化工原理实验~流体流动阻力的测定.docVIP

化工原理实验 实验名称：流体流动阻力的测定 实验目的： 掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法。 测定直管的摩擦阻力系数λ及突然扩大管和阀门的局部阻力系数ξ。 验证湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺系数Re和相对粗糙度的函数。 将所得光滑管的λ—Re方程与Blasius方程相比较。 实验器材： 流体阻力实验装置一套 实验原理： 直管摩擦阻力 不可压缩流体（如水），在圆形直管中做稳定流动时，由于黏性和涡流的作用产生摩擦阻力；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。影响流体阻力的因素较多，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，其方法如下。 流体流动阻力与流体的性质，流体流经处的几何尺寸以及流动状态有关，可表示为 △P=f (d, l, u,ρ,μ,ε) 引入下列无量纲数群。 雷诺数 Re=duρ/μ 相对粗糙度 ε/ d 管子长径比l / d 从而得到 △P/(ρu2)=ψ(duρ/μ，ε/ d， l / d) 令λ=φ（Re，ε/ d） △P/ρ=（l / d）φ（Re，ε/ d）u2/2 可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系,这种关系可用试验方法直接测定。 h f=△P/ρ=λ（l / d）u2/2 式中，h f——直管阻力，J/kg l——被测管长，m d——被测管内径，m u——平均流速，m/s λ——摩擦阻力系数。 当流体在一管径为d的圆形管中流动时，选取两个截面，用U形压差计测出这两个截面间的静压强差，即为流体流过两截面间的流动阻力。根据伯努利方程找出静压强差和摩擦阻力系数的关系式，即可求出摩擦阻力系数。改变流速可测出不同Re下的摩擦阻力系数，这样就可得出某一相对粗糙度下管子的λ—Re关系。 （1）、湍流区的摩擦阻力系数 在湍流区内λ=f（Re，ε/ d）。对于光滑管，大量实验证明，当Re在3×103~105 范围内，λ和Re的关系遵循Blasius关系式，即 λ=0.3163 / Re0.25 对于粗糙管，λ和Re的关系均以图来表示。 局部阻力 h f=ξu2/2 式中，ξ为局部阻力系数，其与流体流过的管件的几何形状及流体的Re有关，当Re达到一定值后，ξ与Re无关，成为定值。 实验步骤： 启动离心泵，打开被测管线上的开关阀及面板上与其相应的切换阀，关闭其他的开关阀和切换阀，保证测压点一一对应。 排净系统中的气体以便使液体能连续流动。设备和测压管线中的气体都要排净，观察U形压差计中两液面是否水平，如果水平说明系统中气体已经排净。 测定光滑管和粗糙管摩擦阻力，先将流量从小到大慢慢增加，并观察U形压差计中两液面差，当液面差达到最大并等数据稳定后记录第一组数据，即此时的液体流量和压差。接着将流量由大到小，每相差0.3m3/h左右侧一组数据。充分利用面板量程测取10组数据，然后再由小到大测取几组数据，以检查数据的重复性（不记录数据）。测定突然扩大管、球阀和截止阀的局部阻力时，各测取3组数据，具体步骤与侧量光滑管和粗糙管相同。注意在记录整个实验的第一组数据时记录一次液体温度，记录最后一组数据时记录一次温度。 测完一根管的数据后，应将流量调节阀关闭，观察压差计的两液面是否水平，水平时才能更换另一条管路，否则全部数据无效。同时要了解各种阀门的特点，学会使用阀门，注意阀门的切换，同时要关严，防止内漏。 实验数据处理： 在整个实验过程中，液体温度可由始末温度值之和的平均值代替，则有 t=(t始+t末)/2= (21.2+26.8)/2=24℃ 此温度对应水的密度可由相关表查得, ρ=997.2kg/m3 μ=0.9142mPa·S 求光滑管、粗糙管摩擦阻力系数λ和雷诺系数Re 由公式u=Q/A=3.54×102 Q/d2得到流速，由公式Re=duρ/μ可求得雷诺数，由式 h f=△P/ρ=λ（l / d）u2/2 可求得真实的λ，由Blasius关系式 λ’=0.3163 / Re0.25可求得理论λ’。 光滑管几何尺寸为 d=21mm， l=1.5m，相对粗糙度 ε/ d=0.2/21=0.01 所求光滑管在不同流量下的u、Re、λ、λ’如下表： 光滑管的相关数据