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1、流体力学综合实验-流体流动阻 力的测定作者:日期:专业:实验报告姓名:学号:课程名称：过稈工程原理实验（乙）指导老师:.成绩:流体流动阻力的测定同组学生姓名：实验名称:流体力学综合实验一- 实验类型：流体力学实验一、实验目的和要求（必填）三、实验材料与试剂（必填） 五、操作方法和实验步骤（必填）七、实验结果与分析（必填）、实验内容和原理（必填）四、实验器材与仪器（必填）六、实验数据记录和处理“八、讨论、心得1 u 2 d T一实验目的1掌握测定流体流经直管、管件（阀门）时阻力损失的一般实验方法;2测定直管摩擦系数入与雷诺准数Re的关系，验证在一般湍流区内九与Re 的关系曲线；3测定流体流经管件
2、（阀门）时的局部阻力系数Z;4识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。二.实验原理流体通过由直管、管件（如扩大管、三通和弯头等）和阀门等组成的管路系 统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在,要损失一定的机械能。流体流经直管时 所造成的机械能损失成为直管阻力损失。流体通过管件、阀门时由于流体运动方 向和速度大小的改变所引起的机械能损失成为局部阻力损失。1直管阻力摩擦系数入的测定流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：2dApk = 一P1U2公式中:九一一直管阻力摩擦系数，无因次;d直管内径，:m;耳彳一一流体流经1米直管的压力降,P a；hf单位质量流体流经l米直管的机械能损失，J /k
3、g；p流体密度，kg/ m3;1直管长度,m；u流体在管内流动的平均速度，m/s；滞流（层流）时：64九二 -Re（4）订式中:Re雷诺准数，无因次；卩流体粘度，kg / （m s）。湍流时九是Re和相对粗糙度（M d）的函数，须由实验测定。由（2）可是，要测定入，需要确定1、d,测定Apf、u、p、卩等参数。1、d 为装置参数（装置参数表格中给出），p、卩通过测定流体温度,再查有关手册而得, u通过测定流体流量，再由管径计算得到。本装置流量采用涡轮流量计或转子流量计测量，则V、u =5）900“d2式中：V流量计测得的流量，m3/h。Apf可用U型管、倒置U型管、测压直管等液柱压差计测定,或
4、采用压差变 送器和二次仪表显示。根据实验装置结构参数1、d,指示液密度P0,流体温度t0 （查流体物性P、口），以及实验时测定的流量V、Apf，求取Re和入，再将Re和入标绘在双对数 坐标图上。2局部阻力系数g的测定流体通过某一管件或者阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数，局部阻力的这种算法，叫做阻力系数法。即：hApl Ap(6)故:ill AplU 2(7)式中：A单位质量流体流经某一管件或阀门时的机械能损失，J/kg；g局部阻力系数，无因次；二局部阻力压强降，P a；（本装置中，所测得的压强降应扣除 阀门二端两侧压口间直管段的压降，直管段的压降由相应管路的直管阻
5、力实验结 果求取）；p流体密度，kg/m3；g重力加速度，9. 81m/s 2；u流体在小截面管中的平均流速,m/s。根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径d,流体温度t0 （查流体物性p、 卩），以及实验时测定的流量V、Apf，通过式或（7）,求取管件（阀门）的局部阻 力系数go 三.实验仪器1实验装置实验对象部分由贮水箱、离心泵，不同管径、材质的水管，各种阀门、管 件，涡轮流量计和倒U型压差计等所组成。管路部分有三段并联长直管,自上而 下分别为用于测定直管层流阻力、粗糙管直管阻力系数、光滑管直管阻力系数。 同时在粗糙管直管和光滑管直管上分别装有闸阀和截止阀,用于测定不同种类阀 门的局部阻力
6、系数。水的流量使用转子流量计或涡流流量计测量,管路直管阻力和阀门的局部阻力采 用相应的倒U型压差计或压差传感器测量。2 .实验流程:实验装置流程图如图1中箭头所示。3.装置参数装置参数如下表所示。名称类型管内径(mm)测量段长度(mm)光滑管不锈钢管211000粗糙管镀锌铁管221000光滑管局部阻力截止阀2 166 0粗糙管局部阻力闸阀22680层流管不锈钢管62000装订iii?图1 流体力学综合实验装置装置流程示意图+i 四.实验步骤11.开启仪表柜上的总电源、仪表电源开关；+12.首先对水泵进行灌水，然后关闭泵出口阀，启动水阀，待电机转动平稳后,+1把泵的出口阀缓缓开到最大；3全开流量
