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流体管路阻力系数的测定

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实验数据处理1.原始数据记录⑴装置参数：离心泵型号：MS60 /0.55SSC 转速：2850 r/min 额定流量：60 L/min额定功率：0.55 kw 额定扬程：19.5 m 泵进出口测压点高度差: 12.10 cm⑵水的相关参数: t = 28.1 o C，ρ= 995.7 kg*m-3，μ= 0.9579*10-3 Pa*s。

重力加速度g = 9.81 m/s2⑵原始数据记录表 1 原始数据记录表序号流量q v（L/h）泵进口压力(kpa)泵出口压力(Mpa)电动机功率N电(kW)泵转速n(r/min)1 600 -0.2 0.243 0.227 29402 800 -0.2 0.240 0.240 29403 1000 -0.2 0.238 0.245 29204 1200 -0.2 0.236 0.255 29405 1400 -0.2 0.231 0.274 29406 1600 -0.7 0.234 0.260 29207 1800 -0.4 0.229 0.279 29208 2000 -0.9 0.227 0.289 29209 2200 -0.8 0.224 0.297 290010 2400 -1.1 0.221 0.305 292011 2600 -1.1 0.218 0.314 290012 2800 -1.5 0.219 0.321 290013 3000 -1.8 0.211 0.311 290014 3200 -1.7 0.209 0.339 290015 3400 -2.1 0.204 0.344 288016 3600 -2.3 0.200 0.353 288017 3800 -2.7 0.196 0.361 288018 4000 -2.3 0.193 0.368 288019 4200 -3.1 0.188 0.378 288020 4400 -3.3 0.184 0.381 288021 4600 -3.7 0.179 0.389 288022 4800 -3.9 0.175 0.396 288023 5000 -3.7 0.169 0.403 288024 5200 -4.1 0.170 0.400 286025 5400 -4.4 0.164 0.408 286026 5600 -4.9 0.157 0.415 286027 5800 -5.1 0.154 0.419 284028 6000 -5.8 0.142 0.428 28402.数据分析及处理以q v = 600 L/h（即第一组数据）为例，计算过程如下：单位换算：600 L/h = 600/1000/3600 m3/s = 1.67*10-4 m3/s, 12.1 cm = 0.121 m,根据基本原理部分的公式，在校核转速后，计算各流量下的泵扬程、轴功率和效率①由式q v’ / q v= n’/n可得:q v’= n’/n*q v = (2940/2850*1.67*10-4) m3/s = 1.72*10-4 m3/s②扬程H = H0 + (p2 –p1)/（ρg）= 0.121+( 0.243*1000000+0.2*1000)/(9.81*995.7) = 25.02 m由式H’ / H = (n’/n)2可得:H’ = (n’/n)* H = [(2850/2940)2*23.26] m = 23.51 m③轴功率N = N电*0.95 = (0.227*0.95) = 0.216 kw由式N’ / N = (n’/n)3可得:N’= (n’/n)3*N = [(2850/2940)3*0.216] kw = 0.196 kwη= (q v Hρg/N) *100% = (1.67*10-4*25.02*995.7*9.81/0.216/1000)*100% = 18.93% η’ = (q v’H’ρg/N’) = (1.72*10-4*23.51*995.7*9.81/0.196/1000)*100% = 20.11%按此方法，对后面几组数据实施同样的计算，列出表格如下：表2 离心泵特性曲线数据处理表序号q v×10-4（m3/s)q v’×10-4（m3/s)H（m）H’（m）N（kW）N’（kW）η/% η/’%1 1.67 1.62 25.02 23.51 0.216 0.196 18.93 20.112 2.22 2.15 24.71 23.22 0.228 0.208 17.68 18.783 2.78 2.71 24.51 23.35 0.233 0.216 17.18 18.124 3.33 3.23 24.30 22.84 0.242 0.221 16.36 17.395 3.89 3.77 23.79 22.36 0.260 0.237 14.91 15.846 4.44 4.34 24.15 23.00 0.247 0.230 15.95 16.837 5.00 4.88 23.61 22.49 0.265 0.246 14.53 15.338 5.56 5.42 23.45 22.34 0.275 0.255 13.93 14.709 6.11 6.01 23.14 22.34 0.282 0.268 13.38 14.0210 6.67 6.51 22.86 21.78 0.290 0.269 12.87 13.5811 7.22 7.10 22.55 21.78 0.298 0.283 12.33 12.9212 7.78 7.64 22.70 21.92 0.305 0.289 12.14 12.7213 8.33 8.19 21.91 21.16 0.295 0.280 12.10 12.6814 8.89 8.74 21.69 20.95 0.322 0.306 10.99 11.5115 9.44 9.35 21.22 20.78 0.327 0.317 10.59 11.0216 10.00 9.90 20.83 20.40 0.335 0.325 10.13 10.5517 10.56 10.45 20.46 20.04 0.343 0.332 9.73 10.1318 11.11 11.00 20.12 19.70 0.350 0.339 9.39 9.7719 11.67 11.55 19.69 19.28 0.359 0.348 8.94 9.3120 12.22 12.09 19.30 18.90 0.362 0.351 8.70 9.0521 12.78 12.64 18.83 18.44 0.370 0.358 8.31 8.6522 13.33 13.19 18.44 18.05 0.376 0.365 7.99 8.3223 13.89 13.74 17.80 17.43 0.383 0.371 7.58 7.8924 14.44 14.39 17.94 17.82 0.380 0.376 7.70 7.9625 15.00 14.95 17.36 17.24 0.388 0.384 7.31 7.5526 15.56 15.50 16.70 16.58 0.394 0.390 6.91 7.1427 16.11 16.17 16.41 16.52 0.398 0.402 6.72 6.9028 16.67 16.73 15.25 15.36 0.407 0.411 6.12 6.28注：t是水的温度，q v是水的流量，N电是电动机功率，p1 是泵进口压力，p2是泵出口压力，n 是泵转速，ρ是水的密度，q V’是校核流量，H是扬程，H’是校核扬程，N是轴功率，N’是校核轴功率，η是效率，η’是校核效率。

