化学原理论文1[1]

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1、流体在突扩与突缩管路中的局部阻力损失摘要本文对流体流动产生局部阻力的实验做了分析讨论，并进行了结果总结，提出了改进设想。通过本次实验加深对流体流动阻力基本理论的认识。关键词:局部阻力损失;雷诺数;阻力系数1前言在化工生产中，需要将流体从一台设备送到另一台设备，从一个位置送到另一个位置，这就牵涉到流体输送、流体计量、流体输送机械的选择等问题。因此，为了能更符合现代化工生产的实际情况，培养我们的工程观念，福州大学化工原理教研室与北京化工大学化工原理教研室联合研制了：流体流动阻力及离心泵联合实验装置。流体流动阻力实验中，我们的实验任务是测定流体在突扩管中流

2、动的局部阻力损失有关的一些参数。用牛顿型流体流动阻力及离心泵联合实验装置，测出水在突扩管中流动的局部阻力系数及压头损失，来验证ζ与Re的关系。在实验过程中我们测得孔板流量计与压降管的压降及水的温度。2实验部分2.1实验原理    流体在管内层流状态(Re<2000)时，由于流体具有粘性，在动时必须克服内摩擦力；当流体处于湍流状态(Re>4000)8时，流体内部充满了大小涡流，流体质点运动速度和方向都发生改变，质点之间不断相互碰撞引起质点之间动量交换，使之产生湍动阻力。因此流体在流动过程中不可避免的都要消耗一定的机械能。管件造成的机械能损失称为局部阻力

3、损失，是指流体通过管路中的管件（如三通、弯头、大小头等）、阀门、管子出入口及流量计等局部障碍处而发生的阻力。由于在局部障碍处，流体流动方向或流速发生突变，产生大量旋涡，加剧了流体质点间的内摩擦。因此，局部障碍造成的流体阻力比等长的直管造成的阻力大得多。流体在流动中遇到突然扩大管或突然收缩管时造成的也是局部阻力损失。。突然扩大时产生阻力损失的原因在于边界层脱体。流道突然扩大，下游压强上升，流体在逆压强梯度下流动，极易发生边界层而产生旋涡，如图1-33a所示。 流道突然缩小时，见图1-33b，流体在顺压强梯度下流动，不致发生边界层脱体现象。因此，在收缩部

4、分不发生明显的阻力损失。但流体有惯性，流道将继续收缩至0-0面，然后流道重又扩大。这是，流体转而在逆压强梯度下流动，也就产生边界层分离和旋涡。可见，突然缩小造成的阻力主要还在于突然扩大。 由柏努利方程可知，对于水平放置的不可压缩流体流动局部阻力造成的能量损失(压头损失)，可由管路系统两截面的压力差(压头差)来测定，柏努利方程可简化为：hf=(P1-P2)/ρ+（u12-u22）/2(J/kg)-----(1-1)或Hf=(P1-P2)/ρg+（u12-u22）/2g(m液柱)---(1-2)式中：hf--单位质量流体因流动阻力所造成的能量损失。J/k

5、g;      Hf--单位重量流体因流动阻力所造成的能量损失(压头损失)，m液柱；     P1---流体在1-1截面的压强，Pa或N/m2;P2---流体在2-2截面的压强，Pa或N/m2;      ρ---流体密度，kg/m3;u1---流体在1-1截面的流速，m/s;u2---流体在2-2截面的流速，m/s8      g---重力加速度，9.81m/s2。    流体在突扩管流动的情况下，流体因所造成的能量损失或压头损失一般有如下的关系式：hf=(P1-P2)/ρ（u12-u22）/2=ζu12/2(J/kg)---(1-3)或Hf=(P

6、1-P2)/ρg+（u12-u22）/2g=ζu12/2g(m液柱)--(1-4)式中：ζ---局部阻力系数，(无因次)；ζ值一般由实验测定，它与Re准数、管件阀体的种类几何形状、结构尺寸有关，当Re准数大到一定值以后，即与Re数无关。2.3试验装置与流程：简要装置流程如图所示。在设备中有3条横向排布的管路，自上而下分别为：No1粗糙管，为Φ26.5*2.75mm的镀锌管，测压点间距l=1.5m；No2突然扩大管，为Φ22*3mm→48*3mm的不锈钢管；No3孔板流量计管路，为Φ48*3mm的不锈钢管，其孔径d0=21.0mm,测压点间距l=1.5

7、m.本实验装置及流程原实验装置是由低位水槽、循环水泵、试验导管和高位稳压水槽组成,每个测试管的测压口通过转换阀组与压力计连通。转换阀组由数对旋塞组成,压力计为一倒置U型水柱压力计。孔板流量计则直接与U型压力计相连,用以测量管路中流体的流量。泵先将水由低位水槽送至试验管路,由下而上流动,最后流入高位稳压水槽;由高位稳压水槽溢流出来的水,可直接返回低位水槽;并用实验管路流量控制阀调节管路中流体的流量。离心泵将水箱内的清水打入系统中，经孔板流量计计量后，通过管路切换阀进入相应的测量管路，在管内的流动压头损失，可由倒U型压差计测量。试验中，可以通过调节流量调

8、节阀测定不同流量下的压头损失。利用本试验装置可进行如下项目的测定：1、利用No1管进行湍流区镀锌管（粗糙管）