流体阻力实验报告材料.doc

word
word
0 / 13
word
化工大学
化工原理实验报告
实验名称：流体阻力实验
班级：
某某：
学号： 序号：
同组人：
设备型号：
实验日期：
word
word
2 / 13
word
一、实验摘要
本实验使用UPRSⅢ型第4套实验设备，通过测量不同流速下水流经不锈钢管、镀锌管、层流管、突扩管、阀门的压头损失来测定不同管路、局部件的雷诺数与摩擦系数曲线。确定了摩擦系数和局部阻力系数的变化规律和影响因素，验证在湍流区内λ与雷诺数Re和相对粗糙度的函数。该实验结果可为管路实际应用和工艺设计提供重要的参考。
关键词：摩擦系数，局部阻力系数，雷诺数，相对粗糙度
二、实验目的
1、测量湍流直管的阻力，确定摩擦阻力系数。
2、测量湍流局部管道的阻力，确定摩擦阻力系数。
3、测量层流直管的阻力，确定摩擦阻力系数。
4、验证在湍流区内摩擦阻力系数λ与雷诺数Re和相对粗糙度的函数
5、将所得光滑管的λ-Re方程与Blasius方程相比拟。
三、实验原理
1、直管摩擦阻力
不可压缩流体在圆形直管中做稳定流动时，由于黏性和涡流作用产生摩擦阻力。此外，流体经过突然扩大、弯头等管件时，由于运动速度方向突然变化，也会产生局部阻力。利用量纲分析的方法，流体流动阻力与流体的性质、流体流经处的几何尺寸、流体的运动状态有关，可表示为：
引入无量纲数群：
雷诺数：
相对粗糙度：
长径比：
从而得到：
令：，如此
可得阻力系数与压头损失之间的关系，这种关系可通过实验测得。
〔1〕
word
word
2 / 13
word
式中 —直管阻力(J/kg)，—被测管长(m)，—被测管内径(m)，
—平均流速(m/s)，—摩擦阻力系数。
根据机械能衡算方程，实验测量：
〔2〕
对于水平无变径直管道，结合式〔1〕与式〔2〕可得摩擦系数：
测量
当流体在管径为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的压强差，即为流体流过两截面间的流动阻力。通过改变流速可测出不同Re下的摩擦阻力系数，这样便能得到某一相对粗糙度下的关系。
由前人经验，当在~X围内时，其关系满足Blasius关系式，在层流X围内满足线性关系，见(表1)。
表1 摩擦阻力系数与雷诺数关系
0~2000
2000~4000
4000~Re临界点
临界点以上
(水力光滑管)
\
(粗糙管)
\
2、局部阻力
〔3〕
将局部阻力系数，平均流速u，代入方程即可确定局部阻力。式中与局部结构关系见表2
表2 局部阻力系数与局部结构关系〔Re>4000〕
结构
突扩管
截止阀
球阀
word
word
3 / 13
word
=常数
=常数
对于水平放置条件，根据式〔1〕〔3〕可得局部阻力系数计算式为：
〔无变径〕和〔有变径〕
式中，p1 p2为上下游截面压强差，u1 u2为平均流速，ρ为密度
四、实验流程与设备
图1 流体阻力实验带控制点工艺流程
1-水箱；2-水泵；3-涡轮流量计；4-主管路切换阀；5-层流管；6-截止阀；7-球阀；8-不锈钢管；9-镀锌钢管；10-突扩管；11-流量调节阀〔闸阀〕12-层流管流量阀〔针阀〕13-变频仪
实验介质：水〔循环使用〕
研究对象：不锈钢管，;
镀锌管，;
突扩管，l1=,d1=,l2=,d2=;
截止阀，DN20,d=; 球阀，DN20,d=;
层流管，;
仪器仪表：涡轮流量计，LWGY-25型，~10m3/h,；
温度计，Pt100,0~200℃
压差传感器，WNK3051
显示仪表：AI-708等，。
变频仪：西门子MM420型。
其他：计算机数据采集和处理，380VAC+220VAC
word
word
4 / 13
word
五、实验操作
1、准备：
1〕打开电脑，启动“流体阻力实验〞软件。
2〕连接数