14×2mm, 长 2m 的直管, 其压强由倒 进行正确的整理分析和归纳计算。 常用的处理方法有列表法、 U 型管压差计测定, 流量由小转子流量计读取。 作图法、逐差法和最小二 乘法。 实验教学中基本采取作图法和 湍流状态: 采用 φ25×2mm, 长 2m 的光滑直管, 其压强 最小二乘法作曲线拟合来处理实验数据以次来获得各量之间 由 U 型管压差计测 定( 指示剂为 Hg) , 流量由大转子流量计读 取。 的内在规律, 然而用传统的坐标纸和对数坐标纸作图, 由于存 3 实验数据处理及 l - Re 关系曲线制作 在手工进行最小二乘法拟合计算量大, 手工绘图不够精确等原 原始数据输入 3.1
因, 在一定程度上影响了加大了实验数据处理的工作量并影响 实验过程中, 需要测量和读取的原始数据为: 流量计读 了实验结果。 数, 测压点间的压差, 流体温度。根据流体温度查得流体具体的
目前, 由微软公司开发的 Excel 软件已广泛普及在经济、 物性参 数( 粘度 m; 密度 r ) , 根据测量数据 、物 性参数及设备参 数管理等各个领域, 事实上 Excel 还包含近百种统计函数, 300 多求取相应的物理量, 确定不同流量下 l - Re。 下面以φ20× 个内置函数, 具有强大的公式运算能力和图表功能, 为分析 实验2mm, 长 2m 的直管测层流状态下 l - Re 关系曲线为例。Excel 数据提供了有力工具。 用 Excel 处理数据, 避免了数据的 大量中数据表格制作如下:
运算, 具有简便, 快捷 、准 确度高的特点。 本文以流体流动 阻力表 1 φ14×2mm, 长 2m 的直管测层流数据记录与处理 测定实验为例, 说明如何利用 Excel 公式去处理数据并利 用其
图表功能验证在管壁粗糙度一定情况下, 层流及湍流两种 状态
下摩擦系数与雷诺数之间的函数关系。
1 实验任务
流体流过管路时, 由于流体粘性作用和涡流的影响产生阻
力, 流体需克服阻力即消耗一定的机械能。不同的流体类型 , 由
于内部流动结构不同, 阻力产生的原因不同, 摩擦系数所服从
的规律也不同。层流流动阻力主要由流体层之间的粘性剪应力
2 m 6 4 引起, 理论推导可得 l =32 = , 即层流流动时剪应力 l 2ur Re
仅为雷诺数 Re 的函数, 与管壁粗糙度 e 无关。 湍流时, 由于流 U 型管压差计读数 h对应单元格 数据可直接在流量及倒 0 体流动的复杂性和管壁粗糙度的影响, 不能完全利用理论分析 4 V 中输入。以第一组数据处理为例, 由于 u= , 在 C3 单元格 法求算摩擦因数的公式, 而是通过实验研究, 获得经验的计算 式。 2pd 采用量纲分析 的 方 法 将 影 响 阻 力 的 诸 多 因 素 整 理 成 l =f ( Re, 中 输 入 =B3*4/(3600*1000*3.14*0.01^2)公 式 计 算 流 速 ; 由 于 e/d) 数群关系式, 按照 l =(f Re, e/d) 的函数关系进行湍流 实验数d u r Re = , 在 D3 单 元 格 中 输 入 公 式 =0.01*C3*998.2/ 据关联。 m
本实验拟在管长 、管 径和管壁粗糙度一定的条件下, 取不 (0.001005)计算雷诺数; 由于 DP= r gh, 在 F3 单元格中输入公 f同流量, 测定水流过水平直管的压降, 求得层流和湍流时 l 和 l r u 2 式 =998.2*9.8*E3*0.001 计算压降; 由于 DP= l , 即 l fd 2
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