流体力学沿程阻力实验

中国石油大学（华东）工程流体力学 实验报告 实验日期： 成绩： 班级： 学号： 姓名: 教师： 同组者：   实验七、沿程阻力实验 一、实验目的 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 的关系曲线。 3. 进一步理解沿程阻力系数随雷诺数的变化曲线。 二、实验装置 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——  量水箱  ；  V—— 阀门  ； K——  局部阻力实验管路 图7-1  管流综合实验装置 三、实验原理 本实验所用的管路水平放置且等直径，因此利用能量方程式可以推导出管径两点间的沿程水头损失计算公式： （1-7-1） 式中  —沿程阻力系数； L—实验管段两端面之间的距离，m; D—实验管径，； g—重力加速度（g=9.8 ）； —管内平均流速，m/s; —沿程水头损失(由压差计测得)，m。 由式（1-7-1）可得沿程阻力系数 的表达式为： （1-7-2） 沿程阻力系数 在层流时只与雷诺数有关，在紊流时与雷诺数、管壁粗糙度都有关。 当实验管路粗糙度保持不变时，可以得到该管的 关系曲线。 四、实验要求 1．有关常数                                      实验装置编号：No. 4    管路直径：D =  1.58×10-2  m；      水的温度：T =   21  ℃； 水的密度： = 998.02 kg/m3；    动力粘度系数： = Pa s； 运动粘度系数： = m2/s； 两测点之间的距离：L=   5  m。 2．实验数据记录及处理见表7-1和表7-2。 表7-1  沿程阻力实验数据记录表 次数 流量 汞-水压差计 水-气压差计 /s 1 12.9 50.8   35.82 96 25.8     2 13.2 51.2   48.03 81.2 40.9     3 12.7 51.2   68.02 71.5 50.6     4 13.0 51.2   96.93 66.2 55.9     5 12.8 51.4   143.91 63.7 58.6     6 12.8 51.4   183.77     80.9 41.8 7 13.8 30.7   109     72.9 52.1 8 13.2 30.6   168.83     68.0 58.2 9     940 32.1     66.0 60.9 10     970 42.99     65.1 62.2 11     930 43.62     64.7 62.7 12     925 56.44     64.5 63.0 13     935 64.68     64.3 63.2 14     470 35.56     64.2 63.4 15     385 34.33     64.1 63.5 16     315 33.56     64.1 63.6       235 35.16     64.1 63.7                   表7-2 沿程阻力实验数据处理表 次数 1 423.23 215.866188 70.2   884.52 0.117566 34700.23 2 316.47 161.414298 40.3   507.78 0.120708 25947.16 3 226.40 115.476894 20.9   263.34 0.122312 18562.77 4 157.64 80.4037201 10.3   129.78 0.124336 12924.8 5 107.29 54.7226757 5.1   64.26 0.132907 8796.605 6 84.01 42.8532419   39.1 39.1 0.131872 6888.607 7 62.02 31.6323312   20.8 20.8 0.128749 5084.859 8 41.22 21.0266759   9.8 9.8 0.137287 3380.013 9 29.28 14.9359834   5.1 5.1 0.141594 2400.941 10 22.56 11.5084091   2.9 2.9 0.135616 1849.963 11 21.32 10.8744747   2 2 0.104751 1748.059 12 16.39 8.3592195   1.5 1.5 0.132954 1343.735 13 14.46 7.37314205   1.1 1.1 0.125323 1185.224 14 13.21 6.7413536   0.8 0.8 0.109028 1083.665 15 11.21 5.72002501   0.6 0.6 0.113579 919.4872 16 9.39 4.78739876   0.5 0.5 0.135118 769.5686   6.68 3.40902352   0.4 0.4 0.213178 547.9965                 以第二组数据为例，说明计算过程： 已知：管路直径D= ；运动粘度系数：  ； 两测点之间的距离：L=5m；    ； ； 时间 t=48.03s;  汞-水压差计  ；  ； 水箱 A= ； 则 ； ； ； ； ； Re= ; 其余数据同理得出，如表中所示 3．在双对数坐标纸上绘制 - 的关系曲线。 五、实验步骤 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。 2． 打开阀门V10排气，排气完毕后将阀门关闭。 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。若不齐平，须排气（为防止汞发生外泄，排气时应在老师的指导下进行）； 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（压差为5～7cm 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）。 5． 逐次关小阀门V11，记录17组不同的压差及流量。 6． 用量筒从实验管路中接足量的水，放入温度计5min后读出水的温度，查《水的密度和粘度表》得到动力粘度 。 7． 实验完毕后，依次关闭阀门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。 六、注意事项 1． 本实验要求从大流量开始做（注意一定要把阀门V11 完全打开），然后逐渐调小流量，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 1．如果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：是，因为根据伯努利方程，沿程水头损失 ，对于等直径管道 ，则 ，即沿程水头损失等于测压管水头差，而压差计的读数差即是测压管水头差，如果实验管安装成倾斜的，读数虽然改变，但读数差不会改变。 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，管壁上沉淀，管路的粗糙度增加，沿程水头损失 增加，由 知， 也增加，所以曲线向上移动。 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：由 ，D减小，A减小， ，Q不变，所以v减小， 所以 。由上三式可得期间的变化规律为： 。 八．心得体会