化工原理实验报告(流体流动阻力测定)

化工原理实验报告

实验名称：流体流动阻力测定

班级：化实1101

学号：2011011499

*****

同组人：陈文汉，黄凤磊，杨波

实验日期：2013.10.24

一、报告摘要

通过测定阀门在不同的开度下的流体流量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24d 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，并通过作Re -λ双对数坐标图，以得出两者的关系示意曲线，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

1

21p

u u

ρζ∆+

=-

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。

二、实验目的及任务

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Blas ius 方程相比较。

三、实验原理

1、不可压缩液体在圆形直管中做稳定流动时，由于粘性和旋流作用产生摩擦阻力，流体在流过突然扩大，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。影响流体的阻力因素较多，在工程上通常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。

直管阻力损失函数：f （hf ，ρ，μ， l ，d ，ε, u ）=0 应用量纲分析法寻找h f （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 εμρ 6）实验

2

2,22u d l u d

l d du h f ⋅=⋅⋅

⎪⎪⎭⎫ ⎝

⎛=λεμ

ρϕ 摩擦系数：()d εϕλRe,= 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

⎪⎭

⎫ ⎝⎛+-=λελ

Re 7.182log 274.11d

湍流普通直管（Re>临界点）：λ=φ（ε/d ）即⎪

⎭⎫ ⎝⎛

-=d ελ

2log 274.11

对于粗糙管，λ与Re 的关系均以图来表示

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

光滑管：d=20.5mm,l=1.50m 粗糙管：d=22.0mm ,l=1.50m ；

突然扩大管：d 1=16.0mm mm l 1401 d 2=42.0mm ，l 2=280mm ； 层流管：d=2.7mm ，l=1.00m ； 操作装置图如下：

主要测试仪器

本实验中有三个需要测定记录的物理量。其中：

流量的测量使用的是孔板流量计，通过流量计可以直接读出，流过管路的水的流量。

对于压差的测量使用的是压力计，通过安装在管路上的压力表可以直接读出管路两端水流过后的压力降。

对于温度的测量则是直接通过管路上安装的温度表读出。

试验中要改变的物理量主要是水的流量，这一点是通过调节流量调节阀进行控制，由于我们后来的作图采用的是双对数作图，所以流量分配并不均匀，所以起始的时候速度应多取一些，使Re-λ的对数曲线尽量均匀。

对于层流状态，由于需要保证管路中的流动为静态过程，所以需要一个高位槽和溢流管保证高位槽液面的稳定，从而达到保证位压头的恒定。对于层流流量的测量，由于流量较少，所以孔板流量计并不能读出流量，所以采用的是直接计算单位时间内水的体积，使用秒表测量时间，量筒测定体积，由于流量不断调大，所以水的体积应不断增加，起始体积可以在70-80ml，随水量增加，量筒中水的体积也应当不断增加

五、实验操作

1、关闭流量调节阀门，关闭管路上阀门，启动水泵；

2、打开管路上所有阀门，调节流量，直至全开，进行管路排气；

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，关闭所有传感器阀门，检查其数值是否回零（或零附近），否则需要继

续排气；

5、关闭除光滑管管路之外的所有阀门，将光滑管上的测压管路传感器阀门打开，调节

流量调节阀门，改变流量，从仪表柜上可以读出管路的水流量水流量/m3•h-1，温度/℃，通过管路上安置的压力传感器，可以读出光滑管路压差/kPa；