实验七、沿程阻力实验

一、实验目的   填空

1．掌握测定镀锌铁管管道沿程阻力系数的方法；

2．在双对数坐标纸上绘制λ-R的关系曲线；

3．进一步理解   沿程阻力系数随雷诺数      的变化规律。

二、实验装置

在图1-7-1下方的横线上正确填写实验装置各部分的名称

本实验采用管流实验装置中的第1根管路，即实验装置中最细的管路。在测量较大压差时，采用两用式压差计中的汞-水压差计；压差较小时换用水-气压差计。

另外，还需要的测量工具有量水箱、量筒、秒表、温度计、水的粘温表。

F1——文丘利流量计； F2——孔板流量计；F3——  电磁流量计；

C—— 计量水箱  ；  V——阀门； K——  局部阻力实验管路

图1-7-1  管流综合实验装置流程图

三、实验原理  在横线正确写出以下公式

本实验所用的管路是水平放置且等直径，因此利用能量方程式可推得管路两点间的沿程水头损失计算公式：

      h_f =λ                                                 

                           （1-7-1）

式中： λ——沿程阻力系数；

L——实验管段两端面之间的距离，m；

D——实验管内径，m；

g——重力加速度（g=9.8 m/s²）；

v——管内平均流速，m/s；

h_f——沿程水头损失，由压差计测定。

由式（1-7-1）可以得到沿程阻力系数λ的表达式：

λ=2g

                                     （1-7-2）

沿程阻力系数在层流时只与雷诺数有关，而在紊流时则与雷诺数、管壁粗糙度有关。

当实验管路粗糙度保持不变时，可得出该管的-的关系曲线。

四、实验要求  填空

1．有关常数  

                                   实验装置编号：No. 7

管路直径：D =  1.58   cm；      水的温度：T =  23.1  ℃；

水的密度：= 0.997536  g/cm³；    动力粘度系数：= 0.93364 mPas；

运动粘度系数：= 0.009359462 cm²/s； 两测点之间的距离：L=    500  cm

2．实验数据处理见表1-7-2

表1-7-2 沿程阻力实验数据处理表

3、以其中一组数据写出计算实例（包含公式、数据及结果）。

（1）汞柱差：  =h-h=77.7cm

沿程水头损失：h_f=*=1059.33cm

（2）运动粘度系数：= 0.009359462 cm²/s

（3）流量：=（h-h）*A/t=438.6762 ml/s

（4）管内平均流速：v =Q/A=223.8516cm/s

 

（5）雷诺数：=d*ρ/=37789.08745

（6）沿程阻力系数：=2g=0.13093447

4．在双对数坐标纸上绘制-的关系曲线。

 

五、实验步骤  正确排序

（5）．逐次关小V11，记录18组不同的压差及流量；

（2）．打开阀门V10排气，排气完毕将阀门关闭；

（7）．实验完毕后，依次关闭V11、实验管路左右两测点的球形阀，并打开两用式压差计上部的球形阀。

（1）．．阀门V1完全打开。一般情况下V1是开着的，检查是否开到最大即可；

（4）．．用打气筒将水-气压差计的液面打到中部，关闭压差计上、下方的三个球形阀，将V11完全打开。待水流稳定后，记录压差计读数，同时用体积法测流量（压差5~7 cm汞柱时，打开压差计下方的两个球形阀，由汞-水压差计换用水-气压差计来读压差）；

