流体阻力测定实验报告

篇一：流体流动阻力的测定实验报告

流体流动阻力的测定

17321001 1120102761 王晓鸽

一、实验目的

1. 掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的实验方法。

2. 测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系，验证在一般湍流区λ与Re

的关系曲线。

3. 测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数ξ。

4. 学会流量计和压差计的使用方法。

5. 识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。

二、实验原理

流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统

时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能。流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。

1．直管阻力摩擦系数λ的测定

流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：

?pfp1?p2lu2hf===λ 即，

2d?pfλ= 式中：λ—直管阻力摩擦系数，无因次；

d—直管内径，m；

?pf—流体流经l米直管的压力降，Pa；

hf—单位质量流体流经l米直管的机械能损失，J/kg；

ρ—流体密度，kg/m3；

l—直管长度，m；

u—流体在管内流动的平均流速，m/s。

层流流时，

64λ= 湍流时λ是雷诺准数Re和相对粗糙度(ε/d)的函数，须由实验确定。 欲测定λ，需确定l、d，测定?pf、u、ρ、μ等参数。l、d为装置参数（装置参数表格中给出），ρ、μ通过测定流体温度，再查有关手册而得，u通过测定流体流量，再由管径计算得到。?pf可用U型管、倒置U型管、测压直管等液柱压差计测定，或采用差压变送器和二?a href="http://www.zw2.cn/zhuanti/guanyuwozuowen/" target="_blank" class="keylink">我潜硐允尽Ｇ笕e和λ后，再将Re和λ标绘在双对数坐标图上。

2．局部阻力系数ξ的测定

局部阻力损失通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。本实验采用阻力系数法。

流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数，局部阻力的这种计算方法，称为阻力系数法。即：

fhf′==ξ因此，

2?pf′

ξ=式中：ξ—局部阻力系数，无因次；

?pf′－局部阻力压强降，Pa；（本装置中，所测得的压降应扣除两测压口间直管段的压降，直管段的压降由直管阻力实验结果求取。）

ρ—流体密度，kg/m3；

u—流体在管内流动的平均流速，m/s。

根据连接阀门两端管径d，流体密度ρ0，流体温度t0 （查流体物性ρ、μ），及实验时测定的流量Q、压差计读数，求取阀门的局部阻力系数ξ。

三、实验内容

1. 根据粗糙管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出λ～Re曲线，对照化工原理教材上有关曲线图，即可估算出该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。

2. 根据光滑管实验结果，对照柏拉修斯方程，计算其误差。

3. 测定闸阀在不同开度时的阻力系数ξ。

4. 对实验结果进行分析讨论。

四、实验装置与流程

1. 实验装置流程图

流体流动阻力测定实验装置流程示意图

1－水箱； 2－管道泵；3－涡轮流量计；4－进口阀；5－均压阀；6－闸阀； 7－引压阀；8－压力变送器；9－出口阀；10－排水阀；11－电气控制箱

2. 实验流程

实验对象部分是由贮水箱，离心泵，不同管径、材质的水管，各种阀门、管件，涡轮流量计和倒U型压差计等所组成的。管路部分有三段并联的长直管，分别为用于测定局部阻力系数，光滑管直管阻力系数和粗糙管直管阻力系数。测定局部阻力部分使用不锈钢管，其上装有待测管件(闸阀)；光滑管直管阻力的测定同样使用内壁光滑的不锈钢管，而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较粗糙的镀锌管。

水的流量使用涡轮流量计测量，管路和管件的阻力采用差压变送器将差压信号传递给无纸记录仪。

3. 设备的主要技术参数

①测光滑直管段：管径d=0.020 m，测压点间距离L=1.00 m，材料为不锈钢。

②被测粗糙直管段：管径d=0.021 m，测压点间距离L=1.00 m，材料为镀锌铁。

③被测局部阻力直管段：管径d=0.020 m, 长度0.95 m。

⑤压差传感器：型号为3351DP4E22B3，测量范围为0~15 kPa。

⑥离心泵：型号为MS60/37SS，流量为3.6 m3/h，扬程为14.6 m，电机功率为370W，转速2850rpm。

⑦涡轮流量计：型号为LWGY―20。

五、实验步骤

1. 检查储水槽内水位是否正常，若缺水须加水至满，实验中注意保持水体清洁。

2. 检查所有阀门并将阀门关紧。

3. 打开总电源和仪表开关，启动水泵至自动档，待电机转动平稳后，把出口阀开到最大。

4. 排气：选择实验管路，把对应的进口阀，引压阀和差压变送器8的两个阀门打开，并在出口阀最大开度下，保持全流量流动5min左右，直至连接差压变送器的透明管路内气泡为止。

