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1、流体流动阻力的测定姓名：陈远均班级：化工 1103学号： 2011011080同组人：汪双伟 陆子泉 周贤宝实验日期：2003 年10 月 29 日摘要本实验利用由水箱、离心泵、光滑管、粗糙管、层流管、突然扩大管及自动测压、孔 板流量计等组成的装置，以水为工作流体，在常温常压下测定了光滑管、粗糙管、层流管的 摩擦阻力系数入和突然扩大管的局部阻力系数g,探究了直管的摩擦阻力系数入随雷诺数 Re的变化关系，验证了湍流区内摩擦阻力系数入为雷诺数Re和相对粗糙度/d的函数，同 时将所得的光滑管及粗糙管X-Re所得的数据绘制在双对数坐标系下，与Blasius方程作比较。 实验成功地完成了相关任务，达到了
2、预期的目的。流体流动阻力；摩擦阻力系数X;局部阻力系数g雷诺数Re一、实验目的及任务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X及突然扩大管的局部阻力系数go3、测定层流管的摩擦阻力。4、验证湍流区内摩擦阻力系数X为雷诺数Re和相对粗糙度的函数。5、将所得光滑管的X-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），在圆形直管中作稳定流动时，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，由于流体流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
3、定 意义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,1 ,u,p,y,)引入下列无量纲数群。du P雷诺数Re =相对粗糙度/d管子长径比 l/d从而得到令尢=(Re,)P-0（Re，,）ddu 22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。,P 、I U 2h =九一x f p d 2式中hf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；卩流体的粘度，Pas九摩擦阻力系数。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
4、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入-Re关系。（1）湍流区的摩擦阻力系数在湍流区内九=f （Re,）。对于光滑管，大量实验证明，当Re在3x103105范围内， d入与Re的关系遵循Blasius关系式，即入=0.3163/Re0.25对于粗糙管，入与Re的关系均以图来表示。 （2）层流的摩擦阻力系数64九 一Re2、局部阻力u2h = g f 2式中，f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 大到一定值后，f与Re数
5、无关，成为定值。在本实验中：u22 + = 1 所以可以得到突然扩大管局部阻力系数的计算公式：三实验装置流程图图 3-1 流体阻力实验装置流程1、水箱； 2、离心泵； 3、自动测压、测流量装置； 4、上水阀； 5、高位水槽； 6、层 流管流量调节阀； 7、阀门管线开关阀； 8、球阀； 9、截止阀； 10、光滑管开关阀； 11、 粗糙管开关阀 12、突然扩大管开关阀 13、流量调节阀四、实验操作步骤1）关闭阀门，启动水泵。2）光滑管阻力系数的测定：确定实验管路，打开主阀门以及不锈钢管（光滑管）路的 引压管切换阀门和压力传感器两侧的阀门。进行主管路、引压管路排气，大约2分钟的时间， 关闭流量调节阀
6、门以及压力传感器两侧阀门，观察检查传感器示数是否回零（绝对值小于 O.OOlkPa）。如果没有达到排气要求，继续上述操作。如果达到要求，记录此时温度，从大 到小改变流量，读数流量qv从6m3/h到0.6m3/h共10组，按要求记录数据压降A和流量qv。将 流量qv调节至0,观察到压力传感器示数为0.00kPa（绝对值小于O.OOlkPa），证明以上实验数 据有效。实验完毕，关闭主阀门以及不锈钢管路的引压管切换阀门。3）粗糙管阻力系数的测定：确定实验管路，打开主阀门以及镀锌管（粗糙管）路的引 压管切换阀门和压力传感器两侧的阀门。进行主管路、侧压管路排气，操作同上面的2步骤。 qv从60.6m3/
7、h,由大到小读取10组数据，最后将流量调节至0,观察到压力传感器示数为 0.00kPa （绝对值小于0.001kPa），证明以上实验数据有效。实验完毕，关闭主阀门以及镀锌 钢管路的引压管切换阀门。4）突然扩大管阻力系数的测定：操作步骤同上，打开突然扩大管阀门，排气，再通过 调节流量控制阀改变管路流量大小。q从60.6m3/h，且尽量使得三组数据的流量相差较大,丄V读取3组相关数据。5）层流阻力系数的测定：确定实验管路，打开阀门以及不锈钢管路的引压管切换阀门 和压力传感器两侧的阀门。然后进行排气操作，调节层流管流量调节阀，使流量不致过大使 保持层流状态，用量筒量取从层流管中流出液体，并记录相应的
