1、北京化工大學(xué)實驗：流體流動阻力的測定實驗摘要：流體阻力的大小關(guān)系到輸送機(jī)械的動力消耗和輸送機(jī)械的選擇，測定流體流動阻力對化工及相關(guān)過程工業(yè)的設(shè)計、生產(chǎn)和科研具有重要的意義。本實驗主要是測定不銹鋼管（光滑管）和鍍鋅管(粗糙管)在不同流量下的壓降和水的溫度，測定突然擴(kuò)大管在不同流量下的壓降和水的溫度，以及層流管在不同流量下的壓降和水的溫度。三、實驗?zāi)康募叭蝿?wù)1學(xué)習(xí)直管阻力與局部阻力的測定方法。2學(xué)習(xí)計算并繪制直管摩擦系數(shù)l與Re的關(guān)系曲線的方法。3學(xué)習(xí)確定局部阻力系數(shù)z的方法。4測定直管的摩擦阻力系數(shù)l及突然擴(kuò)大管和閥門的局部阻力系數(shù)z。5測定層流管的摩擦阻力。6將所得光滑管的l-Re方程與Bla

2、sius方程相比較。7 驗證湍流區(qū)內(nèi)摩擦阻力系數(shù)l為雷諾系數(shù)Re和相對粗糙度的函數(shù)  四、實驗原理1、 直管摩擦阻力(1)不可壓縮流體（如水），在圓形直管中做穩(wěn)定流動時，由于黏性和渦流的作用產(chǎn)生摩擦阻力；流體在流過突然擴(kuò)大、彎頭等管件時，由于流體運動的速度和方向突然變化，產(chǎn)生局部阻力。流體流動阻力與流體的性質(zhì)，流體流經(jīng)處的幾何尺寸以及流動狀態(tài)有關(guān)，可得摩擦阻力系數(shù)與壓頭損失之間的關(guān)系,這種關(guān)系可用試驗方法直接測定。 相關(guān)公式：h f=P/=（l / d）u2/2 ; Re=du/(2)改變流速可測出不同Re下的摩擦阻力系數(shù)，可得出某一相對粗糙度下管子的Re關(guān)系。(

3、3)在湍流區(qū)內(nèi)=f（Re，/ d）。對于光滑管，大量實驗證明，當(dāng)Re在3×103105范圍內(nèi)，和Re的關(guān)系遵循Blasius關(guān)系式，即 =0.3163 / Re0.25，對于粗糙管，和Re的關(guān)系均以圖來表示。2、 局部阻力公式：h f=u2/2，式中，為局部阻力系數(shù)，其與流體流過的管件的幾何形狀及流體的Re有關(guān)，當(dāng)Re達(dá)到一定值后，與Re無關(guān)，成為定值。3、層流的摩擦阻力系數(shù)=64/Re.五、實驗裝置流程圖及主要測試儀器儀表六、實驗步驟：1、 啟動離心泵，打開被測管線上的開關(guān)閥及面板上與其相應(yīng)的切換閥，關(guān)閉其他的開關(guān)閥和切換閥，保證測壓點一一對應(yīng)。2、 排凈系統(tǒng)中的氣體以便使液體能連

4、續(xù)流動。設(shè)備和測壓管線中的氣體都要排凈，觀察U形壓差計中兩液面是否水平，如果水平說明系統(tǒng)中氣體已經(jīng)排凈。3、 測定光滑管和粗糙管摩擦阻力，先將流量從小到大慢慢增加，并觀察U形壓差計中兩液面差，當(dāng)液面差達(dá)到最大并等數(shù)據(jù)穩(wěn)定后記錄第一組數(shù)據(jù)，即此時的液體流量和壓差。接著將流量由大到小，每相差0.3m3/h左右側(cè)一組數(shù)據(jù)。充分利用面板量程測取10組數(shù)據(jù)，然后再由小到大測取幾組數(shù)據(jù)，以檢查數(shù)據(jù)的重復(fù)性（不記錄數(shù)據(jù)）。測定突然擴(kuò)大管、球閥和截止閥的局部阻力時，各測取3組數(shù)據(jù)，具體步驟與側(cè)量光滑管和粗糙管相同。注意在記錄整個實驗的第一組數(shù)據(jù)時記錄一次液體溫度，記錄最后一組數(shù)據(jù)時記錄一次溫度。4、 測完一根

