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1、=化工大学实验报告课程名称: 实验日期:2008.10.29班级：化工0602姓名：=学号：200611048同组人：=流体流动阻力的测定摘要 测定层流状态下直管段的摩擦阻力系数（光滑管、粗糙管和层流管）。 测定湍流状态不同怎/d）条件下直管段的摩擦阻力系数（突然扩大管）。测定湍流状态下管道局部的阻力系数的局部阻力损失。 本次实验数据的处理与图形的拟合利用Matlab完成。关键词流体流动阻力雷诺数阻力系数实验数据Matlab一、实验目的1、掌握直管摩擦阻力系数的测量的一般方法；2、测定直管的摩擦阻力系数入以及突扩管的局部阻力系数Z ；3、测定层流管的摩擦阻力4、验证湍流区内入、Re和相对粗糙度
2、的函数关系5、将所得光滑管的入-Re方程与Blasius方程相比较。二、实验原理在工程研究中，利用因次分析法简化实验，引入无因此数群不可压缩流体（如水），在圆形直管中作稳定流动时，由于粘性和涡流的作用产生摩擦阻力；流 体在流过突然扩大和弯头等管件时，由于流体运动的速度和方向突然发生变化，产生局部阻力。 影响流体流动阻力的因素较多，dupRe =雷诺数：P相对粗糙度：dl管路长径比：d可导出：这样，可通过实验方法直接测定直管摩擦阻力系数与压头损失之间的关系:因此，通过改变流体的流速可测定出不同Re下的摩擦阻力系数，即可得出一定相对粗糙度的管 子的入一Re关系。在湍流区内，入=f （Re, / d
3、 ），对于光滑管大量实验证明，当Re在3X103至105的范围 内，入与Re的关系遵循Blasius关系式，即：人=0.3163. Re0.25对于层流时的摩擦阻力系数，由哈根一泊谡叶公式和范宁公式，对比可得：人=64. Re局部阻力：三、装置和流程Hf图1流体阻力实验装置流程图2.离心泵 3 .孔板流量计6.稳流罐7.流量调节阀E广 1 1 1Nol1 Lin P2 nhi if i;i-5-j1.水箱5 .测量管路四、操作步骤1、启动水泵，打开光滑管路的开关阀及压降的切换阀，关闭其它管路的开关阀和切换阀；2、排尽体系空气，使流体在管中连续流动。检验空气是否排尽的方法是看当流量为零时候U形
4、压差计的两液面是否水平；3、调节倒U型压差计阀门1、2、3、4、5的开关，使引压管线内流体连续、液柱等高；4、打开流量调节阀，由大到小改变10次流量（Re 4000），记录光滑管压降、孔板压降数据;5、完成10组数据测量后，验证其中两组数据，确保无误后，关闭该组阀门；6、测量粗糙管（10组）、突然扩大管（6组）数据时，方法及操作同上；7、测量层流管压降时，首先连通阀门6、7、8、9、10所在任意一条回流管线，其次打开进入高 位水灌的上水阀门11，关闭出口流量调节阀16；8、当高位水灌有溢流时，打开层流管的压降切换阀，对引压管线进行排气操作；9、打开倒。型压差计阀门5,使液柱上升到型压差计示数为
5、0的位置附近，然后关闭该阀门，检 查两边液柱是否等高；10、调节阀门16,改变6次流量（Re 2000），记录光滑管压降体积数据；max11、所有实验完成后，关闭阀门、停泵、切断电源，清理实验台，整理所用仪器，填好原始数 据表格。五、原始数据及处理A、原始数据18C 水的密度：p =998.2 kg/m3粘度：p =1.0559X 10-3Pa sB、数据处理整理按照表后表1.光滑管和粗糙管实验原始数据表2,突然扩大管局部阻力系数测定原始数据突然扩大管：Q 22X3mm-Q 48 X 3mm不锈钢管 l=140mm1广250实验序号流量突然扩大管m3/h左压强/pa右压强/pa差值/pa13.