3.分别绘制一定转速下的H’-q v’、N’-q v’、η’-q v’曲线。

③实验阻力系数λ与理论阻力系数λBlasius的对比及分析图1 实验阻力系数λ与理论阻力系数λBlasius的对比图分析：实际测量结果与理论Blasius方程之间相对误差的绝对值处于0.59%-13.70%之间。

理论上仪器的相对误差会在2 %—5 %之间，相对误差的数值相对来说有些不合理。

可能原因是：原因一：Blasius方程成立的前提是针对水平光滑管而言的，水平光滑管的摩擦系数λ与管壁粗糙度无关。

但实际所用的测量管路不可能完全光滑，壁面一定存在突出部分，导致管路不完全光滑，可能会与经验方程λBlasius = 0.3164 Re-0.25存在误差。

原因二：Blasius方程的适用范围为3000<Re<10000，而实际最大的一个Re达到了70207，远远高于这个值。

原因三：一次的实验结果可能并不具有代表性，理论上应进行多次实验。

④粗糙管和光滑管λ-Re曲线图2 粗糙管与光滑管阻力系数λ与雷诺数Re的关系图λ-Re曲线分析：①由图2可知，对粗糙管和光滑管进行分析：流体在管内流动时，可分为三种不同的流动情况。

由实验数据分析可知，此时为湍流区。

②对照《化工基础》课本P135图3-25，根据粗糙管和光滑管曲线分析：粗糙管：相对粗糙度ε/d = 0.002，绝对粗糙度ε = 0.042 mm；光滑管：相对粗糙度ε/d = 0.002，绝对粗糙度ε = 0.042 mm。

③由图2、图3分析可知：a）粗糙管的摩擦系数λ明显要高于光滑管；b）粗糙管和光滑管的曲线在Re < 50000时，随Re增大摩擦系数λ降低幅度较大c）当Re > 50000时，摩擦系数λ随Re增大变化不明显。

判断此时可能处于完全湍流区。

在该区域内，摩擦系数λ只与ε/d有关，而不随Re改变。

⑶局部阻力管以q v = 800 L/h（即第一组数据）为例，计算过程如下：单位换算：800 L/h = 2.2222*10-4 m3/s，21 mm = 0.021 m，1000 mm = 1.000 m光滑管内的流体流速u3 ：u3 = q v/（1/4πd2）= [2.2222*10-4/(1/4*3.14*0.0212)] m/s = 0.6419 m/s雷诺数Re = duρ/ μ = 0.021*0.6419*997.7705/ (0.9579*10-3) = 14041分析：该管的阻力由两部分构成，直管阻力和局部阻力，因此在计算由局部阻力引起的压力差时应减去直管阻力引起的压力差故压力差(局部阻力) h f* = h f- h f’ = (3.45-2.99) cmH2O = 0.46 cmH2O = 4.6*10-3 mH2O阻力系数ξ = 2g* h f* /u2 = 2*9.81*4.6*10-2/0.64192 = 0.0299按此方法，对后面几组数据实施同样的计算，填入表4，并对其平均值，得平均局部阻力系数ξ = 0.1770表 4 局部阻力管数据处理表流量q v （L/h）流速u3（m/s）总压力差h f(直管阻力+局部阻力)(cmH2O)压力差h f’(直管阻力)(cmH2O)压力差hf*(局部阻力)(cmH2O)雷诺数Re局部阻力系数800 0.6419 3.45 2.99 0.46 14041 0.2190 1100 0.8826 5.85 5.11 0.74 19307 0.1864 1400 1.1234 9.28 7.95 1.33 24572 0.2068 1700 1.3641 13.47 11.38 2.09 29838 0.2204 2000 1.6048 18.35 16.01 2.34 35103 0.1783 2300 1.8455 22.63 19.96 2.67 40369 0.1538 2600 2.0862 28.26 24.85 3.41 45634 0.1537 2900 2.3270 34.80 30.21 4.59 50900 0.1663 3200 2.5677 42.36 36.58 5.78 56165 0.1720 3500 2.8084 49.97 43.26 6.71 61431 0.1669 3800 3.0491 57.51 50.18 7.33 66696 0.1547 4000 3.2096 62.85 55.20 7.65 70207 0.1457 实验思考题。

