化工原理实验讲义上.doc

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1、化工原理实验讲义实验一流体摩擦阻力系数测定一、实验目的及任务1、学习流体在管道内摩擦阻力及摩擦阻力系数λ的测定方法；2、确定摩擦阻力系数λ与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系；3、在双对数坐标纸上绘出λ～Re曲线并与莫迪图进行比较；4、测定局部（阀门）阻力系数。二、实验基本原理由于有粘性和涡流的影响，流体流动时会产生流动阻力。其大小与管子的长度、直径、流体流速和管道摩擦阻力系数有关。本实验分为直管摩擦系数l和局部（阀门）阻力系数两种情况。1、直管摩擦系数与雷诺数Re的测定直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即，对一定的相对粗糙度而言，。流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路

2、阻力引起的能量损失为：（1-1）又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式）（1-2）整理（1-1）（1-2）两式得（1-3）（1-4）式中：管径，m；直管阻力引起的压强降，Pa；40化工原理实验讲义管长，m；流速，m/s；流体的密度，kg/m3；流体的粘度，N·s/m2。在实验装置中，直管段管长l和管径d都已固定。若水温一定，则水的密度ρ和粘度μ也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降与流速（流量V）之间的关系。根据实验数据和式（1-3）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（1-4）计算对应的Re，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与Re的关系曲

3、线。2、局部（阀门）阻力系数的测定（1-5）（1-6）式中：局部阻力系数，无因次；局部阻力引起的压强降，Pa；局部阻力引起的能量损失，J／kg。图1-1局部阻力测量取压口布置图局部阻力引起的压强降可用下面的方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在其上、下游开两对测压口a-a’和b-b＇，见图1-1，使ab＝bc；a＇b＇＝b＇c＇则△Pf，ab＝△Pf，bc；△Pf，a＇b＇=△Pf，b＇c＇在a~a＇之间列柏努利方程式：Pa－Pa＇=2△Pf，ab+2△Pf，a＇b＇+△P＇f（1-7）40化工原理实验讲义在b~b＇之间列柏努利方程式：Pb－Pb＇=△Pf，bc

4、+△Pf，b＇c＇+△P＇f=△Pf，ab+△Pf，a＇b＇+△P＇f（1-8）联立式（1-7）和（1-8），则：＝2（Pb－Pb＇）－（Pa－Pa＇）为了实验方便，称（Pb－Pb＇）为近点压差，称（Pa－Pa＇）为远点压差。用差压传感器来测量。三、实验装置及流程实验流程示意图见图1-2。水泵2将储水槽1中的水抽出，送入实验系统，首先经流量调节阀14、玻璃转子流量计15、16测量流量，然后送入被测直管段测量流体在光滑管或粗糙管的流动阻力；或经阀门10测量局部阻力后回到储水槽，水循环使用。被测直管段流体流动阻力△p可根据其数值大小分别采用变送器12或空气-水倒置∪型管22来测量。图1-2流动

5、阻力实验流程示意图1-水箱；2-离心泵；3、4-放水阀；5、13-缓冲罐；6-局部阻力近端测压阀；7、15-局部阻力远端测压阀；8、20-粗糙管测压阀；9、19-光滑管测压阀；10-局部阻力管阀；11-U型管进水阀；12-压力传感器；14-流量调节阀；15、16-水转子流量计；17-光滑管阀；18-粗糙管阀；21-倒置U型管放空阀；22-倒置U型管；23-水箱放水阀；24-管线放水阀；25-压差表；26-温度表；27-泵开关；28-总电源开关本实验共有8套实验设备，其主要技术数据如下:被测光滑直管段：设备编号管径d/m管长L/m材料10.0081491.700Cr18Ni920.00801

6、01.700Cr18Ni940化工原理实验讲义30.0081611.700Cr18Ni940.0080161.700Cr18Ni950.0081521.700Cr18Ni960.0081501.700Cr18Ni970.0080501.700Cr18Ni980.0080581.700Cr18Ni92.被测粗糙直管段：管径d—0.010m；管长L—1.70m；材料—不锈钢管3．被测局部阻力直管段：管径d—0.015m；管长L—1.2m；材料—不锈钢管4．压力传感器：型号：LXWY测量范围：200KPa5.直流数字电压表：型号：PZ139测量范围：0～200KPa6．离心泵：型号：WB70/0

7、55流量：8m3／h扬程：12m电机功率：550W7.玻璃转子流量计：型号测量范围/L•h-1精度LZB—40100～10001.5LZB—1010～1002.5四、实验步骤及注意事项1、实验步骤向储水槽内注水，直到水满为止。全关出口阀门14，启动离心泵。1)光滑管阻力测定：①关闭局部阻力管阀10、局部阻力近端测压阀6；局部阻力远端测压阀7、15；关闭粗糙管阀18、粗糙管测压进水阀20、粗糙管测压回水阀8，将光滑管阀17