流体流动阻力的测定
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流体流动阻力的测定一、引言流体力学是物理学的一个分支,主要研究流体的运动规律和性质。
在工程领域中,流体力学是非常重要的一门学科,涉及到许多领域,如航空、船舶、汽车、建筑等。
在这些领域中,流体的运动特性对于设备的设计和性能有着重要影响。
而测定流体流动阻力是了解这些运动特性的基础。
二、实验原理1. 流体阻力公式当一个物体在流体中运动时,会受到来自流体的阻力。
根据牛顿第二定律,物体所受合外力等于其质量乘以加速度。
因此,在水平方向上运动的物体所受合外力为:F = ma其中F为合外力,m为物体质量,a为加速度。
当物体在水平方向上运动时,在没有其他外力作用下,其所受合外力即为来自水对其作用的阻力Ff。
因此:Ff = ma将牛顿第二定律代入上式可得:Ff = 1/2 * ρ * v^2 * S * Cd其中ρ为流体密度,v为物体相对于流体的速度(即物体速度减去流体速度),S为物体所受阻力的面积,Cd为阻力系数。
2. 流体阻力的测定在实验中,我们可以通过测量物体在流体中运动时所受到的阻力来计算出阻力系数Cd。
一般来说,测量流体阻力有两种方法:直接法和间接法。
直接法是指将物体放置在流体中,然后通过测量所需施加的力来计算出流体阻力。
这种方法通常需要使用特殊设备,如浮子式流量计、翼型试验台等。
间接法是指通过测量物体在流体中运动时所需施加的外部力来计算出流体阻力。
这种方法通常需要使用天平或重量计等设备来测量物体的重量,并结合运动学公式来计算物体所受的加速度和速度等参数。
三、实验步骤1. 实验器材准备准备好天平或重量计、滑轮、绳子、小球等实验器材,并将它们固定在实验台上。
2. 实验样本制备制作一个小球样本,并将其质量称重记录下来。
3. 流动介质准备将水注入实验槽中,并将水温调节到室温。
4. 实验数据测量将小球样本用绳子系在滑轮上,并将滑轮固定在实验台上。
然后,拉动小球样本,使其开始运动,并记录下所需施加的力和小球样本的运动时间。
实验一 流体流动阻力的测定一、实验目的1、了解流体在管道内摩擦阻力的测定方法;2、确定摩擦系数λ与雷诺数Re 的关系。
二、基本原理由于流体具有粘性,在管内流动时必须克服内摩擦力。
当流体呈湍流流动时,质点间不断相互碰撞,引起质点间动量交换,从而产生了湍动阻力,消耗了流体能量。
流体的粘性和流体的涡流产生了流体流动的阻力。
在被侧直管段的两取压口之间列出柏努力方程式,可得:ΔP f =ΔPL —两侧压点间直管长度(m)d —直管内径(m)λ—摩擦阻力系数u —流体流速(m/s )ΔP f —直管阻力引起的压降(N/m 2)µ—流体粘度(Pa.s )ρ—流体密度(kg/m 3)本实验在管壁粗糙度、管长、管径、一定的条件下用水做实验,改变水流量,测得一系列流量下的ΔP f 值,将已知尺寸和所测数据代入各式,分别求出λ和Re ,在双对数坐标纸上绘出λ~Re 曲线 。
三、实验装置与仪器1、实验装置水泵将储水糟中的水抽出,送入实验系统,首先经玻璃转子流量计测量流量,然后送入被测直管段测量流体流动的阻力,经回流管流回储水槽,水循环使用。
被测直管段流体流动阻力△P 可根据其数值大小分别采用变压器或空气—水倒置U 型管来测量。
实验系统流程图见图一压差传感器与直流数字电压表连接方法见图二2、设备的主要技术参数(1)被测直管段:管径d —0.0080(m) 管长L —1.6(m) 材料:紫铜管(2)玻璃转子流量计:型号LZB —25 测量范围100—1000(L/h) 精度:1.5 型号LZB —10 测量范围10—100(L/h) 精度:2.5(3)单项离心清水泵:型号WB70/055 流量20—2000(L/h)扬程:13.5~19(m) 电功功率:550(W) 电机功率:550(W) 电流:1.35(A) 电压:380(V)22u d L P h ff ⨯=∆=λρ22u P L d f ∆⨯=ρλμρdu =Re四、实验步骤:1、向储水槽内注蒸馏水,直到水满为止。
一、实验目的1、 掌握流体经直管和管阀件时阻力损失的测定方法。
通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。
2、 测定直管摩擦系数λ于雷诺准数Re 的关系。
3、 测定流体流经闸阀等管件时的局部阻力系数ξ。
4、 学会压差计和流量计的适用方法。
5、 观察组成管路的各种管件、阀件,并了解其作用。
二、基本原理流体在管内流动时,由于粘性剪应力和涡流的存在,不可避免得要消耗一定的机械能,这种机械能的消耗包括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻力。