5、管的數(shù)據(jù)后，應(yīng)將流量調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，觀察壓差計的兩液面是否水平，水平時才能更換另一條管路，否則全部數(shù)據(jù)無效。同時要了解各種閥門的特點，學(xué)會使用閥門，注意閥門的切換，同時要關(guān)嚴(yán)，防止內(nèi)漏。七實驗數(shù)據(jù)記錄1.（1）光滑管數(shù)據(jù)：l=1.500m, d=21.0mm，初始壓降P=-0.02 kPa實驗次數(shù)體積流量qv/(m3/h)壓強(qiáng)變化P/(kPa)水溫T/(oC)10.610.2819.520.710.3619.530.820.4619.540.970.6319.551.180.9019.761.471.2819.871.922.0819.982.443.1620.093.576.2020.0104.

6、9311.0620.1（2）粗糙管數(shù)據(jù)：l=1.500m, d=21.5mm，初始壓降P=-0.02 kPa實驗次數(shù)體積流量qv/(m3/h)壓強(qiáng)變化P/(kPa)水溫T/(oC)10.640.3820.820.750.5020.830.860.6320.941.000.8220.951.241.2221.061.511.7421.171.932.7621.382.524.5421.493.679.3321.5104.8716.2221.62.突然擴(kuò)大管數(shù)據(jù)：d1=16.00mm, d2=42.00mm，初始壓降P=0.00 kPa實驗次數(shù)體積流量qv/(m3/h)水溫T/(oC)壓強(qiáng)變化P/

7、(kPa)11.5422.21.0423.1322.24.4934.5822.59.433.層流管數(shù)據(jù)：l=1.500m, d=3mm，初始壓降P=0.02 kPa實驗次數(shù)水體積V/(ml)時間t/(s)壓強(qiáng)變化P/(kPa)水溫T/(oC)12629.750.6824.323230.210.8824.334530.151.1023.645330.161.2923.756130.021.4823.867330.151.7024.278729.802.0424.5810830.302.5424.7八、實驗數(shù)據(jù)處理：在整個實驗過程中，液體溫度可由始末溫度值之和的平均值代替，則有 T=(T始+T末)

8、/2 , 此溫度對應(yīng)水的密度和黏度可由相關(guān)表查得1.(1)光滑管數(shù)據(jù)處理：T=(T始+T末)/2=19.75 oC20 oC，查得=998.2kg/m3 ，=1.005mPa·S實驗次數(shù)u(m/s)Re=du/=2Pd/l u210.48910102.060.035520.56911758.130.033230.65713579.810.031440.77816063.920.030450.94619541.680.029161.17924344.300.026571.54031796.630.025181.95740408.220.023592.86359121.870.02151

9、03.95481644.480.0201(2)光滑管數(shù)據(jù)處理：T=(T始+T末)/2=21.2oC21 oC，查得=998.2kg/m3 ，=0.981mPa·S實驗次數(shù)u(m/s)Re=du/=2Pd/l u210.48910356.920.048420.57312137.020.045830.65813917.110.043640.76516182.690.041650.94920066.540.034061.15524435.860.038371.47731232.590.037081.92840780.380.035692.80859390.480.0344103.72678

10、809.700.03392.突然擴(kuò)大管數(shù)據(jù)處理T=(T始+T末)/2=22.25oC22 oC，查得=998.2kg/m3 ，=0.9579mPa·S實驗次數(shù)u1(m/s)u2(m/s)=(1-u22+2P/)/ u1212.1276550.308775310.97870624.3243890.6275757930.97869636.3277010.9183057920.9787平均=（0.978706+0.978696+0.9787）/3=0.97873. 層流管數(shù)據(jù)處理：T=(T始+T末)/2=24.5oC25 oC，查得=997kg/m3 ，=0.8937mPa·S，

