流体流动阻力实验报告。
实验名称流体流动阻力测定。
学院化学工程学院。
专业油气储运工程。
班级10-1
姓名： 樊一帆学号 10402050116
同组者姓名。
指导教师刘新文。
实验日期2023年10月29日
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. 测定直管摩阻系数λ与雷诺数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使用方法。
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，由于存在粘性切应力和涡流，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的局部阻力。
1. 沿程阻力。
流体在水平均匀管道中稳定流动时，阻力损失表现为压力降低。即。
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，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：
(1) 流体性质：密度ρ、动力粘度μ；
(2) 管路的几何尺寸：管径d、管长l、管壁粗糙度ε；
(3) 流动条件：流速u。
可表示为：则：
式中，λ称为阻力系数。流体处于层流区时，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高位槽，不同材质的管子，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，弯头，用于局部阻力的测定。
2）装置结构尺寸
四、 实验步骤。
1）设定流体的流体测定方向和测位点；
2）打开控制柜电源，启动离心泵；
3）切换管路做流体闸阀/直角弯头/粗糙管/光滑管/流体阻力实验。注意在实验时，要排除实验中压力测量管路中的气体。
如果是手动测量，从最大的流量开始测量，每隔1m3/h，记下一组数据，最小测量流量为2 m3/h，记录数据。
五、 实验数据。
表1 流动阻力实验数据。
六、 数据处理。
得出四种管路不同情况下流体流动阻力系数与雷诺数的关系曲线，并作误差分析。
查数据可知，管内流体动力粘度：1.1111mpa﹒s，密度：998.6kg/m3。
1、沿程阻力计算。
以体积流量v=0.5 m3/h的光滑管为例计算：
雷诺数re>2000，属紊流。
可以得到流动阻力系数的计算公式：
2、局部阻力计算。
以体积流量v=0.5 m3/h的闸阀为例计算：
由机械能守恒：得。
计算出。表2 四种管路不同情况下流体流动数据处理表。
3、在四种管路不同情况下流体流动阻力系数与雷诺数的关系曲线。
图1 在光滑管中流体流动阻力系数与雷诺数的关系曲线。
图2 在粗糙管中流体流动阻力系数与雷诺数的关系曲线。
图3 在闸阀中流体流动阻力系数与雷诺数的关系曲线。
图4 在直角弯头中流体流动阻力系数与雷诺数的关系曲线。
从四张图中可以看出，四条曲线的走向大致相同，无论都是沿程阻力系数还是局部阻力系数都随雷诺数的增大而变小。但从图4中可以看出，个别数据有明显的错误，误差很大。这表明，在做试验途中，测量直角弯头中流体流动的数据时，有很多因素导致了数据的波动很大，可能是管路**现漩涡，使管路振动，气泡可能留在压力表内，使读数不准确，调节仪器时状态未处于完全稳态，同时仪器也存在误差。
七、 思考题解答。
1． 流体流动时为什么会产生摩擦阻力？摩擦阻力以哪几种形式反映出来？
答：流体的黏性是产生阻力的主要原因，流体与管壁之间、流体与流体之间的摩擦易产生摩擦阻力，形式有沿程阻力和局部阻力。
2． 以水做介质所测得的关系能否适用于其他流体？
答：可以用于牛顿流体的类比，牛顿流体的本构关系一致，应该是类似平行的曲线，但雷诺数本身并不十分准确，建议取中间段曲线，不要用两端数据。
3． 若要减少流动时的阻力，你认为从哪些方面着手去解决？
答：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；适当增大管道内流体的流量（流速）；尽量减少局部阻力损失，或减少闸阀的使用数量。
数字型流体流动阻力测定实验报告
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