流体阻力实验报告概要.doc

北 京 化 工 大 学 实 验 报 告 课程名称： 化工原理实验 实验日期： 2010.10.11 班 级： 姓 名： 同 组 人： 装置型号： FFRS-Ⅱ型 流体阻力实验 一、摘要 本实验以水为介质，使用FFRS-Ⅱ型流体阻力实验装置，测定了水流经直管道、局部管道的阻力系数，Re≈104～105。实验验证了湍流状态下直管摩擦阻力系数受Re和ε/d共同影响；层流状态下直管摩擦阻力系数仅是Re的函数，且在双对数坐标系内呈线性关系；局部阻力系数受Re和局部形状影响，尤其局部形状的差异影响远大于Re。实验得到的直管道阻力系数关联图与教材P29图1-32接近，满足工程上允许的误差范围，在实际应用中，可适当参考该图数据求取阻力系数，进一步计算流体阻力。 关键词：摩擦阻力系数 局部阻力系数 Re ε/d 二、实验目的 1、掌握测定流体阻力实验的一般实验方法。 2、测定直管的一般阻力系数λ及突然扩大管和阀门的局部阻力系数ζ。 3、测定层流管的摩擦阻力。 4、验证湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺数Re和相对粗糙度的函数。 5、将所得光滑管的λ-Re方程与Blasius方程相比较。 三、实验原理 流体在流动过程中，由于粘性会发生相互间的摩擦，从而导致其机械能减少，我们称之为阻力损失。计算流体阻力一种方法是测得管路上、下游两个截面的机械能，当没有外加能量时，两者的差值即是阻力损失；另一种方法是通过因次分析，得到一定条件下通用的公式，此法在科学研究和工程计算上应用广泛，具体如下： 1、寻找影响流体阻力的因素，共6个： h f =Ф(d, u,ρ,μ,,ε) （1） 2、简化实验，确定函数关系： 使用因次分析法，将所有变量组合成4个无因次数群： 雷诺准数Re duρ/μ 相对粗糙度 ε/d 管道长径比 l/d 能量项 hf/u2 确定函数关系： （2） 对于水平无变径直管道，结合柏努利方程上式变为： （3） 令 可得： （4） 式中 hf ——直管阻力，J?Kg-1； l ——被测管长，m； d ——被测管内径，m； u ——平均流速，m?s-1； λ——摩擦阻力系数。 (4)式适用于湍流直管条件下的阻力计算，大量实验表明，当管道内壁非常光滑，即相对粗糙度低于某一数值后，λ与Re的关系遵循Blasius关系式： λ=0.3163/Re0.25 （5） 当流体处于层流状态时，摩擦阻力系数将不受相对粗糙度的影响，由理论推导得： （6） 当流体流经等径管道局部（弯头、阀门等），不考虑直管段长度，方程变为以下形式： (7) 当流体流经突然扩大管道(p1p2)时： (8) ζ称为局部阻力系数，它与流体流过的管件的几何形状及流体的Re数有关，当Re大到一定值后，ζ与Re数无关，为定值。 用传感器测量压降时，要求主管路和引压管线中的液体必须连续，不能有气泡。主管路排气可开大流量阀门，使水大量快速流过管道，将其中气体带走。引压管线中的气体可在关闭出口流量调节阀的情况下，打开传感器两侧的排气阀门将其排净，最后注意将排气阀关闭。 四、实验流程图 图1、流体阻力实验流程 1、水箱 2、水泵 3、涡轮流量计 4、层流水槽 5、层流管 6、截止阀 7、球阀 8、光滑管 9、粗糙管 10、突扩管 11、流量调节阀 12、层流调节阀 设备尺寸： 不锈钢管：l=1.5m，d=0.021m 镀锌钢管：l=1.5m，d=0.0215m 突 扩 管：l1=0.14m，l2=0.28m，d1=0.0155