1、 沿程阻力流体在水平均匀管道中稳定流动时,阻力损失表现为压力降低。
即影响阻力损失的因素很多,尤其对湍流流体,目前尚不能完全用理论方法求解,必须通过实验研究其规律。
为了减少实验工作量,使实验结果具有普遍意义,必须采用因次分析方法将各变量组合成准数关联式。
根据因次分析,影响阻力损失的因素有, (a)流体性质:密度ρ、粘度μ;(b)管路的几何尺寸:管径d 、管长l 、管壁粗糙度ε; (c)流动条件:流速μ。
可表示为: 则 式中,-d 管径,m ;-∆f P 直管阻力引起的压强降,Pa ;-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。
λ—称为摩擦系数。
层流时,λ=64/Re ;湍流时λ是雷诺准数Re 和相对粗糙度的ρρpp p h f ∆=-=21),,,,,(ερμu l d f p =∆22u d l ph f λρ=∆=函数,须由实验确定 2、局部阻力局部阻力通常有两种表示方法,即当量长度法和阻力系数法。
(a)当量长度法流体流过某管件或阀门时,因局部阻力造成的损失,相当于流体流过与其具有相当管径长度的直管阻力损失,这个直管长度称为当量长度,用符号Σ le 表示。
则流体在管路中流动时的总阻力损失 为(b)阻力系数法流体通过某一管件或阀门时的阻力损失用流体在管路中的动能系数来表示,这种计算局部阻力的方法,称为阻力系数法。
流体流动阻⼒的测定⼀、实验⽬的1、掌握层流流体经直路和管件时阻⼒损失的测定⽅法。
通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。
2、测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re 的关系。
3、测定流体流经闸阀等管件时的局部阻⼒系数ξ。
4、学会压差计和流量计的使⽤⽅法。
5、观察组成管路的各种管件、阀件,并了解其作⽤。
⼆、实验原理1、直管摩擦系数λ与雷诺数Re 的测定:流体在管道内流动时,由于流体的粘性作⽤和涡流的影响会产⽣阻⼒。
流体在直管内流动阻⼒的⼤⼩与管长、管径、流体流速和管道摩擦系数有关,它们之间存在如下关系:h f =ρfP ?=22u d l λ(1-1)λ=22u P l d fρ (1-2) Re =µρu d (1-3)式中:-d 管径,m ;-?f P 直管阻⼒引起的压强降,Pa ;-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。
直管摩擦系数λ与雷诺数Re 之间有⼀定的关系,这个关系⼀般⽤曲线来表⽰。
在实验装置中,直管段管长l 和管径d 都已固定。
若⽔温⼀定,则⽔的密度ρ和粘度µ也是定值。
所以本实验实质上是测定直管段流体阻⼒引起的压强降△P f 与流速u (流量V)之间的关系。
根据实验数据和式(1-2)可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ,⽤式(1-3)计算对应的Re ,从⽽整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系,绘出λ与Re 的关系曲线。
2、局部阻⼒系数ζ的测定22'u P h ff ζρ=?=' (1-4)2'2uP f ?????? ?=ρζ (1-5) 式中:-ζ局部阻⼒系数,⽆因次;-?'f P 局部阻⼒引起的压强降,Pa ;-'f h 局部阻⼒引起的能量损失,J/kg 。
图1-1 局部阻⼒测量取压⼝布置图局部阻⼒引起的压强降'f P ? 可⽤下⾯的⽅法测量:在⼀条各处直径相等的直管段上,安装待测局部阻⼒的阀门,在其上、下游开两对测压⼝a-a'和b-b',见图1-1,使ab =bc ;a'b'=b'c'则:△P f ,a b =△P f ,bc ;△P f ,a 'b '= △P f ,b 'c '在a-a'之间列⽅程式: P a -P a '=2△P f ,a b +2△P f ,a 'b '+△P 'f (1-6) 在b-b'之间列⽅程式: P b -P b '=△P f,bc +△P f ,b 'c '+△P 'f=△P f ,a b +△P f ,a 'b '+△P 'f (1-7) 联⽴式(1-6)和(1-7),则:'f P ?=2(P b -P b ')-(P a -P a ')为了实验⽅便,称(P b -P b ')为近点压差,称(P a -P a ')为远点压差。
实验一流体流动阻力的测定一、实验目的1、掌握测定流体流经直管、管件(阀门)时阻力损失的一般实验方法。
2、测定直管摩擦系数大与雷诺准数Re的关系,验证在一般湍流区内为与Re的关系曲线。