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管路沿程阻力系数测定实验

管路沿程阻力系数测定实验

实验二 管路沿程阻力系数测定实验一、实验目的1、掌握流体流经管道时沿程阻力损失的测定方法。

2、测定流体经过直管时的沿程阻力，确定沿程阻力 λ 与 Re 的关系。

3、学会压差计和流量计的使用。

二、实验成果及要求1．有关常数。

实验装置台号圆管直径d1=15cm, d2=20cm, d3=25cm ，量测段长度L=85cm 。

及计算（见表1）。

2．绘图分析* 绘制lg υ～lgh f 曲线，并确定指数关系值m 的大小。

在厘米纸上以lg υ为横坐标，以lgh f 为纵坐标，点绘所测的lg υ～lgh f 关系曲线，根据具体情况连成一段或几段直线。

求厘米纸上直线的斜率2212lg lg lg lg υυ--=f f h h m将从图上求得的m 值与已知各流区的m 值（即层流m=1，光滑管流区m=1.75，粗糙管紊流区m=2.0，紊流过渡区1.75<m<2.0）进行比较，确定流区。

表1 记录及计算表图1 λ与 Re 的关系图三、实验分析与讨论1.为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？如实验管道安装成倾斜，是否影响实验成果？答：在管道中的，水头损失直接反应于水头压力。

测力水头两端压差就等于水头损失。

如果管道倾斜安装，不影响实验结果。

但压差计应垂直，如果在特殊情况下无法垂直，可乘以倾斜角度转化值。

2．据实测m 值判别本实验的流动型态和流区。

答：f h lg ～v lg 曲线的斜率m=1.0～1.8，即f h 与8.10.1-v 成正比，表明流动为层流（m=1.0）、紊流光滑区和紊流过渡区（未达阻力平方区）。

3．本次实验结果与莫迪图吻合与否？试分析其原因。

答：钢管的当量粗糙度一般为0.2mm ，常温下，s cm /01.02=ν，经济流速s cm /300，若实用管径D=（20～100）cm ，其5106⨯=e R ～6103⨯，相应的d∆=0.0002～0.001，由莫迪图可知，流动均处在过渡区。

若需达到阻力平方区，那么相应的610=e R ～6109⨯，流速应达到(5～9)m/s 。

流体流动阻力的测定实验报告

流体流动阻力的测定实验报告

流体流动阻力的测定实验报告一、实验目的1、掌握流体流经直管和管件时阻力损失的测定方法。

2、了解摩擦系数λ与雷诺数 Re 之间的关系。

3、学习压强差的测量方法和数据处理方法。

二、实验原理流体在管内流动时，由于黏性的存在，必然会产生阻力损失。

阻力损失包括直管阻力损失和局部阻力损失。

1、直管阻力损失根据柏努利方程，直管阻力损失可表示为：＼（h_f ＝＼frac{＼Delta p}｛ρg}＼）其中，＼（h_f\）为直管阻力损失，＼（＼Delta p\）为直管两端的压强差，＼（ρ\）为流体密度，＼（g\）为重力加速度。

摩擦系数\（λ\）与雷诺数\（Re\）及相对粗糙度\（＼frac{＼epsilon}｛d}＼）有关，其关系可通过实验测定。

当流体在光滑管内流动时，＼（Re ＜ 2000\）时，流动为层流，＼（λ ＝＼frac{64}｛Re}＼）；＼（Re ＞ 4000\）时，流动为湍流，＼（λ\）与\（Re\）和\（＼frac{＼epsilon}｛d}＼）的关系可由经验公式计算。

2、局部阻力损失局部阻力损失通常用局部阻力系数\（＼zeta\）来表示，其计算式为：＼（h_f' ＝＼frac{＼zeta u^2}｛2g}＼）其中，＼（h_f'＼）为局部阻力损失，＼（u\）为流体在管内的流速。