（6）用量筒从实验管路中接足量的水，放入温度计5分钟后读出水的温度，查粘温表；

（3）打开实验管路左、右测点及压差计上方的球形阀，检查压差计左右液面是否水平。若不在，须排气（为防止汞发生外泄，排气时应在老师的指导下进行）；

六、注意事项 

1．本实验要求从大流量（注意一定要把阀门V11完全打开）开始做，逐渐调小流量，且在实验的过程中阀门V11不能 逆转   ；

2．实验点分配要求尽量合理，在记录压差和  流量  时，数据要一一对应；

3．使用量筒 、温度计等仪器设备时，一定要注意安全；

4．做完实验后，将量筒、温度计放回原处，将秒表交回。

七、问题分析  

1．如将实验管安装成倾斜的，比压计中的读数差是不是沿程水头损失？

答：如将实验管安装成倾斜的，比压计中的读数差加上液面差才是沿程水头损失。

2．随着管路使用年限的增加，-关系曲线会有什么样的变化？

答: 随着管路使用年限的增加，内管壁的粗糙度也会增加，由于沿程阻力系数在层流时只与雷诺数有关，则曲线在层流段变化不大；在紊流段由于管壁粗糙度的增加，沿程水头损失会相应的增加，由式（1-7-2）知沿程阻力系数进而会增大 ，所以紊流段曲线会向上偏移。

3．当流量、实验管段长度相同时，为什么管径愈小，两断面的测压管液面差愈大？其间的变化规律如何？

答：因为h_f =λ   实验管段长度相同时，管径愈小，沿程水头损失会愈大，而沿程水头损失的大小和测压管液面差是相等的，所以两断面的测压管液面差会愈大

八、心得体会

本次实验使我加深了课上对雷诺数与沿程阻力系数关系理解，同时，在实验前，一定要好好预习实验内容，才能使实验不出差错，切记不要逆转阀门，通过这次实验，我得的动手能力又有了很大的提高，这样以后的实验会更加顺利，十分感谢老师的指导。

第二篇：三、流体流动阻力测定实验

 化 工 原 理 实 验 报 告

实  验  名  称：      流体流动阻力测定实验                                                                                                 

                                                

学          院：       化学工程学院             

专          业：       化学工程与工艺          

班          级：                                

姓          名：       学  号：                

指  导  教  师：                                

日          期：                                

一、    实验目的

1、掌握流体经直管和管阀件时阻力损失的测定方法。通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。

2、测定直管摩擦系数λ于雷诺准数Re的关系。

3、测定流体流经闸阀等管件时的局部阻力系数ξ。

4、学会压差计和流量计的适用方法。

5、观察组成管路的各种管件、阀件，并了解其作用。

二、实验原理

 流体在管内流动时，犹豫粘性剪应力和涡流的存在，不可避免得要消耗一定的机械能，这种机械能的消耗包括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起局部阻力。

1、沿程阻力

影响阻力损失的因素很多，尤其对湍流流体，目前尚不能完全用理论方法求解，必须通过实验研究其规律。为了减少实验工作量，使实验结果具有普遍意义，必须采用因次分析方法将各变量组合成准数关联式。根据因次分析，影响阻力损失的因素有，

(a)流体性质：密度ρ、粘度μ；(b)管路的几何尺寸：管径d、管长l、管壁粗糙度ε；

(c)流动条件：流速μ。

可表示为：

式中，λ称为摩擦系数。层流 (滞流)时，λ＝64／Re；湍流时λ是雷诺准数Re和相对粗糙度的函数，须由实验确定

2、局部阻力

局部阻力通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。

(1)、当量长度法

流体流过某管件或阀门时，因局部阻力造成的损失，相当于流体流过与其具有相当管径长度的直管阻力损失，这个直管长度称为当量长度，用符号le表示。

则流体在管路中流动时的总阻力损失       为

 

（2)、阻力系数法

流体通过某一管件或阀门时的阻力损失用流体在管路中的动能系数来表示，这种计算局部阻力的方法，称为阻力系数法。

即

式中，ξ——局部阻力系数，无因次；

u ——在小截面管中流体的平均流速，m／s

三、    实验装置流程

1、实验装置

实验装置如图所示主要由离心泵，不同管径、材质的管子，各种阀门和管件、转子流量计等组成。第一根为不锈钢光滑管，第二根为镀锌铁管，分别用于光滑管和粗糙管湍流流体流动阻力的测定。第三根为不锈钢管，装有待测闸阀，用于局部阻力的测定。

   

2、表3-1 装置参数

3、倒U型压差计的使用：这种压差计，内充空气，以待测液体为指示液。一般用于测量液体小压差的场合。其结构如下图。

使用的具体步骤是：

    1）、排出系统和导压管内的气泡。（调节前保证系统有比较高的水压）关闭进气阀门3、出水活塞5和平衡阀门4。打开高压侧阀门2。

2）、吸入空气，平衡水位。

关闭1和2两个出入水阀门，打开进气阀3，平衡阀4。缓慢开启出水活塞5，使玻璃管内的水管吸入空气到水柱高度为30厘米左右，关闭阀3、4、5。 

    3）、待用与使用

    然后打开1和2两个阀门。液位压差计即处于可使用的状态。

四、实验步骤

1、做光滑管、粗糙管、局部阻力实验时，关闭阀5和阀6.