3、测定流体流经管件(阀门)时的局部阻力系数季4、识辨组成管路的各种管件、阀门,并了解其作用。
二、实验装置实验装置如下图所示:11+J1、水箱2、离心泵3、压差传感器4、温度计5、涡轮流量计6、流量计7、转子流量计8、转子流量计9、压差传感器10、压差传感器11、压差传感器12、粗糙管实验段13、光滑管实验段14、层流管实验段15、压差传感器16、压差传感器17、阐阀18、截止阀图1实验装置流程图装置参数:三、实验原理1、直管阻力摩擦系数大的测定流体在水平等径直管中稳定流动时,阻力损失为:. 2 d Ap九二- -fP lu 2du pRe = 一N采用涡轮流量计测流量VV u =900冗d 2用压差传感器测量流体流经直管的压力降A P f o根据实验装置结构参数1、d,流体温度T (查流体物性p、四),及实验时测定的流量V、压力降APf,求取Re和大,再将Re和大标绘在双对数坐标图上。
2、局部阻力系数Z的测定流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数,这种方法称为阻力倍数法。
即:故0= 2A L ⑹P U 2根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径d,流体温度T (查流体物性p、四),及实验时测定的流量V、压力降APf,,通过式⑸或⑹,求取管件(阀门)的局部阻力系数Z。
四、实验步骤1、开启仪表柜上的总电源、仪表电源开关。
2、首先对水泵进行灌水,然后关闭出口阀,启动水泵,待电机转动平稳后,把出口阀缓缓开到最大。
3、实验从做大流量开始做起,最小流量应控制在1.5m3/h。
由于实验数据处理时使用的是双对数坐标,所以实验时每次流量变化取一递减的等比数列这样得到的数据点就会均匀分布,时实验结果更具准确性。
实验一 流体流动阻力的测定一、 实验目的和任务1.了解流体流过管路系统的阻力损失的测定方法;2.测定流体流过圆形直管的阻力,确定摩擦系数λ与流体Re 的关系;3.测定流体流过管件的阻力,局部阻力系数ξ;4.学会压差计和流量计的使用方法;5.识别管路中各个管件、阀门,并了解其作用;二、实验原理流体的流动性,即流体内部质点之间产生相对位移。
真实流体质点的相对运动表现出剪切力,又称内摩擦力,流体的粘性是流动产生阻力的内在原因。
流体与管壁面的摩擦亦产生摩擦阻力,统称为沿程阻力。
此外,流体在管内流动时,还要受到管件、阀门等局部阻碍而增加的流动阻力,称为局部阻力。
因此,研究流体流动阻力的大小是十分重要的。
2.1 直管摩擦系数λ测定 流体在管道内流动时,由于流体粘性作用和涡流的影响产生阻力。
阻力表现为流体的能量损失,其大小与管长、管径、流体流速等有关。
流体流过直管的阻力计算公式,常用以下各种形式表示:)2( 2gu d L H 2f λ=或 )3( 2L P P P 221f u d ρλ=-=-∆ 式中h f ——以能量损失表示的阻力,J /kg ; H f ——以压头损失表示的阻力,m 液柱;△P f ——以压降表示的阻力,N /m 2L ——管道长,md ——管道内径,m ; u ——流体平均流速,m/s ;P ——流体密度,kg /m 3; λ——摩擦系数,无因次;g ——重力加速度,g 一9.81m/s 2。
.λ为直管摩擦系数,由于流体流动类型不同,产生阻力的原因也不同。
层流时流体流动主要克服流体粘性作用的内摩擦力。
湍流时除流体的粘性作用外,还包括涡流及管壁粗糙度的影响,因此λ的计算式形式各不相同。
层流时,利用计算直管压降的哈根-泊谡叶公式: )4( duL 32P P P 221f μ=-=-∆ 和直管阻力计算公式(3),比较整理得到λ的理论计算式为 )5( Re64du 232==ρμλ⨯ 由此式可见,λ与管壁粗糙度ε无关,仅为雷诺数的函数。
流体流动阻力的测定实验报告实验报告:流体流动阻力的测定摘要:本实验通过测量流体在管道中的压降,来确定流体流动阻力的大小。
采用了排水法和泄水法分别测量不同直径的导管中水的流速和压降,并通过处理实验数据得到了流体的流动阻力,并与理论值进行了比较。
引言:液体或气体在管道中流动时会遇到一定的阻碍力,即流动阻力。
流动阻力的大小与管道直径、流速、流体性质等因素有关,因此需要进行实验测定。
实验仪器和材料:1. 导管:直径分别为2cm、4cm、6cm的塑料导管。
2.水泵:用于提供水流。
3.节流装置:用于调节水流量。
4.U型水银压力计:用于测量压降。
5.超声波流速仪:用于测量流速。
6.计时器:用于计时。
7.温度计:用于测量流体温度。
实验步骤:1. 将2cm直径的导管连接至水泵和节流装置,并调节节流装置使水流量适中。
2.打开水泵,使水开始流动,打开计时器记录时间。
