四川大学化工实验1(流体力学)

学号：2014141492108 姓名：苗育民 专业：冶金工程 班号：143080501 实验日期：2016.4.27 实验成绩：

流体力学综合实验

一、实验目的

（1） 测定流体在管道内流动时的直管阻力损失，作出λ与Re 的关系曲线。 （2） 观察水在管道内的流动类型。 二、实验原理

流体在管道内流动时，由于实际流体有粘性，其在管内流动时存在摩擦阻力，必然会引起流体能量损耗，此损耗能量分为直管阻力损失和局部阻力损失。流体在水平直管内作稳态流动（如图3-1所示）时的阻力损失可根据伯努利方程求得。

图 3-1 流体在1、2截面间稳定流动

以管中心线为基准面，在1、2截面间列伯努利方程

（3-1）

因u 1=u 2，z 1=z 2，故流体在等直径管的1、2两截面间的阻力损失为

（3-2） 流体流经直管时的摩擦系数与阻力损失之间的关系可由范宁公式求得，其表达式为

（3-3） 将式（3-2）代入式（3-3）得

（3-4）

而

（3-5）

由此可见，摩擦系数与流体流动类型、管壁粗糙度等因素有关。由因此分析法整理可形象地表示为

（3-6）

f h gz u p P +++=++22

221211

2

gz 2u ρρρ

P

h f ∆=

2

2u d l h f ⋅

⋅=λ2

2u l d P ⋅⋅∆=

ρλμ

ρ

du =

Re )

(Re,d

f ε

λ=21请

式中：f h -----------直管阻力损失，J/kg ；

λ------------摩擦阻力系数；

d l .----------直管长度和管内径，m ；

P ∆---------流体流经直管的压降，Pa ； ρ-----------流体的密度，kg/m3； μ-----------流体黏度，Pa.s ；

u -----------流体在管内的流速，m/s ；

流体在一段水平等管径管内流动时，测出一定流量下流体流经这段管路所产生的压降，即可算得f h 。两截面压差由差压传感器测得；流量由涡轮流量计测得，其值除以管道截面积即可求得流体平均流速u 。在已知管径d 和平均流速u 的情况下，测定流体温度，确定流体的密度ρ和黏度μ，则可求出雷诺数Re ，从而关联出流体流过水平直管的摩擦系数λ与雷诺数Re 的关系曲线图。

三、实验设备图

1--压力表；2--水泵；3,4,5,10,11,13,14,15,22,23--小球阀；6,16,17,18,19--球阀；7--水箱；8--电磁阀1；9--计量水箱；12--电磁阀2；20--闸阀；21--涡轮流量计；24--孔板；25--差压传感器；26--电磁阀3；27,28--压力缓冲罐；a--Φ25⨯2钢管；b--Φ25⨯2钢管；c--Φ12⨯2铜管；d--Φ25⨯2有机玻管 四、实验操作步骤

（1）根据现场实验装置，理清流程，检查设备的完好性，熟悉各仪表的使用方法。 （2）打开控制柜面上的总电源开关，按下仪表开关，检查无误后按下水泵开关。 （3）打开球阀16，调节流量调节阀20使管内流量约为10.5h /m 3

，逐步减小流量，每次约减少0.5h /m 3

，待数据稳定后，记录流量及压差读数，待流量减小到约为4h /m 3

后停止实验。

（4）打开球阀18，关闭球阀16，重复步骤（3）。

（5）打开球阀19,16，调节转子流量计，使流量为40h L /，逐步减小流量，每次约减少4h L /，待数据稳定后，记录流量及压差读数，待流量减小到约为4h L /时停止实验。完成直管阻力损失测定。

五、实验数据记录

铜管湍流 钢管湍流

钢管层流

温度：22℃

序号

流量h /m

3

压差kPa 1 10.49 4.33 2 10.04 3.99 3 9.50 3.63 4 9.00 3.29 5 8.50 2.97 6 8.00 2.64 7 7.55 2.39 8 7.03 2.10 9 6.55 1.82 10 5.92 1.52 11 5.47 1.30 12 5.10 1.18 13 4.55 0.88 14

4.15

0.61

序号

流量h /m

3

压差kPa

1 10.50 4.27

2 9.98 3.86

3 9.51 3.55

4 9.11 3.26

5 8.51 2.88

6 8.10 2.61

7 7.50 2.34

8 7.03 2.03

9 6.48 1.75 10 6.05 1.52 11 5.53 1.29 12 4.97 1.02 13 4.45 0.83 14

4.12

0.61

序号 流量h L /

压差Pa 1 40

1033 2 36 746 3 32 579 4 28 463 5 24 390 6 20 310 7 16 230 8 12 162 9 8 112 10

4

45

设备参数：

mm d m L 6;0.2111==管内径：、层流钢管管长：； mm d m L 31;2.1222==管内径：、湍流铜管管长：；

;31;2.1333mm d m L ==管内径：、湍流钢管管长：

六、数据处理

铜管湍流

Re-λ图

0.010.1

10000

1000001000000

Re

λ

序号 流量qv (m³/h)

压差P ∆(kPa)

流速u(m/s) Re λ 1 10.49 4.33 3.861 121753.920 0.01504002 2 10.04 3.99 3.695 116530.921 0.01512923 3 9.5 3.63 3.496 110263.321 0.01537343 4 9 3.29 3.312 104459.989 0.01552467 5 8.5 2.97 3.128 98656.656 0.01571195 6 8 2.64 2.944 92853.323 0.01576650 7 7.55 2.39 2.779 87630.324 0.01602564 8 7.03 2.1 2.587 81594.858 0.01624127 9 6.55 1.82 2.411 76023.658 0.01621438 10 5.92 1.52 2.179 68711.459 0.01657722 11 5.47 1.3 2.013 63488.460 0.01660658 12 5.1 1.18 1.877 59193.994 0.01734016 13 4.55 0.88 1.675 52810.328 0.01624693 14

4.15

0.61

1.527

48167.661

0.01353771