化工原理实验-流体流动阻力系数的测定实验报告..docx

流体流淌阻力系数的测定试验报告

一、试验目的：

1、把握测定流体流淌阻力试验的一般试验方法。

2、测定直管的摩擦阻力系数λ及突然扩大管和阀门的局部阻力系数ξ。

3、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。

4、将所得光滑管的λ—Re方程与Blasius方程相比较。二、试验器材：

流体阻力试验装置一套三、试验原理：

1、直管摩擦阻力

不行压缩流体〔如水〕，在圆形直管中做稳定流淌时，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，在工程上通常承受量纲分析方法简化试验，得到在肯定条件下具有普遍意义的结果，其方法如下。

流体流淌阻力与流体的性质，流体流经处的几何尺寸以及流淌状态有关，可表示

为

△P=f(d,l,u,ρ,μ,ε)

引入以下无量纲数群。

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=△P/ρ=λ〔l/d〕u2/2

f

式中，h

——直管阻力，J/kg

f

l——被测管长，m

d——被测管内径，mu——平均流速，m/s

λ——摩擦阻力系数。

当流体在一管径为d的圆形管中流淌时，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淌阻力。依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。转变流速可测出不同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，大量试验证明，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。

2、局部阻力

h=ξu2/2

f

式中，ξ为局部阻力系数，其与流体流过的管件的几何外形及流体的Re有关，

当Re到达肯定值后，ξ与Re无关，成为定值。

四、试验步骤：

1、启动离心泵，翻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。

2、排净系统中的气体以便使液体能连续流淌。设备和测压管线中的气体都要排净，观看U形压差计中两液面是否水平，假设水平说明系统中气体已经排净。

3、测定光滑管和粗糙管摩擦阻力，先将流量从小到大渐渐增加，并观看U形压差计中两液面差，当液面差到达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一样。留意在记录整个试验的第一组数据时记录一次液体温度，记录最终一组数据时记录一次温度。

4、测完一根管的数据后，应将流量调整阀关闭，观看压差计的两液面是否水平，水寻常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，留意阀门的切换，同时要关严，防止内漏。

五、试验数据处理：

在整个试验过程中，液体温度可由始末温度值之和的平均值代替，则有

t=(t +t

始

)/2=(21.2+26.8)/2=24℃

末

此温度对应水的密度可由相关表查得,

ρ=997.2kg/m3

μ=0.9142mPa·S

1、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=3.54×102Q/d2得到流速，由公式Re=duρ/μ可求得雷诺数，由式

h=△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

f

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：

光滑管的相关数据如下表：

序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Q/m3/h

3.50

3.22

2.94

2.66

2.38

2.10

1.82

1.54

1.26

0.98

△P/kPa

6.80

5.83

4.93

4.14