3.使用超声波流速仪测量水在导管中的流速,并记录测量值。
4.同时使用U型水银压力计测量水在导管两端的压降,并记录测量值。
5.根据实验数据计算流体的流动阻力,并记录结果。
6. 重复以上步骤,分别对4cm、6cm直径的导管进行实验测量。
实验数据与结果:对于2cm直径的导管,测得的流速为0.032m/s,压降为2cm水柱。
通过计算得出流动阻力为0.053Pa·s/m^3对于4cm直径的导管,测得的流速为0.024m/s,压降为4cm水柱。
通过计算得出流动阻力为0.083Pa·s/m^3对于6cm直径的导管,测得的流速为0.018m/s,压降为6cm水柱。
通过计算得出流动阻力为0.093Pa·s/m^3讨论与分析:通过实验测量得到的流动阻力与导管直径成反比,与流体流速成正比。
这与理论预期是一致的。
由于实验条件的限制,实验中可能存在误差,例如流速和压降的测量误差、流体温度的变化等。
同时,水的物理性质也可能受实验环境的影响而发生变化,因此计算得到的流动阻力也可能不完全准确。
流体流动阻力的测定一、实验流程实验装置流程如图1所示,装置图如图2所示。
压差的测量采用压差传感器或U 型压差计,流量的测量采用涡轮流量计。
直管两测压点之间的距离为3m ,光滑管内径为28 mm ,粗糙管内径为26.6 mm ,局部阻力管段内径为32mm 。
图1流体流动阻力测定实验流程图图2流体流动阻力测定实验装置图二、实验内容(1)测定流体在不同材质和d 的直管中流动时的阻力摩擦系数λ,在双对数坐标纸绘出λ和R e 之间的关系;(2)测定流体通过阀门或90º弯头时的局部阻力系数。
三、实验步骤1. 关闭控制阀,打开光滑管管路上2 个压差变送器的平衡阀,打开光滑管引压阀、光滑管切换阀、弯头引压阀,关闭其它所有阀,打开引水阀,灌泵,放气,然后关闭。
2. 启动泵,系统排气。
(1)总管排气:先将控制阀开至最大然后再关闭,重复三次,目的为了使总管中的大部分气体被排走,然后打开总管排气阀,开至最大后再关闭,重复三遍。
(2)引压管排气:依次对4个放气阀进行排气,将阀门开、关重复三次。
(3)压差计排气:关闭2个平衡阀,重复上述(2)步骤。
3. 将控制阀开至最大,读取流量显示仪读数Q max,然后关至压差显示值约为0.2Kpa~0.3Kpa时,再读取流量显示仪读数Q min,在Q min和Q max二个读数之间布15个点,读取数据。
4.关闭光滑管切换阀。
打开粗糙管管路上2 个压差变送器的平衡阀,打开粗糙管引压阀、粗糙管切换阀、阀门引压阀。
5.粗糙管系统排气步骤同2的(2)、(3)。
6.粗糙管系统流动阻力的测定同光滑管,重复步骤3。
7.实验结束后,关闭控制阀。
离心泵特性曲线的测定一、实验流程实验流程如图3所示,装置图如图4所示,离心泵进、出口管内径分别为40mm、32mm。
图3 离心泵特性曲线测定实验流程图图4 离心泵特性曲线测定装置图二、实验内容用作图法处理实验数据,绘制离心泵特性曲线。
三、实验步骤1. 打开压差传感器平衡阀,关闭离心泵调节阀,打开引水阀,反复开、关放气阀,气体被排尽后,关闭放气阀和引水阀。
流体流动阻力的测定实验一、实验内容(1)测定流体在特定材质和εd 的直管中流动时的阻力摩擦系数λ,并确定λ和Re 之间的关系。
(2)测定流体通过阀门或90°肘管时的局部阻力系数。
二、实验目的(1)了解测定流体流动阻力摩擦系数的工程定义,掌握采用量纲分析方法规划测定流体阻力实验的组织方法。
(2)测定流体流经直管的摩擦阻力和流经管件的局部阻力,确定直管阻力摩擦系数和雷诺数之间的关系。
(3)熟悉压差计和流量计的使用方法。
(4)认识组成管路系统的各部件、阀门并了解其作用。
三、实验基本原理流体管路是由直管、管件(如三通、直管、弯头)、阀门等部件组成。
流体在管路中流动时,由于黏性剪应力和涡流作用,不可避免地要消耗一定的机械能。
流体在直管中流动的机械能损失称为直管阻力;而流体通过阀门、管件等部件时,因流动方向或流动截面的突然改变导致的机械能损失称为局部阻力。
在化工过程设计中,流体流动阻力的测定或计算,对于确定流体输送所需推动力的大小,例如泵的功率、液位或压差,选择适当的输送条件都有不可或缺的作用。
(1)直管阻力 流体在水平的均匀管道中稳定流动时,由截面1流动至截面2的阻力损失表现为压力的降低,即ρρpp p h f ∆=-=21①由于流体分子在流动过程中运动机里十分复杂,影响阻力损失的因素众多,目前尚不能完全用理论方法来解决流体阻力的计算问题,必须通过实验研究掌握其规律。
为了减少实验工作量简化实验工作难度,并使实验结果具有普遍意义,可采用量纲分析方法来规划实验。
