化工实验教程

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1、实验一流体流动阻力的测定一、实验目的1．掌握流体流经直管和阀门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．测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系，将所得的λ-Re方程与Blassius经验公式相比较。3．测定流体流经闸阀等管件时的局部阻力系数ζ。4．学会差压计、流量计的使用方法。5．观察组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。二、基本原理流体在管内流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地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直管阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻力。1．直管阻力流体在水平等径圆管中稳定流动时，阻力损失表现

2、为压力降低。即湍流流体发的流动阻力，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，必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、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μ。可表示为：组合成如下的无因次式：令则式中hf——直管阻力，J/kgl——被测管长，md——被测管内径，mu——平均流速，实验测定，m/sλ——直管摩擦阻力系数当流体在一定管径d的圆形管中流动时，选取两个截面，测出这两个截面的静压强差，即为流体流过两截面

3、的流动阻力。根据伯努利方程找出静压强差和摩擦阻力系数的关系式，即可求出摩擦阻力系数。改变流速可测出不同Re下的摩擦阻力系数，这样就可得出某一相对粗糙度下管子的λ-Re关系。（1）湍流区的摩擦阻力系数在湍流区内，对于光滑管，实验证明，当Re在3×103~105范围内，λ与Re的关系遵循Blasius关系式，即对于粗糙管，λ与Re的关系均以图来表示。（2）层流的摩擦阻力系数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，

4、用符号le表示。这样，就可以用直管阻力的公式来计算局部阻力损失，而且在管路计算时，可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，如管路中直管长度为l，各种局部阻力的当量长度之和为，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，ζ——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由于管件两侧距测压孔间的直管长度很短，引起的摩擦阻力与局部阻力相比，可以忽略不计。因此值可应用柏努利方程由压差计读数求取。三、实验装置与流程1．实验装置图

5、1流体阻力实验装置流程图1-底阀2-移动框架3-离心泵4-转速传感器5-测压差阀门及压力传感器6-涡轮流量计7-离心泵流量调节阀18-阀29-阀310-阀411-阀512-均压环13-光滑管14粗糙管15-局部阻力阀16-压力表、压力传感器17-阻力流量调节阀618-温度计19-真空表、真空度传感器20-泵灌水口21-排水口（关）22-灌水阀23-放水阀实验装置如图所示，主要由离心泵，水箱，不同管径、材质的管子，各种阀门和管件、涡轮流量计等组成。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，用于局部

6、阻力的测定。本实验的介质为水，由离心泵供给，经实验装置后的水通过地下管道流入储水箱内循环使用。水流量采用涡轮流量计测量，直管段和闸阀的阻力分别用各自的压差传感器测量。2．装置结构尺寸表1装置结构尺寸名称材质管内径（mm）测试段长度（m）光滑管不锈钢管291.5粗糙管镀锌铁管28局部阻力不锈钢管29/四、实验步骤及注意事项1．实验步骤（1）关闭阀1、阀2；（2）打开放水阀与灌水阀，给水泵灌水，灌好水后关闭放水阀与灌水阀。打开总电源开关，打开仪表电源开关，按下启动按钮启动离心泵。（3）缓缓打开阀5、阀6，将测光滑管压差的阀门打开，然后排气。（4）当装置确定后，根据Δp和u的

7、实验测定值，可计算λ和ζ，在等温条件下，雷诺数Re=duρ/μ=Au，其中A为常数，因此只要调节流量调节阀，可得一系列λ～Re的实验点，绘出λ～Re曲线。（5）缓缓打开出水阀门6，流量调至最大，待水稳定后，正确测取压差和流量等有关参数。然后依次减小流量，正确读取不同流量下的测取压差和流量等有关参数。（6）根据本装置特点，流量每次改变0.4m³/h，直至2m³/h左右，测量实验数据并记录，测完数据后整理实验数据并输入实验数据处理是软件处理。（7）做完光滑管实验后，关闭阀5。（8）同理，分别打开阀4、阀3，分别进行粗糙管及局部阻力实验。（9）