化工原理实验—流体流动阻力测定实验

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1、化工原理实验报告—流体流动阻力测定实验班级：031112班小组：第六组指导老师：刘慧仙组长：陈名组员：魏建武曹然实验时间：2013年10月18日目录目录一、实验内容1二、实验目的1三、实验基本原理11.直管阻力12.局部阻力3四、实验设计31.实验方案32.测试点及测试方法3原始数据3测试点4测试方法43.控制点及调节方法44.实验装置和流程设计4主要设备和部件4实验装置流程图4五、实验操作要点5六、实验数据处理和结果讨论分析6实验数据处理61.实验数据记录表62.流体直管阻力测定实验数据整理表73.流体局部阻力测定实验数据整理表84

2、.计算示例。9结果讨论分析10七、思考题11中国地质大学（武汉）031112班化工原理实验报告实验一流体流动阻力的测定实验一、实验内容1.测定流体在特定材质和εd的直管中流动时的阻力摩擦系数λ，并确定λ和Re之间的关系。2.测定流体通过阀门时的局部阻力系数。二、实验目的1.了解测定流体流动阻力摩擦系数的工程定义，掌握测定流体阻力的实验方法。2.测定流体流径直管的摩擦阻力和流经管件或局部阻力，确定直管阻力摩擦系数与雷诺数之间的关系。3.熟悉压差计和流量计的使用方法。4.认识组成管路系统的各部件、阀门并了解其作用。三、实验基本原理流体管路

3、是由直管、管件（如三通、肘管、弯头）、阀门等部件组成。流体在管路中流动时，由于黏性剪应力和涡流的作用，不可避免地要消耗一定的机械能，流体在直管中流动的机械能损失为直管阻力；而流体通过阀门、管件等部件时，因流动方向或流动截面的突然改变导致的机械能损失称为局部阻力。在化工过程设计中，流体流动阻力的测定或计算，对于确定流体输送所需推动力的大小，例如泵的功率、液位或压差，选择适当的输送条件都有不可或缺的作用。1.直管阻力流体在水平的均匀管道中稳定流动时，由截面1流动至截面2的阻力损失表现为压力的降低，即hf=p1-p2ρ=Δpρ①由于流体分子

4、在流动过程中的运动机理十分复杂，影响阻力损失的因素众多，目前尚不能完全用理论方法来解决流体阻力的计算问题，必须通过实验研究掌握其规律。为了减少实验工作量，简化实验工作难度，并使实验结果具有普遍应用11中国地质大学（武汉）031112班化工原理实验报告意义，可采用因次分析方法来规划实验。将所有影响流体阻力的因素按以下三类变量列出①流体性质密度ρ，黏度μ；②管路几何尺寸管径d，管长l，管壁粗糙度ε；③流动条件流速u；可将阻力损失hf与诸多变量之间的关系表示为Δp=fd,l,μ,ρ,u,ε②根据因次分析法，可将上述变量之间的关系转化为无因次

5、准数之间的关系Δpρu2=φduρμ,ld,εd③其中duρμ=Re称为雷诺准数（Reynoldsnumber），是表征流体流动形态影响的无因次准数；ld是表示相对长度的因次几何维数；εd称为管壁相对粗糙度。将式③改写为Δpρ=ld⋅φRe,εd⋅u22④引入λ=φRe,εd⑤则hf=Δpρ=λ⋅ld⋅u22⑥式⑥即为通常计算直管阻力的公式，其中λ称为直管阻力摩擦系数。直管段两端的压差若用水银U型压差计测定，则Δp=RρHg-ρH2Og⑦其中R为U型压差计两侧的液注高度差。由式⑤可知，不管何种流体，直管摩擦系数λ仅与Re与εd有关。因

6、此，只要在实验室规模的小装置上，用水作实验物系，进行有限量的实验，确定λ与Re和εd的关系，即可由式⑥计算任一流体在管路中的流动阻力损失。这也说明了因次分析11中国地质大学（武汉）031112班化工原理实验报告理论指导下的实验方法具有“由小见大，由此及彼”的功效。2.局部阻力局部阻力通常用当量长度法或局部阻力系数法来表示。当量长度法：流体通过管件或阀门的局部阻力损失，若与流体流这一定长度的相同管径的直管阻力相当，则称这一直管长度为管件或阀门的当量长度，用符号le表示。这样，就可用直管阻力的公式来计算局部阻力的损失。在管路计算时，可将管

7、路中的直管长度与管件阀门的当量长度合并在一起计算，如管路系统中直管长度为l，各种局部阻力的当量长度之和为ilei，则流体在管路中流动的总阻力损失为hf=λl+ieid⋅u22⑧局部阻力系数法：流体通过某一管件或阀门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he=Δpρ=ξu22一般情况下，由于管件和阀门的材料及加工精度不完全相同，每一制造厂及每一批产品的阻力系数是不尽相同的。四、实验设计1.实验方案用自来水做实验物料；由实验原理及式hf=λ⋅ld⋅u22和Δpρ=ξu22知，当实验装置确定后，

8、只要改变管路中流体流速u或流量V，测定相应的直管阻力压差Δp1和局部阻力压差Δp2，就能通过计算得到的λ和ξ的值以及相应的Re的值；在安排实验点的分布时，要考虑到λ随Re的变化趋势，在小流量范围适当多布点。2.测试点及测