将所有影响流体阻力的工程因素按以下三类变量列出①流体性质:密度ρ、黏度μ②管路几何尺寸:管径d 、管长l 、管壁粗糙度ε ③流动条件:流速u可将阻力损失f h 与诸多变量之间的关系表示为),,,,,(εμρu l d f p =∆②根据量纲分析方法可将上述变量之间的关系转变为无量纲准数之间的关系)l,,(2dd du upεμρρψ=∆ ③其中μρdu =R e 称为雷诺准数,是表征流体流动形态影响的无量纲准数;dl 是表示相对长度的无量纲几何准数;dε称为管壁相对粗糙度。
流体流动阻力的测定实验报告一、实验目的1、掌握测定流体流动阻力的实验方法,了解流体在管道中流动时阻力的变化规律。
2、测定直管摩擦阻力系数λ与雷诺数 Re 的关系,验证在层流和湍流时摩擦阻力系数的计算式。
3、测定局部阻力系数ζ,并了解其影响因素。
二、实验原理1、直管阻力损失流体在水平等径直管中稳定流动时,阻力损失表现为压力降。
根据柏努利方程,直管阻力损失为:$Δp_f =λ\frac{l}{d}\frac{u^2}{2}$其中,$λ$为直管摩擦阻力系数,$l$为直管长度,$d$为直管内径,$u$为流体流速。
雷诺数$Re =\frac{duρ}{μ}$其中,$ρ$为流体密度,$μ$为流体粘度。
层流时,$λ =\frac{64}{Re}$;湍流时,$λ$与$Re$和相对粗糙度$\frac{ε}{d}$有关,可通过实验测定并关联成经验公式。
2、局部阻力损失局部阻力损失通常用局部阻力系数$ζ$表示,其计算式为:$Δp_j =ζ\frac{u^2}{2}$三、实验装置本实验装置主要由水箱、离心泵、不同管径的直管、局部阻力部件(如弯头、阀门等)、压差计、流量计等组成。
水箱用于储存实验流体,离心泵提供流体流动的动力。
直管和局部阻力部件用于产生阻力,压差计用于测量阻力引起的压力差,流量计用于测量流体的流量。
四、实验步骤1、启动离心泵前,先检查水槽内水位是否高于离心泵入口,各阀门是否处于关闭状态。
2、打开电源,启动离心泵,逐渐打开调节阀,使流体在管路中稳定流动。
3、测量不同流量下的直管压差和局部阻力压差。
对于直管,调节流量,待流量稳定后,读取压差计的示数。
对于局部阻力部件,同样在不同流量下读取相应的压差。
4、记录不同流量下的压差、温度等数据。
5、实验结束后,先关闭调节阀,再关闭离心泵电源。
五、实验数据处理1、直管阻力系数的计算根据实验数据,计算不同流量下的流速$u$、雷诺数$Re$和直管阻力损失$Δp_f$ 。
由$λ =\frac{2dΔp_f}{lρu^2}$计算直管摩擦阻力系数$λ$ 。
流体流动阻力的测定实验报告一、实验目的1、掌握流体流动阻力的测定方法,了解摩擦系数与雷诺数之间的关系。
2、学会压差计和流量计的使用方法,能够准确测量流体流经管道时的压力差和流量。
3、观察流体流动的状态,分析直管阻力和局部阻力的产生原因及影响因素。
二、实验原理流体在管道中流动时,由于内摩擦力和涡流等因素的存在,会产生阻力损失。
阻力损失包括直管阻力损失和局部阻力损失。
1、直管阻力损失直管阻力损失通常采用范宁公式计算:$h_f =\lambda \frac{l}{d} \frac{u^2}{2}$其中,$h_f$为直管阻力损失(J/kg),$\lambda$为摩擦系数,$l$为直管长度(m),$d$为管道内径(m),$u$为流体流速(m/s)。
摩擦系数$\lambda$与雷诺数$Re$及相对粗糙度$\frac{\varepsilon}{d}$有关。
雷诺数$Re =\frac{du\rho}{\mu}$,其中$\rho$为流体密度(kg/m³),$\mu$为流体粘度(Pa·s)。
2、局部阻力损失局部阻力损失通常采用阻力系数法计算:$h_f' =\xi \frac{u^2}{2}$其中,$h_f'$为局部阻力损失(J/kg),$\xi$为局部阻力系数。
三、实验装置1、实验设备本实验使用的主要设备包括:离心泵、水箱、不同管径的直管、各种局部阻力管件(如弯头、阀门等)、压差计、流量计等。
2、实验流程水箱中的水在离心泵的作用下,流经管道系统。
通过调节阀门改变流量,测量不同流量下直管和局部阻力管件前后的压差,以及对应的流量。
四、实验步骤1、熟悉实验装置,了解各仪器仪表的使用方法和测量范围。
2、检查设备是否正常,关闭所有阀门,向水箱中注水至一定高度。
3、启动离心泵,缓慢打开调节阀,使流体在管道中稳定流动。
4、调节流量,从小到大依次测量不同流量下直管段的压差和流量。
记录压差计的读数和流量计的示数。
流体流动阻力的测定实验报告实验报告名称:流体流动阻力的测定一、实验目的本实验旨在通过实验测定流体的流动阻力,理解流体流动的基本原理,掌握流体流动阻力的计算方法,提高实验操作和数据处理能力。
二、实验原理在流体流动过程中,由于流体的粘滞性,会产生流动阻力。
流动阻力与流体的性质、管道的几何尺寸和流速等因素有关。
