流体阻力

化工原理实验报告
一、实验目的
1、结合理论课中所学的流体在管道内部流动时流动阻力的形成和计算等基本知识，实验测定不同流动条件下圆形直管内的沿程阻力系数λ和管件的局部阻力系数ξ，并学习测定关内流动阻力的一般实验方法。

2、学习处理流动阻力实验数据的方法，学会用图形和函数关系式来表征湍流区内直管沿程阻力系数λ和局部阻力系数ξ与雷诺数Re的依赖关系。

3、学习合理规划实验条件，是实验数据点在表征图中分布均匀，提高实验效果的可靠性。

4、通过实验操作，掌握U型管压差计、孔板流量计的使用方法。

二、实验任务
1、测定流体以不同的速度流经一定长度直管和阀门时的压力降。

2、计算相应的雷诺数Re、直管沿程阻力系数λ和被测阀门的局部阻力系数ξ。

3、在双对数坐标下绘制直管沿程阻力系数λ与雷诺数Re的关系曲线、局部阻力系数ξ与雷诺数Re的关系曲线，并且用最小二乘法拟合获得相应的函数关系式。

4、定性和定量比较实测的λ~Re、ξ~Re关系式与化工原理教材及相关参考书中给出的公式之间的符合性。

三、实验原理
不可压缩性流体在直管内作稳定流动时，由于粘滞性而产生摩擦阻力，即直管阻力。

流体在流经变径、弯管、阀门等管件时，由于流速及其它方向的变化而产生局部阻力。

在湍流状态下，管壁的粗糙度也影响流体阻力，通常流体阻力用流体的压头损失H f或压力降Δp表示并可用实验方法直接测定?
1、直管阻力H f与直管摩擦系数λ
直管阻力H f与直管摩擦系数λ的关系为
Hf=λ×l1/d×U2/2 (1)
式中：l1--------直管的测试长度[m];
d---------测试管的内径[m];
u---------管内流体流速[m/s]。

流体以一定速度u流过内径为d，长度为l1的直管所产生的直管阻力Hf可用U型差压计测得，若已测得的差压计读数为R f(cmCCl4)，根据伯努利方程及流体静力学原理可得
Hf=Δp/ρH2O=(ρCCl4-ρH2O)×R f×g/(100×ρH2O)
=0.006Rf*g [J/kg] (2)
式中：g=9.807m/s2。

流体的流速u可由孔板或文氏流量计两边引出的差压计读数R(cmHg)，按下式求
得
u=aR n[m/s] (3)
于是由(1)、(2)、(3)可得:
λ＝2dH f/(l1U2)=0.012dRf×g/(l1×a2×R2n) (4)
又已知雷诺数Re=duρ/μ(5)
式中：ρ----------流体(水)的密度[kg/m3]
μ-----------流体(水)的粘度[Pas]
若测得流体的操作温度t，查取μ、ρ，再根据一对H f~u值，由(4)(5)便可求得一对λ~Re值。

因而，在不同流速下，可得到一系列λ~Re值，标绘在双对数坐标纸上，即可得到λ~Re关系曲线。

2、局部阻力Hf'及局部阻力系数ξ
局部阻力Hf'与局部阻力系数ξ的关系为：
H f'=ξ×u2/2 (6)
管件的局部阻力也可由U型差压计测取，但因管件所引起的流速大小和方向的变化而产生旋涡，需要在相当长的管道内才能消除，故只能先测定包括被测管件在内的一段直管l2的总阻力ΣH f，然后减去这一段直管l2的直管阻力H f1，就可得到管件的局部阻力H f'：
H f'=ΣH f-H f1=ΣH f-H f×l2/l1(7)
若已测得的包括管件在内的差压读数为R f'(cmHg)，利用(2)式可得
ΣH f＝0.126R f'×g [J/kg]
于是由式(3)、(6)、(7)得：
ξ=2H f'/u2=(0.252R f'×g-0.012R f×g×l2/l1)/(a2×R2n) (8)
通过实验测得不同流速u下对应的Hf'值，利用式(5)、(8)便可算出不同的Re下的ξ值。

ξ值与管件的几何形状及流体的Re值有关。

但当Re大到一定值后，ξ与Re无关，为一定值。

四、实验设备
1、本实验装置设有两根测试用管，流体流量用孔板流量计或文氏流量计测量。

由管路出口处的调节阀调节其流量。

2、管路上设置三组U犘?差压计，分别用来测定流量、直管阻力及管件局部阻力相应的静压差，从测压孔引出的高低压管间有平衡阀相连。

差压计指示液有水银及四氯化碳，如图所示：
五、实验操作
1、排除管路系统内积存的空气；
2、测量数据；，整个实验测取7～9种数据，要求实验点分布均匀；
3、读取三个流量计的读数及压差、温度等值；
4、禁止动用限流阀，以防冲去差压指示剂，必要时需在教师指导下使用；
5、打开差压计平衡阀C，关毕流量调节阀和每个平衡阀A、B，结束实验。

操作图如图所示：
六、数据处理。