流体流动阻力测定(整理好)

化工原理实验报告

实验名称：流体流动阻力的测定

实验日期： 2015.10.22

班级： 031131

组员：马佳王婧周先萍范奇行

流体流动阻力的测定

一、摘要

流体阻力的大小关系到输机械的动力消耗和输送机械的选择，测定流体流动阻力对化工及相关过程工业的设计、生产和科研具有重要的意义。

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及突然扩大管和球阀的局部阻力系数。

③验证在摩擦阻力系数为雷诺数Re和相对粗糙度的函数。

三、实验内容

①测定湍流状态下直不锈钢管的摩擦系数λ随Re的变化关系。

②测定湍流状态下球阀的局部阻力系数ξ。

③测定湍流状态下突扩管的局部阻力系数ξ。

④将所得光滑管的λ－Re方程与Blasius方程相比较。

四、实验原理

1．直管摩擦阻力

不可压缩流体（如水），在圆形直管中做稳定流动时，由于粘性和涡流的作用产生摩擦阻力；流体在突然扩大，弯头等管件时，由于流体运动的速度和方向突然变化，产生局部阻力。影响流体阻力的因素比较多，在工程上采用量纲分析方法简化实验，得到在一定条件下具有普遍意义的结果，其方法如下：

流体流动阻力与流体的性质，流体流经处的几何尺寸以及流动状态有关，可表示为

Δp=f﹙d,l,u,ρ,μ,ε﹚

引入无量纲数群:

雷诺数 Re=μ

ρ

du 相对粗糙度

d ε 管子长径比 d

l

从而得到:

2

u

p ρ∆=Ψ(μρdu ,d ε,d l ) 令λ=Φ(Re,

d

ε

） 则有 ρp ∆=d

l

Φ(Re,d ε)22u

可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系，这种关系可用实验

方法直接测定。

H f =ρ

p

∆=λd l ×22u

式中：

H f ——直管阻力 (J/㎏); l ——被测管长 (m); d ——被测管内径 (m); u ——平均流速 (m/s);

λ——摩擦阻力系数。

当流体在一管径为d 的圆形管中流动时选取两个截面，用U 形压差计测出着两个截面间的静压差，即为流体流过两截面间的流动阻力。根据伯努利方程找出静压差和摩擦阻力系数的关系式，即可求出摩擦阻力系数。改变流速可测出不同Re 下的摩擦阻力系数，就可求出某一相对粗糙度下的λ－Re 关系。

在湍流区内λ=f(Re,d ε

).对于光滑管，大量实验证明，当Re

在3×103

～105

的范围内，λ与Re 的关系遵循Blasius 关系式， 即 λ=25

.0Re 3163

.0

2．局部摩擦阻力

① 当流体流过等直径的管道局部（弯头，阀门），不考虑直管段长度，方程变为：

H f =ξ

2

2

u ② 当流体流经突然扩大管道时（p 1

H f =

ρ

2

1p p -+2

2

2

21u u -=ξ

2

2

1u

ξ称为局部阻力系数，它与流体流过的管件的几何形状及流体的雷诺数Re 有关，当雷诺数Re 大到一定值后，ζ与Re 无关，为定值。

五、实验装置

1．实验装置图

2．装置数据

不锈钢管：L=1.500m d=21.0mm

突扩管：d1=16.0mm d2=42.0mm

球阀：d=21.0mm

六、实验步骤

1．测不锈钢管

①关闭阀门，启动水泵。固定频率在25 Hz，打开不锈钢管管路的切换阀门及测压管线上的切换阀，关闭其余管路的切换阀门及测压管线上的切换阀。

②确定实验管路为光滑管，打开光滑管主管路切换阀门V3以及光滑管的引压管路切换阀门和压力传感器两侧的阀门。进行主管路，测压管路的排气，大约一到两分钟时间。关闭切换阀门和压力传感器两侧的阀门，看传感器是否回零（±0.07kPa左右）。如果没有达到要求，则重复上述排气步骤。如果达到要求则可以进行测量。

③实验数据测量：打开流量调节阀，由小到大改变12次流量（Re min>4000，当调节流量调节阀已经不能增加流量时，可增大离心泵

（kPa）、频率），记录水流量qV（m3·h-1）、压差传感器读数压降p

水温度t(℃)数据。测量完成后将泵的频率复原到25 Hz，并关闭流量调节阀。

2．突扩管和球阀

测量方法同上。测量突扩管时切换V1阀门，测球阀切换V4阀门。突扩管测量4组数据，球阀测量3组数据并记录。应注意每次测量某个管路前都应将主管及测压管线内的气体都排净。

3．收拾整理

全部数据测量完毕后，先关闭流量调节阀，再关闭离心泵（若为最后一组做实验，还应切断电源）。清理实验台，整理所用仪器。

七、原始实验数据

（一）不锈钢管摩擦阻力实验数据

序号水温度

（℃）

水流量

（m³/h）

不锈钢管压降

（KPa）

雷诺数

Re

摩擦阻力系数

λ

1 26.7 0.00-0.120.00

2 27.2 0.810.288526.10.0266

3 27.3 1.060.5511157.10.0260

4 27.4 1.360.9014315.50.0241

5 27.5 1.

6 1.3716841.80.0254

6 27.

7 2.04 2.0320103.90.0226

7 27.7 2.68 3.3626411.00.0212

8 27.9 3.31 4.94 32679.6 0.0202

9 27 3.96 6.9541683.40.0197

10 26.5 4.568.9047999.00.0189

11 26.7 5.2211.4654946.30.0185

12 27.1 6.4616.9567998.60.0178

13 27.4 7.6222.9080208.90.0173

（二）突然扩大管实验数据

序号水温度

（℃）

水流量

（m³/h）

管路压降

（KPa）

u

1

u

2

局部阻力系数

ζ

1 27.6 0.00 -0.1

2 0.000.00

2 27.8 2.28 2.30 3.150.460.49

3 28.0 3.45 5.29 4.770.690.50

4 28.1 4.03 7.32 5.570.810.50

5 28.3 5.75 15.03 7.95 1.150.50