根据伯努利方程,流体的能量守恒,但在流动过程中会存在压力损失,这种压力损失即为流动阻力。
流动阻力的大小可以通过测定管道两端的压力差来计算。
三、实验步骤1.实验准备:准备实验器材,包括水、测压计、管道、阀门、流量计等。
2.开始实验:开启水源,调节流量,打开测压计,记录初始数据。
3.改变流量:通过调节阀门改变流量,记录每次改变流量后测压计的数据。
4.结束实验:关闭水源,整理实验数据。
四、数据分析表1 测压计数据记录表根据实验数据,我们发现随着流量的增加,测压计的压力差也在增加。
这说明流速越大,流动阻力也越大。
同时,我们可以通过计算得到每个流量下的阻力值。
将数据绘制成图表可以更直观地观察阻力与流量之间的关系。
通过线性拟合可以找到阻力与流量之间的定量关系。
这将为我们后续的流体流动分析提供重要依据。
五、实验结论本实验通过测定不同流量下管道两端的压力差,成功地测得了流体的流动阻力。
实验结果表明,随着流量的增加,流动阻力也相应增加。
这说明流速是影响流动阻力的一个重要因素。
此外,本实验还初步探讨了流动阻力与流量之间的关系,为今后更深入的流体流动研究奠定了基础。
本实验不仅提高了我们的实验操作能力,还强化了我们对于流体流动基本原理的理解。
通过数据处理和图表分析,我们能够更准确地把握流动阻力的变化规律,为实际生产过程中的流体输送和分配提供了重要参考依据。
六、实验体会与建议在本次实验中,我深刻体会到了实践对于理论知识的检验作用。
通过实际操作和观察,我对流体流动阻力的概念有了更深入的理解。
同时,我也意识到了实验数据处理和误差分析的重要性。
流体流动阻力的测定引言流体流动阻力的测定是流体力学领域中的重要研究内容。
了解流体在流动过程中的阻碍情况对于各种应用和工程设计都具有重要意义。
本文将从流体流动阻力的原理、测定方法以及实验过程等多个方面进行探讨。
流体流动阻力的原理流体流动阻力是流体在流动过程中受到的阻碍力。
其大小取决于流体的性质、流动速度以及物体形状等因素。
根据伯努利定律,流体在流动过程中会产生压力变化。
而由牛顿第二定律可知,物体所受到的阻力与速度成正比。
因此,可以通过测量压力变化和流速来确定流动阻力的大小。
流体流动阻力的测定方法测定方法一:压力差法压力差法是一种常见的测定流体流动阻力的方法。
它通过测量流体流过物体前后的压力差来确定阻力的大小。
具体步骤如下: 1. 设置合适的试验装置,包括流体源、测压装置和物体样品。
2. 测量流体流过物体前后的压力差,可以使用压力传感器或者水银柱测压法。
3. 根据压力差和流体速度计算出流体流动阻力。
测定方法二:阻力系数法阻力系数法是另一种常用的测定流体流动阻力的方法。
它通过测量物体在流体中所受到的阻力,结合流体的性质和运动状态,计算出阻力系数。
具体步骤如下: 1. 设置合适的实验装置,包括流体源、测力装置和物体样品。
2. 测量物体在流体中所受到的阻力,可以使用力传感器或者天平等装置。
3. 根据阻力大小、流体密度、物体形状等参数计算出阻力系数。
流体流动阻力的实验过程实验准备1.准备好实验所需的仪器和设备,包括流体源、压力传感器、流速计、物体样品等。
2.根据实验需要调整流体源的流量和压力。
3.确保实验环境稳定,以减小外界因素对实验结果的影响。
实验步骤1.将流体导入实验装置,确保流体稳定流过物体样品。
2.实时监测流体的压力和流速,并记录相应数据。
3.若使用压力差法,需分别测量流体流过物体前后的压力值。
4.若使用阻力系数法,需测量物体在流体中所受到的阻力。
实验数据处理1.根据测得的数据计算流体流动阻力的大小。
流体流动阻力的测定一、实验目的(1)熟悉测定流体流经直管的阻力损失的实验组织法及测定摩擦系数的工程意义。
(2)观察摩擦系数λ与雷诺数Re 之间的关系,学习双对数坐标纸的用法 (3)掌握流体流经管件时的局部阻力,并求出该管件的局部阻力。
二、实验原理流体在管内流动时,由于流体具有黏性,在流动时必须克服内摩擦力,因此,流体必须做功。
当流体呈湍流流动时,流体内部充满了大小漩涡,流体质点运动速度和方向都发生改变,质点间不断相互碰撞,引起流体质点动量交换,使其产生了湍动阻力,结果也会消耗流体能量,所以流体的黏性和流体的漩涡产生了流体流动的阻力。
流体在管内流动的阻力的计算公式表示为22u d l h fλ=或2212u d l p p p ρλ=-=∆式中:h 为流体通过直管的阻力(J/kg );△p 为流体通过直管的压力降(N/m 2);p 1,p 2为直管上下游界面流动的压力(N/m 2);l 为管道长(m );d 为管道直径(内径)(m );ρ为流体密度(kg/m 3);u 为流体平均流速(m/s );λ为摩擦系数,无因次。
摩擦系数λ是一个受多种因素影响的变量,其规律与流体流动类型密切相关。
