流体流动阻力的测定
实验报告
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化工0808 200811240 报告人：董天琦 同
组人: 谢应锐、魏来、派瑞克、施云
流体流动阻力测定实验报告_
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化工0808_董天琦_
流体流动阻力测定实验报告_
实验时间：2010.10.21_______ 200811240___
班级：化工_0808____________
报告人：董天琦________学号：
同组人:_谢应锐、魏来、派瑞克、施云_
本实验通过测定流体在不同管路
摘要：
中流动时的流量
qv、测压点之间的压强
差 ΔP，结合已知的管路的内径、长度等数据，应用机械能守恒式算出不同管路 的λ‐Re 变化关系及突然扩大管的 -Re 关系。从实验数据分析可知，光滑管、 粗糙管的摩擦阻力系数随 Re增大而减小，并且光滑管的摩擦阻力系数较好地满
足
力系数随
Blasuis关系式： Re
关系式。_
_ 。突然扩大管的局部阻
的变化而变
化。层流时，摩擦阻力系数满足
一、 实验目的及任务 _
2 、 测定直管摩擦阻力系数λ及突然扩大管和阀门的局部阻力系数 。_ 3 、 测定层流管的摩擦阻力。_
4 、 验证湍流区摩擦阻力系数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。_
1 、 掌握测定流体流动阻力实验的一般方法。_
二、 基本原理 _
流体在由直管和管件、阀门组成的管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存 在,不可避免地要消耗一定的机械能。流体在直管中流动造成机械能损失称为直 管阻力损失,用Hp表示。而流体流经阀门管件等的局部障碍所造成的机械损失, 称为局部阻力损失,用 hf 表示。直管阻力损失,表现在水平均匀管路中两截面的压
h f
强降低,即： pp21
。
因为影响阻力损失的因素很多,即 f uldfh ),,,,,,( 所以,我们采用因次分 析指导下的实验研究方法。根据因次分析法,将 组合
ph f
)
uldf ,
,
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成无因次式：雷诺数Re=d*u*ρ/μ;相对粗糙度=ε/d;管子长径比=l/d
所以有 P
2
ldu ,,
(1)
u
dd
lP
变换(1)式, 得
2
u
Re,
dd 2
(2)
Pl
由(2)式可知 h
f
2
u
d 2
(3)式中的λ, 即为直管摩擦系数, 它可表示成
(3)
它只是雷诺数及管 。Re,
d
壁相对粗糙度的函数,确定它们之间的关系,只要用水作物系,在实验室规模的装 置中进行有限量的实验即可得知, 知道了λ的值,就可计算任何物系的流体在管 道中的阻力损失,使实验结果具有普遍意义。局部阻力损失,用局部阻力系数法表示,
he u 2
2 。 即用动能系数来表示,可写成
三、 装置和流程
本实验装置如图，管道水平安装，实验用水循环使用。其中1为水箱，2 为
水泵，3为层流水箱，4管为层流管，管径Φ=2.5mm,两测压点之间距 离为1.00m；5为截止阀，6为球形阀。7管为光滑管，管径Φ=20.5mm， 长度为 1.80m。8 管为粗糙管，管径Φ=22.0mm，长度为 1.50m。9 管为突 然扩大管，管子由Φ（22*3）mm扩大到Φ（48*3）mm；10为流量调节阀， 11为层流调节阀。系统装有孔板流量计（孔径Φ24.00mm，孔流系数 C0=0.73）以测量流量。
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实验的测量系统如图，共有两套倒 U 形压差计，一套正 U 形压差计和一组切换 阀。正 U 形压差计用来测量层流管阻力，它可以用倒 U 形压差计测量；倒 U 形 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的两个 汇集管相连，通过面板上切换阀与倒 U 形压差计相连。前者用来测量直管阻力 和局部阻力，后者用于测量孔板压差，其测压口与装置相同编号的测压口相连。_
四、 实验操作要点 _
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 他开关阀和切换阀，保证测压点一一对应。_
② 系统要排净气体是液体连续流动。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 形压差计中两液面是否水平。_ ③ 读取数据时，应注意稳定后再读书。测定直管阻力时，流量由大到小，充分 利用面板量程读取 8 组数据，然后由小到大测取几组数据，以检查数据的重 复性。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。层 流管的流量用量筒与秒表测取。_ _
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五、 实验原始数据 _