2、打开泵的出口阀2与灌水阀、排气阀，给水泵灌水，管好后关闭泵的排气阀、出口阀2和灌水阀。打开总电源，打开仪表电源，开关旋到“直接”位置，离心泵停止按钮亮，按下启动按钮启动离心泵。

3、换换打开泵的出口阀2，及歌管阀门，做好倒U型压差计的排气准备。

4、按U型压差计的适用方法，对倒U型压差计在带压且零流量的情况下进行排气调零。

5、当装置确定后，根据实验测定值，可计算λ和ξ，在等温条件下，雷诺数Re=duρ/μ=Au 其中A为常数，因此只要调节流量调节阀，可得一系列λ~Re的实验点，绘出λ~Re曲线。

6、半开阀，缓缓调节阀3，稳定后，正确测取压差和流量等参数。再改变流量，读取不同流量下的测取压差和流量等有关参数。

7、流量从1m³/h开始，每改变0.4左右，测实验数据并记录。

8、做层流管实验时，关闭阀4、5，打开阀3、6，正常启动水泵后，关闭转子流量计上的层流流量调节阀，对小倒U型压差计进行排气调零工作。

五、    原始实验数据（附页）

六、    数据处理

1、已知：  黏度：1.0 mPa.s          密度：998.6 kg/m³   

l：  1.2 m                 g：9.81m²/s          

光滑管内径：28.974mm       闸阀内径：27.8878 mm

粗糙管内径：27.7406 mm

根据公式：△p =g△Hρ             u=v/A    

hf=△P/ρ=λlu²/(2d)      Re=duρ/μ=Au

ξ=2 hf/ u²=2*g△H/ u²

6-1、三种管的处理结果

2、由粗糙管的数据作图λ~Re：

3、根据局部阻力实验结果，闸阀全开时的平均ξ为：

平均ξ=（0. 4127+0. 4037+0. 3852+0. 3906+0. 4080+0. 3773+0.3765+0.3734）/8=0.3909

4、对于光滑管，柏拉修斯公式: λ=(0.3164)/Re^(0.25)，上式适用范围为Re=3*10³~1*10⁵

注：误差=︳(计算λ-实验λ)︳/ 实验λ

七、    结果分析与讨论

从上面的数据及所作出的图来看，本次实验的数值误差比较明显。

误差比较大的几方面原因：

1）、在实验前两液面未调平成功就开始做实验，为保证实验前提；

2）、测定H时读刻度时存在误差，由于液面一直在波动则有时候不与凹液面最低处相齐平，是的数据有一定的差距；

3）、流量未控制得当，未在平衡时读数；

4）、仪器漏气；系统本身的误差。

八、    思考题解答

1、流体流动时为什么会产生摩擦阻力？摩擦阻力以哪几中形式反映出来？

流体的黏性是产生阻力的主要原因，由于管壁间的摩擦易产生摩擦阻力形式有沿程阻力和局部阻力。

2、如何检验测试系统内的空气已经被排除干净？若测压管道中存有气体将对测量带来什么影响？

实验开始前和结束后，都应关闭泵的出口阀，检查倒U型压差计各臂读数是否相同，如不相等，则测压系统中有气泡，需重新排气。

3、以水做介质所测得的？关系能否适用于其他流体？

可以用于牛顿流体的类比，牛顿流体的本构关系一致。应该类似平行的曲线，但雷诺数本身并不十分准确，建议取中间段曲线，不要用两边端数据。

4、若要减少流动时的阻力，你认为从哪些方面着手去解决?

在管道壁上施加电场来减小流动阻力；让流体以喷淋的方式流动。