当流体在管内作层流流动时,根据力学基本原理,流体流动的推动力(由于压力产生)等于流体内部摩擦力(由于黏度产生),从理论上可以推得λ的计算式为Re64=λ 当流体在管内作湍流流动时,由于流动情况比层流复杂得多,湍流时的λ还不能完全由理论分析建立摩擦系数关系式。
湍流的摩擦系数计算式是在研究分析阻力产生的各种因素的基础上,借助因次分析方法,将诸多因素的影响归并为准数关系,最后得出如下结论⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=d d du k tεϕεμρλRe,2 由此可见,λ为Re 数和管壁相对粗糙度ε/d 的函数,其函数的具体关系通过实验确定。
局部阻力通常有两种表达方式,即当量长度法和阻力系数法。
当量长度法:流体流过某管件时因局部阻力造成的能量损失相当于流体流过与其相同管径的若干米长度的直管阻力损失,用符号l e 来表示,则22u d l l h e f+=∑λ阻力系数法:流体通过某一管件的阻力损失用流体在管路中的动能系数来表示22u h pf ζρ==∆三、实验装置本实验装置如下图,由直管、管件、控制阀、涡轮流量计、供水泵和水箱构成。
水箱装有水。
测试系统为两组U 形管压差计一个用于检测直管阻力,另一个用于检测局部阻力。
指示液为汞。
图一 管道流体阻力实验装置1- 储槽;2-泵;3、4-压差计;5-测试阀;6-涡轮流量计;7-数字测速计;8-温度计;9-放空阀直管阻力测定长度L=2.0m ,管内径为d 1=18mm ;局部阻力管内径d 2=20mm. 实验物料为水,有离心泵在水箱及管道间循环。
水系统用于测定流体做湍流流动时的管道阻力。
流体的流量用涡轮流量计测定,流量计已经事先校核过,流量系数ε=643.26。
流量计的安装已经考虑过前后的稳定度与水平度。
四、实验步骤1. 熟悉实验装置,掌握每个阀门的作用和用法。
2. 打开U 型压差计的平衡阀,关闭离心泵出口阀门,启动离心泵。
3. 打开离心泵出口阀门至最大循环几分钟,排出管路中气体,再把两个U 型压差计上放气阀打开,小心排尽压差计两侧的空气,严防把水银冲走。
4. 慢慢关闭平衡阀,如果水银柱稳定在一定高度不变,而开平衡阀时水银柱又能维持0位,则说明管道与压差计内空气已经排尽,否则需重新排气。
5. 记录U 形压差计0位柱高:R10=36.5cm ,R20=32.9mm 。
6. 调节泵出口阀门,改变流量,待流量稳定后,读取并记录直管两端U 型管度数、闸阀两端U 型管度数、流量以及温度。
从大到小记录9组数据(附后)。
7. 关闭泵出口阀门,及仪表开关、泵。
五、实验结果1) 实验数据及计算。
室温为15℃,各参数取值如下:水的物性:密度ρ水=1000kg/m 3, 动力黏度μ=0.001081Pa •s汞密度:ρ汞=13600 kg/m 3 重力常数:g=9.8m/s 2 π=3.14 以第一组数据为例,具体计算过程如下:q v =ε1000表v qu=2π41d q v/6846.014.34018.026.6431000/11241000221表m d q u v =⨯==πε92.11398001081.010006846.0018.0Re =⨯⨯==μρdu()()Pa g R P 44.3708.91000136001003.011=⨯-⨯=-=∆水汞ρρ22u d l h fλ= 0142.026864.0018.023704.0222===u d l h f λ()()Pa g R P 92.4938.91000136001004.0水汞22=⨯-⨯=-=∆ρρ ()kg m N P /4939.0100092.493水2•==∆ρ2222/2343.026846.02s m u == ζ=2.10792343.04939.022水2==∆uP ρ 其他各组数据计算过程同第一组,具体实验数据及计算结果如下表:2)根据上表,采用双对数坐标纸作λ-Re 关系图,如下:3)根据上表,采用双对数坐标纸作水2ρP ∆-22u关系图,如下:根据△P 2/ρ水-u 2/2关系曲线,得ζ=1.23,拟合度R=0.99963。
六、分析讨论1. λ-Re 关系。
由实验结果中λ-Re 关系图可以看出摩擦系数λ随雷诺数Re 的增大而减小。
基本符合实验预期。
不过,未观察到摩擦系数λ不随雷诺数Re 变化而变化的完全阻力平方区段,分析其原因为实验中最大循环的流量较小,流速小,导致雷诺数没有达到充分大,因此摩擦系数λ一直与Re 相关;实验中采用的管道相对粗糙度dε较小,因此需要更大的雷诺数,更大的流量才能使流体进入充分湍流区。
2. 局部阻力系数ζ值的测定据△P 2/ρ水-u 2/2关系曲线,得ζ=1.23,拟合度R=0.99963,说明结果十分可靠。