5. 关闭差压变送器8的两个阀门，在计算机监控界面点击该对应管路，则差压变送器开始检测该管路压差。

篇二：流体阻力实验报告

北京化工大学

化工原理实验报告

实验名称：流体流动阻力测定 班 级：化工10 学 号： 姓 名： 同 组 人：

实验日期：2012.10.10

流体阻力实验

一、摘要

通过测定不同阀门开度下的流体流量qv，以及测定已知长度l和管径d的光滑直管和粗糙直管间的压差?p，根据公式??2d?p，其中?为实验温度下流体的密度；流体流速

l?u2

u?

4qv

，以及雷诺数Re?du?（?为实验温度下流体粘度），得出湍流区光滑直管和粗糙2

?d?

直管在不同Re下的λ值，通过作??Re双对数坐标图，可以得出两者的关系曲线，以及和光滑管遵循的Blasius关系式比较关系，并验证了湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺数Re和相对粗糙度ε/d的函数。由公式??1???

2

u2?

2?p

?可求出突然扩大管的局部阻力系数，以及由

1

u

64求出层流时的摩擦阻力系数?，再和雷诺数Re作图得出层流管?Re

?Re关系曲线。

关键词：摩擦阻力系数 局部阻力系数 雷诺数Re 相对粗糙度ε/d

二、实验目的

1、掌握测定流体流动阻力实验的一般试验方法；

2、测定直管的摩擦阻力系数λ及突然扩大管的局部阻力系数ζ； 3、测定层流管的摩擦阻力系数λ；

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ε/d的函数； 5、将所得光滑管的λ-Re方程与Blasius方程相比较。

三、实验原理

1、直管阻力损失函数：f（hf，ρ，μ，l，d，ε,u）=0

应用量纲分析法寻找hf（ΔP /ρ）与各影响因素间的关系 1）影响因素

物性：ρ，μ设备：l，d，ε操作：u（p,Z） 2）量纲分析

ρ[ML-3]，μ[ML-1 T-1]，l[L]，d[L]，ε[L]，u[LT-1]，hf [L2 T-2] 3）选基本变量（独立，含M，L，T） d，u，ρ（l，u，ρ等组合也可以） 4）无量纲化非基本变量

μ：π1＝μρaubdc[M0L0T0] =[ML-1 T-1][ML-3]a[LT-1]b[L]c?a=-1,b=-1,c=-1 变换形式后得：π1＝ρud /μ l:π2＝l/dε:π3＝ε/dhf:π4＝hf/u2 5）原函数无量纲化 ?hfdu??l?

??0 F?,,,

?u2

?

d

d??

6）实验

hf

?du???lu2lu2 ????,d???d?2??d?2

??

摩擦系数：????Re,?d?

层流圆直管（Re<2000）：λ=φ（Re）即λ=64/Re

0.25

湍流水力学光滑管（Re>4000）：λ=0.3163/Re

2?18.7? 湍流普通直管（4000

?dRe??

2?? 湍流普通直管（Re>临界点）：λ=φ（ε/d）即1?1.74?2log?

??

?d?

2、局部阻力损失函数

u2局部阻力系数：?hf??2

??（局部结构）

考虑流体阻力等因素，通常管道设计液速值取1～3m/s，气速值取10～30m/s。

大多数阀门：顺时针旋转是关闭，逆时针旋转是打开。

四、实验流程

层流管：d?2.9mm，l?1.00m；突然扩大管：d1?16.0mm,l1?140mm；粗糙管：

d?21.5mm,l?1.50m；光滑管：d?21.5mm,l?1.50m。

操作装置图如下：

五、实验操作

1、关闭流量调节阀门，启动水泵；

2、调整阀门V1～V5开关，确定测量管路；

3、打开对应引压管切换阀门和压差传感器阀门，进行主管路、测压管路排气； 4、排气结束，关闭传感器阀门，检查其数值回零，否则继续排气； 5、确定量程，布点，改变水流量测多组数据；

3-1

6、所有参数在仪表柜集中显示，水流量/m?h，压降/kPa，温度/℃； 7、层流实验水流量由量筒和秒表测出；

8、测完所有数据，停泵，开传感器排气阀，关闭切换阀门； 9、检查数据，整理好仪器设备，实验结束。

六、实验数据处理

原始数据如下表：

数据计算示例：

1、 光滑管：近似取T=20.0℃时水的密度??998.2Kg/m以光滑管第一组数据为例：

3

，粘度??1.005mPa?s

??998.2Kg/m3,qv?4.1m3/h,?p?7314.5Pa,d?21.5mm,,l?1.50m

?u?

