化工原理基本实验

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1、化工原理基本实验3.1流体流动阻力的测定3.1.1实验目的(1)学习管路阻力损失(hf)、管路摩擦系数(λ)、管件(阀件)局部阻力系数(ζ)的测定方法，并通过实验了解它们的变化规律，巩固对流体阻力基本理论的认识；(2)了解与本实验有关的各种流量测量仪表、压差测量仪表的结构特点和安装方式，掌握其测量原理，学会其使用方法。3.1.2实验原理实际流体沿直管壁面流过时因粘性引起剪应力，由此产生的阻力损失称为直管阻力损失。流体流过管件、阀门或突然扩大(缩小)时造成边界层分离，由此产生的阻力称为局部阻力。上述两种阻力的测定原理如下：(1)直管阻力损失为了测定流体流过长为l、内径为

2、d的直管的阻力损失，在其两端安装一个U形管压差计。在压差计的上、下游取压面1-1与2-2间列伯努利方程：(3-1)对于水平等径直管，有，，所以(3-2)流体流过直管的压降由压差计测定，即(3-3)于是(3-4)因为，所以在某一流量下摩擦系数可按下式计算：(3-5)式中：、——分别为直管阻力压差计指示剂及流体的密度；R——U形压差计读数。根据因次分析，流体在直管内湍流流动时摩擦系数为雷诺准数Re和管子相对粗糙度(ε/d)的函数，即(3-6)(2)局部阻力根据局部阻力系数法，流体流过管件或阀门的阻力损失为(3-7)式中：、——分别为局部阻力压差计指示剂及流体的密度；——U

3、形压差计读数。所以，在某一流量下阀件或者管件的局部阻力系数可按下式计算：(3-8)根据式(3-4)~(3-8)，实验的组织方法是：在待测的直管段、管件(如大小头、90o弯头等)或者阀门(如闸阀、球阀等)两端安装U形管压差计，在管路下游安装出口阀，在直管段安装流量计，再配以温度计、管件、水槽等部件组成循环管路。3.1.3实验装置与流程本实验装置由离心泵、涡轮流量计、水槽、U形压差计等组成，其流程如图3-1所示。图3-1流体流动阻力实验装置1—水槽；2—离心水泵；3—流量计；4—温度计；5—阀件或管件；6—直管；7—底阀；8—控制阀；9—引水阀；10，11—排气阀；12—

4、平衡阀；13—总管排气阀3.1.4实验步骤(1)关闭控制阀，打开2个平衡阀，引水﹑灌泵、放气，关闭功率表，启动泵。(2)排出管路系统的气体。a.总管排气：先将控制阀全开，再关闭，如此反复3次，目的是排走总管中的部分气体；然后打开总管排气阀，开启后再关闭，如此反复3次。b.引压管排气：开启控制阀，对每个压差计的2个排气阀，先同时开启再同时关闭，共反复3次。c.压差计排气：关闭2个平衡阀，对每个压差计的2个排气阀，先同时开启后同时关闭，共反复3次。注意：在开启排气阀时眼睛要注视U型压差计中的指示剂液面，防止指示剂冲出。(3)检验排气是否彻底。检验方法：将控制阀全开，再全关

5、，观察U型压差计读数，若左右读数相等，则可判断系统排气彻底；若左右读数不等，则重复步骤(2)。(4)记录数据。注意：a.由于系统的流量采用涡轮流量计计量，其小流量受到结构的限制，所以从大流量做起，实验数据比较准确。b.由于Re在充分湍流区时，λ～Re的关系是水平线，所以在大流量时宜少布点；而Re比较小时，λ～Re的关系是曲线，所以小流量时应多布点。(5)关闭出口阀，关闭功率表开关，停泵，打开平衡阀。3.1.5注意事项(1)排气一定要彻底；(2)启动泵前必须关闭引水阀；(3)引压管和压差计排气时要同时开关排气阀，注意安全，确保指示剂不从压差计内冲出；(4)合理安排实验点

6、。3.1.6数据记录表3-1流体流动阻力测定实验原始数据记录表直管长度：m管径：mm指示剂：阀门或管件类型：管径：mm指示剂：水温：℃序号显示仪读数直管阻力压差计局部阻力压差计左右左右123456789103.1.7实验报告要求(1)将实验数据整理成λ~Re数据表，在双对数坐标纸上绘制λ~Re曲线。(2)确定管件或阀门的阻力系数。3.1.8思考题(1)如何选择U形压差计的指示液？(2)流量调节阀为何安装在出口处的下端?(3)为了确定λ与Re的函数关系要测定那些数据？宜选用什么仪器、仪表来测定？(4)为什么要进行排气操作？如何排气？为什么操作失误可能将U形压差计中的水银

7、冲走？(5)不同管径﹑不同水温下测定的λ~Re数据能否关联到一条曲线上，为什么?(6)以水为工作流体测定的λ~Re曲线能否用于计算空气在直管内的流动阻力，为什么?(7)两段管线的管长﹑管径﹑相对粗糙度及管内流速均相同，一根水平放置，另一根倾斜放置。流体流过这两段管线的阻力及管子两端的压差是否相同，为什么?3.2离心泵特性曲线的测定3.2.1实验目的(1)了解离心泵的特性；(2)学习离心泵特性曲线的测定方法；(3)熟悉离心泵的操作方法和特性曲线的应用；(4)正确掌握用作图法处理实验数据。3.2.2实验原理对一定类型的离心泵来说，泵的特性曲线主要是指在一