8、时间，从小到大依次记剥 组实验数据。6）实验结束后，关闭流量调节阀门、停泵，打开传感器两侧的排气阀。整理好实验室 的仪器、打扫卫生，经老师查看数据后才能离开。五、实验操作要点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、系统要排尽气体使液体连续流动。设备和测压管线中的气体都要排净，检验是否排净的 方法是当流量为零时，观察测压装置显示的数值是否为零。3、读取数据时，应注意在数据相对稳定后再读数。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。测定突然扩大管的局部阻力时，测取3组数据。层流管 的流量用量筒与秒
9、表测取。4、测完一根管的数据后，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。六、原始数据记录表 6-1 光滑管原始数据光滑管：l=1.5md=21.5mmt=20Cp=1000 kg/m3 卩=1.005 mPas序号12345678910P/Kpa9.035.574.003.511.91.260.860.650.520.43流量 qv/ (m3/h)4.363.753.092.872.001.581.261.080.900.80表 6-2 粗糙管原始数据表粗糙管：l
10、=1.5md=0.0215mt=20Cp=1000 kg/m3 y=1.005 mPas序号12345678910P/Kpa14.27.904.833.702.151.300.780.650.560.39流量 qv/ (m3/h)4.363.412.652.311.741.341.020.920.850.70表 6-3 突然扩大管原始数据表突然扩大管：d=0.0160m； l=0.140m； d2=0.0420m； l2=0.280m ； t=20C； p=1000 kg/m3 ；y=1.005 mPas序号123压降 P/Kpa1.290.1720.021流量 qv/(m3/h)4.091.
11、730.73表 6-4 层流管原始数据表层流管：l=1.0m； d=0.0026m； t=20C； p=1000 kg/m3 ；y=1.005 mPas序号12345678压降AP/KPa0.4080.670.8380.7780.9661.432.172.47时间t/s80.172.580.172.959.261.855.150.9体积V/mL40.057.980.267.867.698.0118.0129.8七、实验数据处理一）表 7-1 光滑管数据处理表光滑管：l=1.5md=21.5mmt=20 Cp=1000 kg/m3 y=1.005 mPas序号P/Kpa流量qv/ (m3/h)流
12、速 u/(m/s)雷诺数Re入（实验）入(Blasiius)误差w（%）19.034.363.34714530.023200.0193519.9025.573.752.87613980.019390.020093.4834.003.092.37507010.020410.021083.1843.512.872.20470650.020790.021473.1751.902.001.53327310.023270.023521.0661.261.581.21258860.024670.024941.0870.861.260.96205370.026750.026421.2580.651.080.
13、83177560.027050.027401.2890.520.900.69147610.031550.028709.93100.430.800.61130500.032970.0295911.42以第一组数据为例，计算如下：流速 u=4xqv/(nxd2x3600)=4x4.36/(3.14x0.02152x3600)= 3.34 m/s雷诺数 Re=dxuxp/g=0.0215x3.34x1000/(1.005x10-3) =71453阻力系数九=2xdxAP/(lxpxu2)=2x0.0215x9.03x1000/(1.5x1000x3.342) = 0.02320九(Blasius)=
14、0.3163/Re025 = 0.3163/71453025 = 0.01935误差 w（%）=|九一九(Blasius) |九(Blasius)xlOO 二 19.90二）表 7-2 粗糙管数据处理表粗糙管：l=1.5md=0.0215m t=20Cp=1000 kg/m3y=1.005 mPas序号P/Kpa流量qv/(m3/h)流速 u/(m/s)雷诺数Re九（实验）114.204.363.34714530.0364927.903.412.61558360.0332434.832.652.03434280.0336043.702.311.77378660.0338652.151.741.33284530.03484