光滑管_T=15.2℃_d=20.5mm_l=1.5m_ 流量（m3/h） 压差（Kpa）
3.82 77.238 3.2 5.609 2.87 4.588 2.83 4.4703 2.42 3.4089 2.02 2.4298 1.69 1.8045 1.37 1.2524 1.04 0.7867 0.77 0.4864 0.39 0.1885
_
粗糙管_T=16.2℃_d=22.0mm_l=1.5m_ 流量（m3/h） 压差（Kpa）
3.87 7.5859 3.17 5.5451 2.67 3.9673 2.28 3.019 2 0.3595 1.66 4.6963 1.4 1.2593 1.11 0.8435 0.81 0.508 0.54 0.2715
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扩大管T=18.8℃
1=16.0mm_l1=140mm_d2=48mm_l2=28.6mm_
流量（m3/h）
压差（Kpa） 3.3 1.8335 2.18 0.745 1.38 0.283
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层流管_T=19.7℃_d=2.5mm_l=1m_ 时间（s） 体积（ml） 流量（m3 /h）
120 43 120 78 90 80 90 102 60 85 60 103 60 145 60 160 0.00129 0.00234 0.0032 0.00408 0.0051 0.00618 0.0087 0.0096
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六、数据处理_
实验时水温为
15.2。C
=1.155(mPa.s) ，查得此温度下的黏度μ。取ρ
=1000kg/m3_。列出两测压点之间的机械能守恒式：_
⑴ 对于光滑管，z
1=z2，u1=u2=u且
=0，则有
，_
且 uA=v
_
q
且雷诺数 。__ __________
⑵ 对于粗糙管与光滑管，即 _ ，
，u=u2，则_
⑶ 对于突然扩大管，可忽略摩擦阻力损失，且1=z2
可得
。_
z
，_
，
_ 则
⑷ 对于层流管，算法与光滑管相同，即
，
_
由以上原理整理得出以下数据 _
_ _
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在双对数坐标上分别做两管的 Re‐λ关系图，图形如下：_
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层流管和扩大管数据处理如下
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扩大管
流量（m3/h） 压差（Kpa） 水的流速1 水的流速2 密度 ρ(kg/m3) 阻力系数 λ
3.3 1.8335 4.559125974 0.5065696 997.917256 0.987477533 2.18 0.745 3.011786249 0.3346429 997.917256 0.987489716 1.38 0.283 1.906543589 0.2118382 997.917256 0.987498284
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做层流管 Re‐λ关系图，图形如下
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七、实验结果与结论和误差分析 _
1 、由以上实验数据处理的图形可知,光滑管和粗糙管的λ随 Re的增大而 减小，且 Re增大到一定数值时，λ降低的速度变小。_
2 、由光滑管的Re‐λ曲线可以看出实验数据和符合
。_
3 、层流管的所得的实验数据较好地符合公式λ=64/Re。_ 4 、层流管的Re 小于 2000 级。_
5 、局部阻力系数随Re 后局部阻力 系数变化率减小。_
Blasuis 关系式
，光滑管和粗糙管的Re在104数量的增大而减小，当Re增大到一定数值
6 、实验过程中水箱中的水的温度不断升高，但是记录数据的时候只记录 了初始温度。_
7 、压力差计量表的数据在不断变化，读取的是一个瞬时值_
八、思考题_
2、在不同设备（包括相对粗糙度相同而管径不同）、不同温下测定的λ-Re 数据能否关联在一条曲线上？
答：不一定，因为λ和Re 与流体的密度和粘度有关。密度与粘度与温度 有关。所以不一定呢能关联到同一条曲线上
3、以水作工作流体所测得的λ-Re 关系能否适用于其他种类的牛顿型流 体？为什么？
答：其他牛顿型流体的物理性质，如密度，黏度等和水不同，而λ、Re 和密度，黏度有关，所以不适用于其他流体。
5、如果要增加雷诺数的范围，可采取那些措施？
答：更改管径，更改流体温度，从而更改流体的粘度和密度。。
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