4qv4?4.10/3600

??3.138591m/s?d23.14?0.02152

du?0.0215?3.138591?1000Re???67023.14

?1.005?10?32d?p2?0.0215?7314.5????0.021324

l?u21.50?1000?3.1385912

Blasius关系式求得??0.3163/Re0.25?0.3163/67023.140.25?0.019658

2、 粗糙管：

以粗糙管第一组数据为例：

qv?4.12m3/h, ?p?10468Pa, d?21.5mm, l?1.50m

du?0.0215?3.153902?998.2

, ?u?4qv2?4?4.12/3600Re???67350.08 ?3.153902m/s2?3

?d3.14?0.0215?1.005?10

??

2d?p2?0.0215?10468

??0.030222 22

l?u1.50?998.2?3.153902

3、 突然扩大管：

以第一组数据为例：

qv?3.5m3/h, ?p?5256.5Pa, d1?16.0mm,d2?42.0mm,

篇三：流体流动阻力测定实验报告

篇四：化工原理实验报告(流体阻力)

摘要：

本实验通过测定流体在不同管路中流动时的流量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Blasuis关系式：??0.3163Re0.25 。突然扩大管的局部阻力系数随Re的变化而变化。

一、 目的及任务

①掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法。

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验证湍流区内摩擦系数λ为雷诺数Re和相对粗糙度的函数。 ④将所得光滑管λ-Re方程与Blasius方程相比较。

二、 基本原理

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，在工程上通常采用量纲分析方法简化实验，得到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，流体流经处的几何尺寸以及流动状态相关，可表示为：

△p=?(d,l,u,ρ, μ, ε) 引入下列无量纲数群。

雷诺数 Re?相对粗糙度 管子长径比从而得到

ld

du?

??

d

??(

du??l

,,) ?dd

?p

?u

2

令???(Re,)

d

?

?p

?

?

ld

?(Re,

?ud)

2

2

可得到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。

hf?

?p

?

??

ld

?

u

2

2

式中

hf

——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； ?——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。改变流速科测出不同Re下的摩擦阻力系数，这样就可得到某一相对粗糙度下的λ-Re关系。

(1)湍流区的摩擦阻力系数

l

在湍流区内??f(Re,)。对于光滑管，大量实验证明，当Re在3?103~105

d

?

范围内，?与Re的关系式遵循Blasius关系式，即

??0.3163Re

0.25

对于粗糙管，?与Re的关系均以图来表示。 (2)层流的摩擦阻力系数

??

64Re

2. 局部阻力

hf??

u

2

2

式中，ξ为局部阻力系数，其与流体流过管件的集合形状及流体的Re有关，当Re大到一定值后，ξ与Re无关，为定值。

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No.1管为层流管，管径Φ(6×1.5)mm,两测压管之间的距离1m；No.2管安装有球阀和截止阀两种管件，管径为Φ(27×3)mm；No.3管为Φ(27×2.75) mm不锈钢管；No.4为Φ(27×2.75) mm镀锌钢管，直管阻力的两测压口间的距离为1.5m；No.5为突然扩大管，管子由Φ(22×3) mm扩大到Φ(48×3) mm；a1、a2为层流管两端的两测压口；b1、b2为球阀的两测压口；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、f2表示突然扩大管的两测压口。系统中孔板流量计以测流量。

四、 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对应的切换阀，

关闭其他开关阀和切换阀，确保测压点一一对应。 ② 系统要排净气体使液体连续流动。设备和测压管线中的气体都要排净，

检验的方法是当流量为零时，观察U形压差计的两液面是否水平。 ③ 读取数据时，应注意稳定后再读数。测定直管摩擦阻力时，流量由大

到小，充分利用面板量程测取10组数据。测定突然扩大管、球阀和截止阀的局部阻力时，各取3组数据。本次实验层流管不做测定。 ④ 测完一根管数据后，应将流量调节阀关闭，观察压差计的两液面是否

水平，水平时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，注意阀门的切换，同时要关严，防止内漏。

五、 数据处理

（1）、原始数据 水温：24.3℃ 密度：1000kg/m3 粘度：μ=1.305?10?3

2、数据处理

1）不锈钢管，镀锌管以及层流管的雷诺数和摩擦阻力系数用以下公式计算

雷诺数 Re?

du?

