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文本内容:
化工原理实验报告-----流体流动阻力的测定流体流动阻力的测定杨金金同组成员唐世福梁燕吴少华摘要测定层流状态下直管段的摩擦阻力系数(光滑管、粗糙管和层流管)测定湍流状态不同(ε/d)条件下直管段的摩擦阻力系数(突然扩大管)测定湍流状态下管道局部的阻力系数的局部阻力损失本次实验数据的处理与图形的拟合利用__tlab完成关键词流体流动阻力雷诺数阻力系数实验数据__tlab
一、实验目的
1、掌握直管摩擦阻力系数的测量的一般方法;
2、测定直管的摩擦阻力系数λ以及突扩管的局部阻力系数ζ;
3、测定层流管的摩擦阻力
4、验证湍流区内λ、Re和相对粗糙度的函数关系
5、将所得光滑管的方程与Blasius方程相比较
二、基本原理不可压缩流体(如水),在圆形直管中作稳定流动时,由于粘性和涡流的作用产生摩擦阻力;流体在流过突然扩大和弯头等管件时,由于流体运动的速度和方向突然发生变化,产生局部阻力影响流体流动阻力的因素较多,在工程研究中,利用因次分析法简化实验,引入无因此数群雷诺数相对粗糙度管路长径比可导出这样,可通过实验方法直接测定直管摩擦阻力系数与压头损失之间的关系因此,通过改变流体的流速可测定出不同Re下的摩擦阻力系数,即可得出一定相对粗糙度的管子的λ—Re关系在湍流区内,λ=f(Re,ε/d),对于光滑管大量实验证明,当Re在3×103至105的范围内,λ与Re的关系遵循Blasius关系式,即对于层流时的摩擦阻力系数,由哈根—泊谡叶公式和范宁公式,对比可得局部阻力=[J/kg]
三、装置和流程(手绘)
四、操作步骤
1、启动水泵,打开光滑管路的开关阀及压降的切换阀,关闭其它管路的开关阀和切换阀;
2、排尽体系空气,使流体在管中连续流动检验空气是否排尽的方法是看当流量为零时候U形压差计的两液面是否水平;
3、调节倒U型压差计阀门
1、
2、
3、
4、5的开关,使引压管线内流体连续、液柱等高;
4、打开流量调节阀,由大到小改变10次流量(Remin>4000)记录光滑管压降、孔板压降数据;
5、完成10组数据测量后,验证其中两组数据,确保无误后,关闭该组阀门;
6、测量粗糙管(10组)、突然扩大管(6组)数据时,方法及操作同上;
7、测量层流管压降时,首先连通阀门
6、
7、
8、
9、10所在任意一条回流管线,其次打开进入高位水灌的上水阀门11,关闭出口流量调节阀16;
8、当高位水灌有溢流时,打开层流管的压降切换阀,对引压管线进行排气操作;
9、打开倒U型压差计阀门5,使液柱上升到n型压差计示数为0的位置附近,然后关闭该阀门,检查两边液柱是否等高;
10、调节阀门16,改变6次流量(Re__x<2000),记录光滑管压降体积数据;
11、所有实验完成后,关闭阀门、停泵、切断电源,清理实验台,整理所用仪器,填好原始数据表格
五、原始数据及处理A、原始数据18℃水的密度ρ=
998.2kg/m3粘度μ=
1.0559×10-3表
1.光滑管和粗糙管实验原始数据光滑管数据φ27×
3.5mm的不锈钢管ε=
0.01~
0.05粗糙管数据φ27×
2.5mm的镀锌管ε=
0.1~
0.2孔板φ24,孔流系数C0=
0.73数据单位Pa实验序号光滑管孔板粗糙管孔板左右差值左右差值左右差值左右差值15460-2005660-50305031005500-6106110-6503450410025100-505150100295028505180-3705550-37032903660347002504450350275024004900-1605060-150315033004435045039005502650210045407044706029602900539007503150850250016504120350377036027802420635001000250010502350130036706503020660261019507315012501900130022509503280930235097024301460828001450135015002100600290012001700125022009509255016509001650205040024001530870160021005001023001800500180020002002050180025018501950100表
2.突然扩大管局部阻力系数测定原始数据突然扩大管φ22×3mm→φ48×3mm不锈钢管孔板φ24,孔流系数C0=
0.73数据单位Pa实验序号突然扩大管孔板左右差值左右差值1185074011103302760243021900-701970-5703350392031850-14003250-190042706170表
3.层流管实验原始数据层流管φ6×
1.5mm实验序号流量测定压力损失(单位Pa)流出体积V/mL时间t/s流量q103/m3s-1左右差值
135301.