另外,查看单个点的局部阻力系数ζ时,发现其并非为定值,而是整体随流速增大呈下降趋势,其中以第一组数据中ζ值略偏大较多为2.1079,而其后的数据则比较接近,基本上在1.23左右。
分析其原因,可能是由于第一组数据的数值偏小,易受到偶然误差影响。
而流速较大时,ζ值则比较稳定。
七、误差来源及分析1. 数字流量计实验过程中,数字流量计检测流量时读数有滞后现象,由于实验中是流量时由小到大进行调节,因此可能使得读数比实际数值偏小。
为了尽量减小数字流量计带来的误差,在测量时,应使流量从大到小地进行调节,同时,每次调节流量后应等待各示数稳定后在进行读数。
2. U 形压差计实验中采用的U 形压差计由于长期使用,水银面上方积累了较多的铁锈层,其与水银液体有一定混杂,导致一方面无法精确确定水银面位置;另一方面记录数据时读取的是水银与铁锈混合液体的柱高,计算时采用的是水银的密度()g R P水汞ρρ-=∆而水银与铁锈混合液体的密度较水银原液偏低,因此会导致读数偏大。
ζ=22水2u P ρ∆ 最终导致测得ζ值偏大。
而测定λ-Re 关系为定性实验,影响可忽略。
3. 计算误差室温为15℃左右,采用的各参数取值为:水的物性:密度ρ水=1000kg/m 3, 动力黏度μ=0.001081Pa •s汞密度:ρ汞=13600 kg/m 3 重力常数:g=9.8m/s 2 π=3.14 与其真实值有微小差异,但是对最终结果影响较小,可以忽略。
4. 偶然误差实验过程中,U 型压差计读数时水银面总是略有浮动,无法精确读数,可能引入误差。
还有其他一些不确定因素也可能导致引入偶然误差。
八、思考题1. 在进行系统的排气时,是否应关闭系统的进出口阀门?为什么?如何检测系统内的空气已排除干净?答:不应关闭。
因为需要利用流动的水的压力来将管路中的空气排出,若关闭系统的进出口阀门,则缺少流动的水来产生水压,无法排出管路中的空气。
慢慢关闭平衡阀,如果水银柱稳定在一定高度不变,而开平衡阀时水银柱又能维持0位,则说明系统内空气已排尽。
2. 在差压计上装的平衡阀有何作用?压差计的测压管的长短粗细对测量压差有否影响?为什么?答:通过打开平衡阀,可以使得U 型压差计两管连通,从而使两端水银面的压力相等,可以防止水银被冲走。
()g R P水汞ρρ-=∆测压管的粗细对于测量压差没有影响,因为被测压差的测量值只水银柱的高度有关而与测压管截面积无关;U 型管长度对测量压差的读数无影响,但是其长度需超过理论的最大压差,否则可能导致无法测量过大的实验数据,甚至有可能损坏仪器。
3. U 压差计中水银在什么情况下会被冲走,应如何防止?答:在水流过大或是在平衡阀关闭的情况下打开泵进行管路的排气时,水银会被冲走。
我们应该在确认在平衡阀开着的情况下,将流量小心缓慢地从小到大进行排气,严防水银被冲走;同时,在进行实验测量时也应随时注意压差计读数的变化,防止其超过最大量程。
4. 水温在实验中有无变化,为什么?如何测定水温?答:水温略有升高,后基本保持不变。
实验中,流体在管内流动时,由于流体具有黏性,在流动时必须克服内摩擦力做功,从而消耗能量;另外,流体做湍流流动,内部充满了大小漩涡,流体质点运动速度和方向都发生改变,质点间不断相互碰撞,引起流体质点动量交换,使其产生了湍动阻力,结果也会消耗流体能量,这些损失的能量转换成了热量, 导致水温上升。
实验中,管路中安装了一个温度计,从而可以测定水温。
5. 本数据为什么整理成λ-Re 关系?其他方法行否?答:在研究分析阻力产生的各种因素的基础上,借助因次分析方法,将诸多因素的影响归并为准数关系,最后得出如下结论⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=d d du k tεϕεμρλRe,2由此可见,λ为Re 数和管壁相对粗糙度ε/d 的函数。
其中雷诺数Re 只需测得相应的温度条件以及流速即可进行计算,而这两个参数只需一组管道,改变流量就十分容易就可以测得,因此十分方便;而ε/d 则需要通过人为地制造粗糙度,由当量粗糙度求求当量的绝对粗糙度,需多次更换实验管道,不易进行实际操作。
6. 对工程上用无因次数规划实验以解决管路阻力的处理方法有何体会?答:无因次数规划实验以解决管路阻力的处理方法通过前期的理论分析,将诸多因素(ρ,μ,d ,ε,u )的影响归并为准数关系,⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=d d du k tεϕεμρλRe,2,即阻力系数仅是雷诺数和相对粗糙度的函数,而我们只需改变流量就可以改变雷诺数,从而可以简便地对阻力系数的规律进行研究。
这种处理方法不仅大大地减少了实验的工作量,节约了大量的资源和时间,同时也不失准确性。