流体阻力实验报告

化工原理实验报告

实验名称：流体流动阻力测定

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实验日期：

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v q ，以及测定已知长度l 和管径d 的光滑直管和粗糙直管间的压差p ∆，根据公式2

2u l p d ρλ∆=，其中ρ

为实验温度下流体的密度；流体流速2

4d q u v

π=

，以及雷诺数μ

ρdu =Re （μ

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Re -λ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

2

22

121p

u u ρ

ζ∆+

=-

可求出突然扩大管的局部阻力系数，以及由Re

64=λ求出层流

时的摩擦阻力系数λ，再和雷诺数Re 作图得出层流管Re -λ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 （h f ，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 -1 T -1]， l [L] ，d [L]，ε[L]，u [LT -1]， h f [L 2 T -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＝μρa u b d c [M 0L 0T 0] =[ML -1 T -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/d ε: π3＝ε/d h f : π4＝h f /u 2 5）原函数无量纲化

0,

,,2=⎪⎪⎭

⎫ ⎝

⎛d l d

du u h F f

εμ

ρ 6）实验

22,22u d l u d l d

du h f

⋅=⋅⋅⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛=λεμρϕ

摩擦系数：()d εϕλR e,=

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/Re 0.25

湍流普通直管（4000

⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+-=λελRe 7.182log 274.11

d 湍流普通直管（Re>临界点）：λ=φ（ε/d）即

⎪⎭

⎫

⎝⎛-=d ελ2log 274.11

2、局部阻力损失函数

2

2

u h f

ζ= 局部阻力系数：（局部结构）ϕζ=

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：d 2.9mm l 1.00m ==，；突然扩大管：,0.161mm d =mm l 1401=；粗糙管：21.5, 1.50d mm l m ==；光滑管：m l mm d 50.1,5.21==。 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：

数据计算示例：

1、 光滑管：近似取

T=20.0℃时水的密度3998.2/Kg m ρ=，粘度

1.005mPa s μ=•

以光滑管第一组数据为例：

3322

322

998.2/, 4.1/,7314.5,21.5,, 1.5044 4.10/3600

3.138591/3.140.02150.0215 3.1385911000Re 67023.14

1.00510220.02157314.50.021324

1.501000 3.138591B v v Kg m q m h p Pa d mm l m

q u m s d du d p l u ρπρμλρ-==∆===⨯∴=

==⨯⨯⨯===⨯∆⨯⨯===⨯⨯0.250.25lasius 0.3163/Re 0.3163/67023.140.019658λ===关系式求得

2、 粗糙管：

以粗糙管第一组数据为例：

34.12/v q m h =, 10468p Pa ∆=, 21.5d mm =, m l 50.1=

∴

22

44 4.12/3600

3.153902/3.140.0215v q u m s d π⨯=

==⨯ ,

3

0.0215 3.153902998.2Re 67350.081.00510

du ρμ-⨯⨯===⨯