流体阻力实验仿真软件说明

流体阻力实验仿真软件说明

1 目的及特点

本仿真软件以最新设备为模拟对象，充分展现了新设备的优势，力求在界面友好的基础上做到全面、系统、规范的展示新设备的流程与操作方法，力求增强操作者在与软件本身的互动性。

2 模块介绍

软件结构框图：

3 操作界面

用户界面是应用程序的脸面，是整个程序给操作者的最直观的第一印象，所以对于一个

操作程序而言，界面设计的好坏与否十分重要，直接关系到软件的功能和应用。

(i) 实验指导

此菜单主要为软件的使用者在对实验不很了解的情况下提供实验中最基本的介绍，包括实验的目的、内容、仪器和方法等等内容，使操作者可以在很短的时间内了解实验。而且由于采用了滚动式的表现形式，使得指导部分生动具体，也更直观。

(ii) 实验操作

此菜单主要是用于将实验方法和操作的步骤具体化，使学生在初步了解实验的基础上，对实验仪器和实验的具体操作步骤进一步的理解，从而保证实验的顺利进行。本部分除了采用的滚动字幕描述外，还配以整个实验的流程简图，方便使用。

(iii) 数据记录

此菜单主要是用来显示在实验中记录的数据组，使数据直接显示在准备好的表格中，使数据更加直观清晰，方便进行数据观测和校正。同时统一各个仪器的流量和读数的单位，以免发生不必要的麻烦。在记录的同时，根据已知的计算公式，将数据直接转化为曲线，不但简化实验，也使整个过程简便和直观化，便于使用者掌握实验。

(iv) 实验成绩

此菜单主要是用来显示实验结束后，操作者的总体得分，以便给整个操作过程一个直观的，具体的评价。做到心中有数。

：

各窗口和菜单的具体功能说明如下：

只要是在主界面下就可以查看实验指导，实验操作。当完成实验后才可以查看实验结果，并且只有在完成实验并且清理完实验现场后才可以查看实验成绩。但无论到那一级子窗体都可以返回主界面。

4 其它窗体

5 数学模型 本实验涉及到的公式比较复杂，不能直接的出公式，只有通过迭代才能的出相关的公式和数据。下面先定义几个函数：

对于密度上面已经用了内差法，在不同温度下的相关公式，即温度与密度有一定的关系，这里把他们定义成：

)(1t f =ρ （2—2）

密度与温度也有一定的关系，可用内差法求得。在不同的温度下有不同的公式：

当20o C>=t>=10 o C 时

µ=[1.3077-（1.3077-1.005）×（t-10）/10]×10-3 当30o C>=t>=20 o C 时

µ=[1.005-（1.005-0.8007）×（t-20）

/10]×10-3

当40o C>=t>=30 o C 时

µ=[0.8007-（0.8007-0.656）×（t-30）/10]×10-3

上面几个公式可以用一个公式来代替，即为：

)(2t f =μ (2—3)

在测光滑直管时，由于流体的粘性作用和涡流的存在，不可避免地消耗一定机械能，其在直管内消耗的机械能称为直管阻力。直管阻力的大小与管长、管径、流体流速和管道摩擦系数有数。相关公式为：

22

u d l p h f f λρ=∆=

22u

p l d f

∆=ρλ （2—10） μρdu =Re （2—4）

当Re<=3000时，层流：

e R 64=λ （2—5）

当Re>3000时，湍流有以下几种：

在湍流情况下，计算摩擦系数的公式有很多。

（一） 光滑管

1． 柏拉修斯（Blasius ）公式

25.0Re 3164

.0=λ

上式适用范围为Re=3×103～1×105

2. 顾毓珍等公式 32.0Re 500

.00056.0+=λ

上式适用范围为Re=3×103～3×106

(二) 粗糙管

1．柯尔布鲁克（Colebrook ）公式

)Re 35.91lg(214.1lg 21λεελd d +-+= (2—

6)

上式适用于005.0Re >λε

d

2． 则（Nikuradse ）与卡门（Karman ）公式

14.1lg 21

+=ελ

d 上式适用于

005

.0Re >λεd 式中：d —管径，m ；

ΔP f —直管阻力引起的压强降，P a ;

l —管长，m;

u —流速，m/s;

ρ—流体的密度，kg/m 3

μ—流体的粘度，N.s/m 2。

其中d,l,t,v, ε/d,为以知。

测局部阻力时，通过管件、阀门、弯头、管道突然扩大或缩小时产生的阻力称为局部阻力。局部阻力通常有两种方法表示，即当量长度法和阻力系数法。

阻力系数法：

22

u p h f f ξρ='∆='

22u p f

'∆⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ρξ

式中：ξ—局部阻力，无因次；

ΔP ˊf —局部阻力引起的压强降，

pa; h ˊf —局部阻力引起的能量损失，J/kg;