流体阻力实验报告_精品文档.docx
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流体流动阻力的测定
北京化工大学
化工原理实验报告
实验名称:
流体流动阻力测定
班级:
化工10
学号:
2010
姓名:
同组人:
实验日期:
2012.10.10
流体阻力实验
一、摘要
通过测定不同阀门开度下的流体流量,以及测定已知长度和管径d的光滑直管和粗糙直管间的压差,根据公式,其中为实验温度下流体的密度;流体流速,以及雷诺数(为实验温度下流体粘度),得出湍流区光滑直管和粗糙直管在不同Re下的λ值,通过作双对数坐标图,可以得出两者的关系曲线,以及和光滑管遵循的Blasius关系式比较关系,并验证了湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺数Re和相对粗糙度ε/d的函数。
由公式可求出突然扩大管的局部阻力系数,以及由求出层流时的摩擦阻力系数,再和雷诺数Re作图得出层流管关系曲线。
关键词:
摩擦阻力系数局部阻力系数雷诺数Re相对粗糙度ε/d
二、实验目的
1、掌握测定流体流动阻力实验的一般试验方法;
2、测定直管的摩擦阻力系数λ及突然扩大管的局部阻力系数ζ;
3、测定层流管的摩擦阻力系数λ;
4、验证湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺数Re和相对粗糙度ε/d的函数;
5、将所得光滑管的λ-Re方程与Blasius方程相比较。
三、实验原理
1、直管阻力损失函数:
f(hf,ρ,μ,l,d,ε,u)=0
应用量纲分析法寻找hf(ΔP/ρ)与各影响因素间的关系
1)影响因素
物性:
ρ,μ设备:
l,d,ε操作:
u(p,Z)
2)量纲分析
ρ[ML-3],μ[ML-1T-1],l[L],d[L],ε[L],u[LT-1],hf[L2T-2]
3)选基本变量(独立,含M,L,T)
d,u,ρ(l,u,ρ等组合也可以)
4)无量纲化非基本变量
μ:
π1=μρaubdc[M0L0T0]=[ML-1T-1][ML-3]a[LT-1]b[L]c⇒a=-1,b=-1,c=-1
变换形式后得:
π1=ρud/μ
l:
π2=l/dε:
π3=ε/dhf:
π4=hf/u2
5)原函数无量纲化
6)实验
摩擦系数:
层流圆直管(Re<2000):
λ=φ(Re)即λ=64/Re
湍流水力学光滑管(Re>4000):
λ=0.3163/Re0.25
湍流普通直管(4000λ=φ(Re,ε/d)即
湍流普通直管(Re>临界点):
λ=φ(ε/d)即
2、局部阻力损失函数
局部阻力系数:
考虑流体阻力等因素,通常管道设计液速值取1~3m/s,气速值取10~30m/s。
大多数阀门:
顺时针旋转是关闭,逆时针旋转是打开。
四、实验流程
层流管:
;突然扩大管:
;粗糙管:
;光滑管:
。
操作装置图如下:
五、实验操作
1、关闭流量调节阀门,启动水泵;
2、调整阀门V1~V5开关,确定测量管路;
3、打开对应引压管切换阀门和压差传感器阀门,进行主管路、测压管路排气;
4、排气结束,关闭传感器阀门,检查其数值回零,否则继续排气;
5、确定量程,布点,改变水流量测多组数据;
6、所有参数在仪表柜集中显示,水流量/m3•h-1,压降/kPa,温度/℃;
7、层流实验水流量由量筒和秒表测出;
8、测完所有数据,停泵,开传感器排气阀,关闭切换阀门;
9、检查数据,整理好仪器设备,实验结束。
六、实验数据处理
原始数据如下表:
ρ(kg/m3)=998.2μ(mPa.s)=1.005
T=20.6℃光滑管l=1.5md=21.5mm
T=21.6℃
粗糙管l=1.5d=21.5mm
序号
流量
qv/m3•h-1
压降
Δp/pa
流量
qv/m3•h-1
压降
Δp/pa
1
4.10
7314.5
4.12
10468.0
2
3.55
5580.0
3.55
7748.7
3
3.05
4225.5
3.05
5739.5
4
2.58
3058.7
2.55
4054.5
5
2.21
2265.8
2.20
3046.7
6
1.85
1608.8
1.86
2179.6
7
1.50
1065.2
1.50
1448.2
8
1.16
643.2
1.15
869.4
9
0.85
349.3
0.84
482.5
10
0.65
205.5
0.65
284.5
突然扩大管
T=22.5℃d=15.6mmD=42mml=140mmL=280mm
序号
流量qv/m3•h-1
Δp/pa
1
3.5
5256.5
2
2.0
1457.5
3
0.8
159.6
层流管d=2.9mml=1mT=23.1℃
序号
V/ml
t/s
Δp/pa
1
111
20
5155.6
2
102
20
5065.5
3
84
20
2172.0
4
70
20
1731.2
5
62
20
1535.6
6
22
20
438.0
数据计算示例:
1、光滑管:
近似取T=20.0℃时水的密度,粘度
以光滑管第一组数据为例:
2、粗糙管:
以粗糙管第一组数据为例:
,,
3、突然扩大管:
以第一组数据为例:
,
同理求出三组数据所对应的值,再求其平均值
4、层流管:
以第一组数据为例:
,
按照以上方法将实验数据处理如下表所示:
⑴光滑管:
l=1.50m,d=21.5mm,压降零点修正ΔP0=0kPa,水温度=20.6℃
表1.光滑管的原始数据记录及处理结果一览表
序号
水流量
/m3•h-1
压降
/Pa
流速
/m•s-1
雷诺数
Re
摩擦系数λ
λBlasius
1
4.10
7314.5
3.1386
67023.14
0.021324
0.019658
2
3.55
5580.0
2.7176
58032.23
0.021699
0.020379
3
3.05
4225.5
2.3349
49858.67
0.022261
0.021167
4
2.58
3058.7
1.9750
42175.53
0.022519
0.022072
5
2.21
2265.8
1.6918
36127.10
0.022735
0.022943
6
1.85
1608.8
1.4162
30242.15
0.023036
0.023985
7
1.50
1065.2
1.1483
24520.66
0.023201
0.025276
8
1.16
643.2
0.8880
18962.64
0.023425
0.026954
9
0.85
349.3
0.6507
13895.04
0.023693
0.029133
10
0.65
205.5
0.4976
10625.62
0.023837
0.031154
粗糙管:
l=1.50m,d=21.5mm,压降零点修正ΔP0=0kPa,水温度=21.6℃
表2.粗糙管的原始数据记录及处理结果一览表
序号
水流量
/m3•h-1
压降
/Pa
流速
/m•s-1
雷诺数
Re
摩擦系数λ
1
4.12
10468.0
3.1540
67350.08
0.030222
2
3.55
7748.7
2.7176
58032.23
0.030132
3
3.05
5739.5
2.3348
49858.67
0.030237
4
2.55
4054.5
1.9521
41685.12
0.030557
5
2.20
3046.7
1.6841
35963.63
0.030849
6
1.86
2179.6
1.4239
30405.62
0.030875
7
1.50
1448.2
1.1483
24520.66
0.031543
8
1.15
869.4
0.8803
18799.17
0.032217
9
0.84
482.5
0.6430
13731.57
0.033512
10
0.65
284.5
0.4976
10625.62
0.033000
根据以上数据做出散点图如下:
图3.光滑管和粗糙管的λ与Re的关系散点图
将上图修正处理,得到曲线图如下
图4.光滑管和粗糙管的λ与Re的关系以及Blasius公式比较
(3)突扩管:
d1=16.0mm,d2=42.0mm,压降零点修正ΔP0=0kPa,水温度=22.5℃
表3.突然扩张管的原始数据记录及处理结果一览表
序号
水流量
/m3•h-1
压降
/Pa
细管流速/m1•s-1
粗管流速/m1•s-1
局部阻力系数ξ
1
3.5
5256.5
5.0892
0.7021
0.570207
2
2.0
1457.5
2.9081
0.4012
0.632167
3
0.8
159.6
1.1632
0.1605
0.742252
(4)层流管:
l=2.9mm,d=1.00m,压降零点修正ΔP0=0kPa,水温度=23.1℃
表3.层流管的原始数据记录及处理结果一览表
序号
水体积/ml
水流量
/m3•s-1
压降
/kPa
流速/m1•s-1
雷诺数Re
摩擦阻力系数λ
λ理论
1
111
0.0000056
5155.6
0.8407
2421.46
0.042387
0.026430
2
102
0.0000051
5065.5
0.7725
2225.12
0.049320
0.028762
3
84
0.0000042
2172
0.6362
1832.45
0.031182
0.034926
4
70
0.0000035
1731.2
0.5302
1527.05
0.035789
0.041911
5
62
0.0000031
1535.6
0.4696
1352.53
0.040467
0.047319
6
22
0.0000011
438.0
0.1666
479.93
0.091671
0.133353
图6.层流管的λ与Re的关系
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、流动进入湍流区时,摩擦阻力系数λ随雷诺数Re的增大而减小。
至足够大的Re后,λ-Re曲线趋于平缓;
2、实验