6、96990-1060205023.561730100163033.06232011801140表3.层流管实验原始数据1 1jAsA;. _八、/ r l层流整*6Xi5mm 0方牧雨1地-八小 ”礴管数据:甲乙j.mm尊,swu uluQ 22mm的镀锌流暮测定0. 10.2压力损失（单位：Pa）流出体积V/mL时间 t/s流量q/m3h-1左右差值序号流量3K滑管流量粗糙管1m3/h左压强/pa35右亍压强脾8差值/pa51m3/h左压强/pa75右压强/pa差值/pa 652124.362970 117-505030.038020394.30556%810540010960233.963
7、220 100-315030.036300193.91540(0084038009900343.553250 76-192030.295100903.465022085022607970453.11328052-920 30.554200613.124760 -160870123010301 V O V562.653200L-i720 30.813100322.664360 -2409-530)4470672.14307026870 90.362200102.053870 -33091160701290-71.82300035016501.71365046193081.422890180010
8、901.3534602220124091.07280021306700.9133002710590100.53270025002000.4432003050150如下面的示例方法，用Excel程序处理数据，计算结果如下:表4.光滑管数据处理结果序号流量单位：m3/h流速单位：m - s-1雷诺数摩擦阻力系数14.363.50694530.01823.963.18630810.01833.552.85565500.01843.112.50495410.01952.652.13422130.0262.141.72340890.02171.821.46289920.02281.421.1422620
9、0.02491.070.86170450.025100.530.438442.70.031表5.粗糙管数据处理结果序号流量单位：m3/h流速单位：m- s-1雷诺数摩擦阻力系数14.303.14651370.03323.912.86592290.03333.462.53524120.03343.122.28472620.03452.661.94402940.03462.051.50310540.03571.711.25259030.03681.350.99204500.03790.910.67137850.039100.440.326665.20.043表6层流管数据处理结果序号流量 单位：L
10、/s流速单位：m- s-1雷诺数层流摩擦阻力 系数久10.0043820.62011680.010220.0038960.55110390.01630.0033300.471887.80.024440.0025090.355668.90.046250.0017020.241453.80.106760.0008760.124233.60.457170.0002880.04176.714.6747表7.突然扩大管的数据处理结果实验序 号流量 单位:m3/h细管流速u1单位：m - s-1粗管流速u2单位：m- s-1局部阻力系 数 U平均&13.965.470.791.1161.11223.564
11、.920.711.11433.064.230.611.107用Excel程序处理数据方法示例：（1）湍流时流量、流速、雷诺数以及摩擦阻力系数的计算:如：由表1光滑管第一组数据：4 x 4.36流量流速 u =竺= = *m - s-1 = 3.50 m- s-1A 兀 d 23600 x 3.14 x 0.0212- dup 0.02 x 3.50 x 998.2雷诺数 Re =69453日1.0599 x 10-3、. 一 4lU 2摩擦阻力系数由、P = -x-得 d 2.2dAp2 x 0.021 x 8020八。人=-=0.018plu 2998.2 x 1.5 x 3.502（2）突
12、然扩大的阻力损失：如表2第三组数据，计算得由机械能守恒得i = 4.23 m - s-12=4.23 x(d )2ApU 2 一 U 2 丫 U 2=+ = U fp 22142 )2=0.61 m - s-i2( p - p ) +P (u 2 u 2)1212PU 212 x (140) + 998.2 x (4.232 - 0.612)998.2 x 4.232=1.107六、实验结果讨论分析（1）将上面光滑管和层流管的数据绘成双对数坐标图如下:数系力阻擦摩OOO O摩擦阻力系数与雷诺数的关系10000雷诺数1 01000001光滑管曲线-粗糙管曲线Blasius曲线图6.1结果分析一：1、不锈钢管与镀锌钢管的摩擦阻力系数均随雷诺数的增大而减小，当雷诺数增加到一定值后， 阻力系数减小的程度变缓，这是由于管壁大小、高度不等的凸出物相继暴露于湍流之中的缘故。 雷诺数在60000以上，它们的摩擦阻力系数基本不变，这是由于凸出物已完全暴露于湍流主体;2、当Re相同时，不锈钢管与镀锌钢管的摩擦阻力系数明显不同，且后者高于前者，可见8/d 越大，摩擦阻力系数也也越大；3、相同Re条件下，不锈钢管与镀锌钢管的入值大于水力学光滑管，可见前两者的相对粗糙度 值并