7、调节阀，以排除测试管路内的空气。当采用U型压差计(或倒U型压差计)测量压差时,应先对U型压差计(或倒U型压差计)进行排气和调零，1使压差计两端在带压且零流量时的液位高度相等。本装置选用差压变送器测量压1差，当使用差压变送器测量压差时，也应先对差压变送器两侧的引压管进行排气i 操作；：4.实验从最大流量开始做起，最小流量控制在1. 5m Wh以上，每次流量为? 上次的0 .8 5倍,流量改变后，要待流动达到稳定后再读数，实验时同时读取不同；流量下的压差、流量和温度等有关参数；j5.装置确定时，根据AP和u的实验测定值，可以计算九和g,在等温条件下,雷诺数Re = dup/y=Au,其中A为常数，
8、因此只要调节管路流量，即可得到一系列九Re的实验点，从而绘出九Re曲线；6.实验结束，关闭泵出口阀，关闭水泵电机,关闭仪表电源和总电源开关，将实装验装置恢复原样。五. 实验数据记录及处理订实验原始数据如实验原始数据记录表。1直管阻力摩擦系数入的测定+i水温 t=21C，此时水的密度 p 二 997.95kg / m3，其粘度卩二 0.9846 x 10-3Pa - s光滑管(d=21mm，l =1 0 00mm)序号流量V/(m W h)直管压差Ap f/kP a流速u /(m/s)r2dAp九一fplU2雷诺数Re15.148.564.120.02 1 28 76 9 324. 3 86.4
9、03 .510. 02197 470933 .714.722.9 80.0 2 246342943.163.522.530.02 3 15 3 85052.672. 5 92 .140 .0 2 3 845 5 4962 .261. 921.810 .02 4 73852 571.931.4 11.5 50. 0 24 73 299181.6 40. 971.3 20. 02342 8096粗糙管(d=22mm,l = 1 0 00mm)15. 8 516.0 94.270. 03 8 99 52 1 424.9711.783.6 30. 0394809 4 334.238 .6 43.0 9
10、0 .0 3 9 968 9 0243.6 26. 422.650.040 35 909053 .054.582.230. 0 40 64972 562.593 .351. 890.04134214472.192.421 .600.0 4 173567 781.861.681.3 60. 0 4003 03 2691.6 01.181. 170 . 0 3802 6089在双对数坐标轴上绘出两条九Re曲线如下:光滑管的九Re曲线（舍弃误差较大的第7、8组数据）ReModelAllomt：tfi clEqiiati otly = a.t3AbReducedChi-SqrT.263.56E-9Ad
11、j. E._Squarc0.99553ValueS + =irLil：=a-d Error臣0.1680T0.00998yB-0.161960.00542由流体力学相关知识可知：当2100vRevl05时，光滑管的摩擦系数入满 足柏拉修斯经验公式：X= 03164，而测量结果为：1681，有一点差距。查 Re0-25 R01819化工原理教材莫狄（Moody）图，可得该粗糙管的相对粗糙度s/d约为0.0 0 04,则其绝对粗糙度约为s=0.00 8 4mm。粗糙管的九Re曲线（舍弃误差较大的第8、9组数据）Mod.elAllomtstriclEqnatiijnY =沁bChi -S qr7 2
12、S29TE-gAdj . ES qu：=Lt_ e0.99269V：alu6St：iiLd：ai-d Err orya0. 08680. 00233b-0.069920.00245由流体力学相关知识可知:实验结果也各经验公式存在一些误差。查化工原理教材莫狄(Moo d y)图,可得该粗糙管的相对粗糙度s/d约为0. 0 1,则其绝 对粗糙度约为s=0.22mm。2. 局部阻力系数的测定水温t=2 1 C,此时水的密度 p 二997.95kg /m3,其粘度卩二0.9846x 10-3Pa-s光滑管彳截止阀(d=21mm,l = 6 60mm)序号流量V /(m3/h)直管压差Apf /kPa阀
13、压差Apf/kPa流速 u/(m /s)片2 (仝 l_鸽) g = u T J平均 值15.148. 5693.34 .1210.34924.386. 4068. 03 .5110. 37433 .714.7248.72 .9810. 2 8743.163.5 235.32.5 310. 3 251 0.2 952.672.5925.32.1410.324862 .2 61.9 21 8.21.8 11 0 .35871, 931.4113.01.5510 .06881.640 .978.61. 329 .15 5粗糙管 闸阀(d= 2 2mm,l=680mm)15.8 516.0 913.3 94.270.2690 .25224.9711.789.793.630.27134.238 .647. 173. 090 .27 243.626.4 25. 3 02.6 50.2 6 7