?u

2

hf?

?p

?

??

ld

?

2

式中

hf

——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； ?——摩擦阻力系数。

2）突然扩大管的雷诺数及摩擦阻力系数由以下公式计算

l

雷诺数 Re?

du?

?

摩擦阻力系数 3、数据处理结果如下表所示

数据处理示例：

1、 光滑管：T=20.0℃时水的密度??1000Kg/m，粘度??1.005mPa?s

3

以光滑管第4组数据为例：

qv=3.11 m3/h ΔP=4.63kPa d=21.0 mm l=1.50 m

篇五：化工原理实验~流体流动阻力系数的测定实验报告

流体流动阻力系数的测定实验报告

一、实验目的：

1、 掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法。

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、实验器材：

流体阻力实验装置一套 三、实验原理：

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、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，得到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，流体流经处的几何尺寸以及流动状态有关，可表示为

△P=f (d, l, u,ρ,μ,ε)

引入下列无量纲数群。

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 f=△P/ρ=λ（l / d）u2/2

式中，h f——直管阻力，J/kg

l——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。

（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，大量实验证明，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 f=ξu2/2

式中，ξ为局部阻力系数，其与流体流过的管件的几何形状及流体的Re有关，当Re达到一定值后，ξ与Re无关，成为定值。

四、实验步骤：

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、 排净系统中的气体以便使液体能连续流动。设备和测压管线中的气体都要排净，观察

U形压差计中两液面是否水平，如果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，先将流量从小到大慢慢增加，并观察U形压差计中两

液面差，当液面差达到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相同。注意在记录整个实验的第一组数据时记录一次液体温度，记录最后一组数据时记录一次温度。

4、 测完一根管的数据后，应将流量调节阀关闭，观察压差计的两液面是否水平，水平时

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，注意阀门的切换，同时要关严，防止内漏。

五、实验数据处理：

在整个实验过程中，液体温度可由始末温度值之和的平均值代替，则有 t=(t始+t末)/2= (21.2+26.8)/2=24℃

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=3.54×102 Q/d2得到流速，由公式Re=duρ/μ可求得雷诺数，由式 h f=△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：

所求粗糙管在不同流量下的u、Re、λ、λ’如下表：

粗糙管的相关数据表如下:

2、求局部阻力系数ξ

由公式u=Q/A=3.54×102 Q/d2得到流速，由式h f=△P/ρ=ξu2/2可得到ξ。 其中，扩大管的管径取d=16mm,球阀和截止阀的管径取d=20mm。 所求得各数据如下表：

扩大管、球阀管、截止阀管的相关数据表如下:

3、 所得湍流时λ—Re—ε/ d关系图如下：

六、思考题：

（1）、在测量前为什么要将设备中的空气排净？怎样才能迅速地排净？

设备中要是还有空气未排净将使设备中液体不能连续地流动，势必影响实验结果。在接通水泵电源以后，再打开流量调节阀门，使之大流量输出便可迅速有效地排净设备中的空气。 （2）、在不同设备（包括相对粗糙度相同而管径不同）、不同温度下测定的λ—Re数据能否关联在一条曲线上？ 不能关联到一条曲线上。 （3）、测出的直管摩擦阻力与设备的放置状态有关吗？为什么？

有关系。由h f=（P1/ρ+z1g）-( P2/ρ+ z2g) =△P/ρ可知，阻力损失均主要表现

为流体势能的降低，即△P/ρ，只有当管道水平放置时，才能用△P代替△P。当不是水平管时△P还包含了高度差所产生的势能差，所以如果不是水平管，则所求的摩擦阻力值要比实际的摩擦阻力要大。 （4）、如果要增加雷诺数的范围，可采取哪些措施？

可以同时增大管径和管内水的流量，或者用密度大、黏度小的液体进行试验。

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