突然扩大管序号v1(m/s)v2m/s)Rehf123数据处理示例：1、 时水的密度，粘度以光滑管第4组数据为例：qv=3.11 m/h P=4.63kPa d=21.0 mm l=1.50 m2、 粗糙管：以粗糙管第4组数据为例：3、 突然扩大管：以第1组数据为例：4、 层流管：以第4组数据为例：由上述数据可以得到以如下图形：七、实验结果分析：由上面图表中的数据信息可以得出以下结论：1、 当Re4000时，流动进入湍流区，摩擦阻力系数随雷诺数Re的增大而减小。至足够大的Re后，-Re曲线趋于平缓
8、；2、 实验测出的光滑管-Re曲线和利用Blasius关系式得出的-Re曲线比拟接近，说明当Re在围，与Re的关系满足Blasius关系式，即；3、 突然扩大管的局部阻力系数随流量的减小而增大；4、 在Re2000围，流体流动为层流，实验所得层流管的摩擦阻力系数随Re的变化趋势与公式特性曲线相差较远，可能原因是在调节流量和时间控制中未把握好，人为造成了实验误差，并且流量过大，导致流体并非层流状态。八、 思考题1.在测量前为什么要将设备中的空气排净？怎样才能迅速地排净？答：排气是为了保证流体的连续流动。先打开出口阀排除管路中的气体，然后关闭出口阀，打开U形压差计下端的排气阀。2.在不同设备、不同温度下测定的-Re数据能否关联在一条曲线上？答：只要相对粗糙度一样，-Re数据就能关联到一条曲线上。答：不适用，粘度不同。4.测出的直管摩擦阻力与设备的放置状态有关吗？为什么？答：无关。根据机械能守恒有U形压差计的所以不变，故不会改变。5.如果要增加雷诺数的围 ，可采取哪些措施？答：雷诺数故可增大管径、增大流速等方法使雷诺数增大。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 级：化 工 1005学 号：2010011136姓 名：江海洋同 组 人：方 郡，王彬，玥波实验日期： 2012.10.17 /
