阻力实验报告

北 京 化 工 大 学

实 验 报 告

课程名称： 化工原理实验 实验日期： 2011.10.18 班 级： 机实0901 姓 名： 汪成文 同 组 人：郭雅琼 汤诺

流体阻力实验

一、摘要

本实验以水为介质，测定了水流经光滑管、粗糙管、局部管道的阻力系数，Re ≈104

～105

。实验验证了湍流条件下直管摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，局部阻力系数随Ｒｅ变化不大，在一定范围内可看做常数。

关键词：摩擦阻力系数 局部阻力系数 Re ε/d

二、实验目的

1、识别组成管路的各种管件、阀门等，了解其作用

2、了解涡轮流量计，铂电阻温度计，压差传感器的安装、使用及其优缺点

3、学会使用装置的现场仪表和电气控制系统

4、掌握用量纲分析法解决实际问题

5、理解测定摩擦阻力系数的工程意义

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

7） 2

2,22u d l u d

l d d u 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

⎫ ⎝⎛+

-=λελRe 7.182log 274.11d

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=

H f=(P1-P2)/ρ+(U12-U22)/2=ζ*U 2

/2

故局部阻力系数 ζ=1-

2

1

22|

2|u

p u ρ

∆+

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

图1、流体阻力实验流程

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/m 3•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

1、不锈钢管：l=1.5 m，d= 0.215 m，压降零点修正ΔP=-0.01kPa平均水温= 21.1℃

2、

（湍流）不锈钢管l/m d/m

ρ/kg·

m-3

μ水温/c 1.50 0.0215 997.90 9.58E-04 22.1

序号水流量

/m3•h-1

路管压

降/kPa

水流速

/m•s-1

雷诺数

Re

摩擦阻

力系数

λ

λblasius

1 0.60 0.24 0.46 10281 0.033 0.031

2 0.8

3 0.41 0.6

4 14222 0.029 0.029

3 1.00 0.58 0.77 17135 0.028 0.028

4 1.33 0.94 1.02 22790 0.026 0.026

5 1.65 1.37 1.2

6 28273 0.025 0.024

6 2.05 2.02 1.5

7 35127 0.024 0.023

7 2.52 2.89 1.93 43181 0.022 0.022

8 3.01 3.91 2.30 51577 0.021 0.021

9 3.53 5.17 2.70 60487 0.020 0.020

10 4.00 6.37 3.06 68541 0.020 0.020

11 4.37 9.10 3.34 74881 0.023 0.019

2,镀锌钢管：l=1.5m ,d=0.0215m,压降零点修正ΔP0=-0.02KP a ,平均水温22.6℃

（湍流）镀锌钢管l/m d/m

压降修

正

水温/c μ

1.50 0.0215 -0.02 2

2.6 9.49E-04

序号水流量

/m3•h-1

路管压

降/kPa

水密度

/kg•m-3

水流速

/m•s-1

雷诺数

Re

摩擦阻

力系数

λ

λblasius

1 0.60 0.30 997.6 0.46 10376 0.041 0.031

2 0.85 0.55 997.6 0.65 14699 0.037 0.029

3 1.0

4 0.80 997.6 0.80 17984 0.036 0.027

4 1.42 1.41 997.6 1.09 24556 0.034 0.025

5 1.58 1.75 997.

6 1.21 27323 0.034 0.025

6 1.79 2.2

7 997.6 1.37 30955 0.035 0.024

7 1.99 2.75 997.6 1.52 34413 0.034 0.023

8 2.32 3.67 997.6 1.78 40120 0.033 0.022

9 2.73 5.01 997.6 2.09 47210 0.033 0.021