11、實際值由=2Pd/lu2測出，理論值由=64/Re測出實驗次數(shù)體積流量qv/(m3/s)u (m/s)Re=du/實際值=2Pd/lu2理論值=64/Re18.7395E-070.123639400.85870.1853550.15965721.05925E-060.149854485.85220.1622270.13172731.49254E-060.211151684.58940.1016830.09348741.75729E-060.248607806.02680.0857950.07940252.03198E-060.287466932.01760.0734740.06866862.4

12、2123E-060.3425341110.5560.0593380.05762972.91946E-060.413021339.0840.0488810.04779483.56436E-060.5042541634.8810.0407530.039147九、實驗結(jié)果與結(jié)論：1.在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出湍流時-Re的關(guān)系曲線2. 光滑管的-Re關(guān)系與Blasius公式比較（1）由Blasius關(guān)系式 =0.3163 / Re0.25可求得理論 （2）由式 hf=P/=（l / d）u2/2 可求得真實的實驗次數(shù)Re=du/110356.920.04840.03155212137.020.04580

13、.030375313917.110.04360.029301416182.690.04160.028095520066.540.03400.026752624435.860.03830.025322731232.590.03700.023687840780.380.03560.022309959390.480.03440.0202841078809.700.03390.018712圖像比較3局部阻力系數(shù)=0.97874.雙對數(shù)坐標(biāo)繪制層流時-Re關(guān)系曲線十、實驗結(jié)果分析（1）光滑管結(jié)果分析：曲線表明，在湍流區(qū)內(nèi)，光滑管阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)增大而減小，進(jìn)入阻力平方區(qū)（也稱完全湍流區(qū)）后，雷諾數(shù)對阻力

14、系數(shù)的影響卻越來越弱，阻力系數(shù)基本趨于不變。該光滑管的阻力系數(shù)和雷諾數(shù)關(guān)系，近似適合柏拉修斯（Blasius）式，（2）粗糙管結(jié)果分析：曲線表明，在湍流區(qū)內(nèi)，粗糙管阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)增大而減小，進(jìn)入阻力平方區(qū)（也稱完全湍流區(qū)）后，雷諾數(shù)對阻力系數(shù)的影響卻越來越弱，阻力系數(shù)基本趨于不變。（3）局部阻力管結(jié)果分析：雷諾數(shù)對局部阻力管阻力系數(shù)影響不大，而且局部阻力管阻力系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他管的阻力十一、思考題：1在測量前為什么要將設(shè)備中的空氣排凈，怎樣才能迅速地排凈？答：在流動測定中氣體在管路中，對流動的壓力測量產(chǎn)生偏差，在實驗中排出氣體，保證流體的連續(xù)，這樣流體的流動測定才能準(zhǔn)確。先打開出口閥排凈管路中的空氣，然后關(guān)閉出口閥開U形壓差計的排氣閥。2、在不同設(shè)備（包括相對粗糙度相同而管徑不同）、不同溫度下測定的-Re數(shù)據(jù)能否關(guān)聯(lián)在一條曲線上？答：由，聯(lián)立得：，可知-Re曲線受、d、l、等的影響，故不一定能關(guān)聯(lián)到一條曲線上。3、以水為工作流體所測得的-Re關(guān)系能否適用于其他種類的牛頓型流體？為什么？答，不能，因為由實驗證明在湍流區(qū)范圍內(nèi)，與Re的關(guān)系式遵循Blasius關(guān)系式，即，而Re的值與流體密度、粘度等物理性質(zhì)有關(guān)，不同流體物理性質(zhì)不同，所以不適用。4、測出的直管摩擦阻力與設(shè)備的放置狀態(tài)