流体阻力系数测定实验报告-3.doc

一、实验题目：流体流动阻力的测定 二、实验时间：2011.10.24 三、姓名：沈延顺 四、同组人员：覃成鹏、臧婉婷、王俊烨 五、实验报告摘要： 进行流体流动的学习，知道流体的性质和如何计算流体阻力的方法。通过流体阻力实验，包括不锈钢管、镀锌钢管、突然扩大管路和层流管路的测定流体的流量和压降通过伯努利方程来推倒阻力系数和雷诺数之间的关系，来验证层流、湍流雷诺数与阻力系数之间的关系。流体阻力的大小关系到输送机械的动力消耗和输送机械的选择，测定流体流动阻力对化工及相关过程工业的设计、生产和科研具有重要意义。 六、实验目的及任务： 1、掌握测定流体流动阻力实验。 2、测定直管的摩擦阻力系数λ及突然扩大管路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。 七、基本原理： 1、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管、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，得以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，流体流经处的结合尺寸以及流动状态有关，可表示为： 引入下列无量纲数群。 雷诺数 相对粗糙度 管子长径比 从而得到： 令 可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系，这种关系可用实验方法直接测定。 式中 ——直管阻力，J/kg 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之间的静压强差，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。 湍流区的摩擦阻力系数 在湍流区内。对于光滑管，大量实验证明，当Re在范围内，λ与Re的关系遵循Blasius关系式，即 对于粗糙管，λ与Re的关系均以图来表示。 层流的摩擦阻力系数 2、局部阻力 式中，ζ为局部阻力系数，其与流体流过的管件的集合形状及流体的Re有关，当Re大到一定值后，ζ与Re无关，成为定值。 八、实验装置和流程： 实验装置 本实验装置如下图所示，管道水平安装，实验用水循环使用。其中No.1管委层流管，管径Φ（6x1.5）mm，两侧压点之间距离为1m,No.2管安装有球阀和截止阀两种管件，管径为Φ（27x3）mm,No.3管为Φ（27x2.75）mm的不锈钢管。No.4管为Φ（27x2.75）mm镀锌钢管，直管阻力的两测压口碱的距离为1.5m.No.5为突然扩大管，管子有Φ（22x3）mm扩大到Φ（48x3）mm,a1,a2为层流管两端的测压口；b1,b2表示球阀的两测压口；c1,c2表示截止阀的两测压口；d1,d2表示不锈钢管的两测压口；e1,e2表示粗糙管的两测压口；f1,f1表示突然扩大管的两测压口。系统装有孔板流量计（孔径φ24.00mm,孔流系数）以测量流量。 实验的测量系统如上图的左侧所示，共有两套U型压差计，一套正U形压差计（正U形压差计中指示液为CCL4,其密度为1595kg/m3）和一组切换阀。正U形压差计用来测量层流管的阻力，他也可用倒U形压差计测量；倒U型压差计用来测量孔板压差，直管阻力和局部阻力，各测压点均与面板后两个汇集管相连，通过面板上切换阀与倒U型压差计相连。前者用来测量直管阻力和局部阻力，后者用来测量孔板压差，其测压口与装置相同编号的测压口相连。 实验流程图 九、操作要点： 1、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。 2、系统要排净气体使液体流动。设备和测压管线中的气体都要排净，检查是否排净的方法是当流量为零时，观察U型压差计中两液面是否水平。 3、读取数据时，应注意稳定后再读数。测量直管摩擦阻力时，流量由大到小