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、各种管件（如弯头、三通、阀门等）、压差计、流量计等。

2、实验流程水箱中的水经离心泵加压后进入实验管路，依次流经直管和各种管件，最后流回水箱。

通过压差计测量直管和管件两端的压强差，用流量计测量流体的流量。

四、实验步骤1、熟悉实验装置，了解各仪器仪表的使用方法。

2、检查实验装置的密封性，确保无泄漏。

3、打开离心泵，调节流量至一定值，稳定后记录压差计和流量计的读数。

4、逐步改变流量，重复上述步骤，测量多组数据。

5、实验结束后，关闭离心泵，整理实验仪器。

流体流动阻力测定实验指导书

流体流动阻力测定实验指导书

化工原理实验辅助讲义化工原理实验指导书姜少华编五邑大学化工与环境基础实验教学中心2006年9月实验一流体流动阻力的测定一、实验目的1．把握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一样实验方式。

2．测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系，验证在一样湍流区内λ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。

4．学会无纸记录仪和涡连番量计的利用方式。

5．识辨组成管路的各类管件、阀门，并了解其作用。

二、大体原理流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失必然的机械能。

流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。

流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引发的机械能损失称为局部阻力损失。

1．直管阻力摩擦系数λ的测定流体在水平等径直管中稳固流动时，阻力损失为：（1）即，（2）式中：λ —直管阻力摩擦系数，无因次；d —直管内径，m；—流体流经l米直管的压力降，Pa；—单位质量流体流经l米直管的机械能损失，J/kg；ρ —流体密度，kg/m3；l —直管长度，m；u —流体在管内流动的平均流速，m/s。

滞流(层流)时，（3）（4）式中：Re —雷诺准数，无因次；μ —流体粘度，kg/(m·s)。

湍流时λ是雷诺准数Re和相对粗糙度（ε/d）的函数，须由实验确信。

由式（2）可知，欲测定λ，需确信l、d，测定、u、ρ、μ等参数。

l、d为装置参数（装置参数表格中给出），ρ、μ通过测定流体温度，再查有关手册而得，u通过测定流体流量，再由管径计算取得。

例如本装置采纳涡连番量计测流量，V，m3/h。

(5)可用U型管、倒置U型管、测压直管等液柱压差计测定，或采纳差压变送器和二次仪表显示。

（1）当采纳倒置U型管液柱压差计时(6)式中：R－水柱高度，m。

（2）当采纳U型管液柱压差计时(7)式中：R－液柱高度，m；－指示液密度，kg/m3。

管道流体阻力的测定

管道流体阻力的测定

管道流体阻力的测定一、实验目的研究管路系统中的流体流动和输送，其中重要的问题之一，是确定流体在流动过程中的能量损耗。

流体流动时的能量损耗（压头损失），主要由于管路系统中存在着各种阻力。

管路中的各种阻力可分为沿程阻力（直管阻力）和局部阻力两大类。

本实验的目的，是以实验方法直接测定摩擦系数λ和局部阻力系数ζ。

二、实验原理当不可压缩流体在圆形导管中流动时，在管路系统中任意两个界面之间列出机械能衡算方程为f 2222211122h u P gZ u P gZ +++=++ρρ J · kg –1 (1)或 f 2222211122H g u g P Z g u g P Z +++=++ρρ m 液柱 (2)式中： Z — 流体的位压头，m 液柱；P — 流体的压强，P a ；u — 流体的平均流速，m · s –1；ρ － 流体的密度，kg · m – 3；h f － 流动系统内因阻力造成的能量损失，J · kg –1；H f － 流动系统内因阻力造成的压头损失，m 液柱。

符号下标1和2分别表示上游和下游截面上的数值。

假若：(1)水作为实验物系，则水可视为不可压缩流体；(2)实验导管是按水平装置的，则Z 1 = Z 2；(3)实验导管的上下游截面上的横截面积相同，则u 1 = u 2。

因此(1)和(2)两式分别可简化为ρ21f p p h -= J · kg –1 (3)g p p H ρ21f -= m 水柱 (4) 由此可见，因阻力造成的能量损失（压头损失），可由管路系统的两界面之间的压力差（压头差）来测定。

流体在圆形直管内流动时，流体因磨擦阻力所造成的能量损失（压头损失），有如下一般关系式：2221f u d l p p h ⋅⋅=-=λρ J · kg –1 (5)或g u d lg p p H 2221f ⋅⋅=-=λρ m 液柱 (6)式中：d － 圆形直管的直径，m ；l － 圆形直管的长度，m ；λ － 摩擦系数，（无因次）。