1667100752652240301.
33330810810344301.4333-
60840900445301.5-
120850970595601.5667-
1608701030697601.6833-
2409301170798601.75-
33096012908111601.85-4209901410B、数据处理整理按照表后面的示例方法,编制__TLAB程序,计算结果如下程序代码详见附录
(1)~
(4)表
4.光滑管数据处理结果序号流量单位L/h流速单位雷诺数摩擦阻力系数
12.
962.62494__
0.
02222.
842.
51474510.
02232.
602.
30435440.
02242.
442.
15407320.
02252.
161.
91361050.
02361.
921.
70320480.
02371.
641.
45273960.
02481.
301.
15217720.
02791.
060.
94177770.
027100.
750.
66125700.030表
5.粗糙管数据处理结果序号流量单位L/h流速单位雷诺数摩擦阻力系数
13.
402.
49517400.
02923.
222.
35488850.
03133.
052.
23464180.
03042.
862.
09435140.
03052.
621.
91397500.
03062.
351.
72356820.
03072.
031.
48308750.
03181.
641.
20249050.
03591.
190.
87180680.
034100.
530.
398080.
40.049表6层流管数据处理结果序号流量单位L/h流速单位雷诺数层流摩擦阻力系数λ
14.
320.
165528.
10.
118124.
680.
1886603.
60.
105335.
040.
2028648.
80.
099645.
400.
2122679.
00.
094355.
760.
2216709.
20.
090266.
120.
2381762.
00.
08576.
480.
2476792.
20.
080886.
840.
2617837.
40.0764表
7.突然扩大管的数据处理结果实验序号流量单位m3/h细管流速u1单位粗管流速u2单位局部阻力系数平均
12.
523.
620.
530.
7800.
78523.
244.
600.
670.
79334.
325.
770.
840.784所编__TLAB程序中数据处理方法示例
(1)湍流时流量、流速、雷诺数以及摩擦阻力系数的计算如由表1光滑管第一组数据流量==
2.96L/h流速雷诺数=摩擦阻力系数由得
(2)突然扩大的阻力损失流速计算同
(1)如表2第三组数据,计算得由机械能守恒得
六、实验结果讨论分析
(1)将上面光滑管和层流管的数据绘成双对数坐标图如下图
6.1在Re4000的时候(阻力平方区),阻力系数随着雷诺数的增大而减小,直至足够大的Re后,其值仅取决于相对粗糙度图中光滑管与粗糙管的曲线很好的符合了这一规律
(2)对层流管迭代数据做双对数坐标如下图
6.2当Re2000为层流,理论上在双对数坐标中为一条斜率为-1的直线,上图中各点基本呈一条直线,其斜率非常接近-1(约为-
0.9954)使用__TLAB最小二乘拟合输出界面如下图
6.2直线拟合结果为与层流公式符合的很好图
6.2
七、思考题
1、测量前___要将设备中的空气排尽?怎样快速排尽?答是为了保证流体的连续先打开出口阀排掉管路中的空气,然后关闭出口阀,打开u型压差计下端的排气阀
2、在不同设备(包括相对粗糙度相同二内径不同)、不同温度下测定的λ-Re数据是否能关联在一条曲线上?答只要ε/d相同,λ~Re的数据点就能关联在一条直线上
3、以水为工作流体测定的λ-Re曲线能否用于其他种类得牛顿型流体?___?答:适用,从可以看出,阻力系数与流体具体流动形态无关,只与管径、粗糙度等有关
4、测出的直管摩擦阻力与设备的放置状态有关吗?___?答无关机械能守恒式U形压差计读出的差值为所以不变,就不变
5.增加雷诺数的范围,由那些方法?答,可以加粗管径,增加流速等
八、实验心得体会此次流体阻力测定实验让我初步接触了化工原理实验,它跟以往的基础实验有很大的不同化工原理的每一个实验基本都对应了一个单元操作或基本单元,例如管路,流体输送机械,以及以后要接触的精馏,干燥等等这些实验对动手能力的要求比较高,对数据的处理要求也比较高在本次实验中,我们细心地操作使我们得到了一组较为准确的数据,在后来的数据处理中利用了强大的__tlab,它把这次实验大量的数据拟合在对数坐标中,使得实验结果变得直观,大大利于实验结果分析PAGE-5-。