化工原理实验_2.doc

实验一 流体流动阻力的测定 一、实验目的 1.掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法； 2.测定直管摩擦系数λ~Re的关系，验证在一般湍流区内λ、Re与ε/d的函数关系； 3.测定流体流经阀门及突然扩大管时的局部阻力系数ζ； 二、实验原理 不可压缩流体通过直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统时，由于黏 性切应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能。流体流经直管时所造成机械能损失为直 管阻力损失。流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称 为局部阻力损失。 （1）直管阻力摩擦系数λ的测定 流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为： hf=p1-p2/ρ=λlu2/2d 即 λ=2d（p1-p2）/ρlu2 本装置采用倒U型管液柱压差计测压。p1-p2=ρgR。 层流时：λ=64/Re 湍流时：λ是Re和ε/d的函数，须由实验测定。 （2）局部阻力系数的测定 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。 eq \o\ac(○,1) 流体流过管件和阀门时造成的机械能损失看作与某一长度为le的同直径的直管段所 产生的机械能损失相当，此折合的管道长度为当量长度，用符号le表示。这样就可以用直管 阻力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，总阻力损失为： eq \o\ac(○,2)流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平 均动能的某一倍数，局部阻力的这种计算方法称为阻力系数法，即： 三、实验装置与流程 图1、流体阻力-离心泵联合实验流程 1、水箱 2、离心泵 3、涡轮流量计 4、层流水槽 5、层流管 6、截止阀 7、球阀 8、光滑管 9、粗糙管 10、突扩管 11、孔板流量计 12、流量调节阀 （1）实验装置如上图所示。 （2）实验流程 实验装置部分是由水箱，离心泵，不同管径、材质的水管，各种阀门、管件，涡轮流量 计和倒U形压差计等所组成。管路部分由五段并联的长直管，自上而下分别为用于测定层流 阻力、局部阻力、光滑管直管阻力、粗糙管直管阻力和扩径管阻力。测定阻力部分使用不锈 钢管，其上装有待测管件（球阀或截止阀）；光滑管直管阻力的测定同样使用内壁光滑的不锈 钢管，而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较粗糙的镀锌管。 本装置的流量使用涡轮流量计测量。管路和管件的阻力采用各自的倒U形压差计测量， 同时差压变送器将差压信号传递给差压显示仪。 四、实验步骤 1.首先对水泵进行灌水，然后关闭出口阀门，启动水泵电机，待电机转动平稳后，把泵 的出口阀缓缓开到最大；同时打开被测管线上的开关阀及面板上与其相应的切换阀，关闭其 他的开关阀和切换阀，保证测压点一一对应。 2.采用手动方法测量时，对倒U形压差计进行排气和调零，使压差计两端在带压且零流 量时的液位高度相等。测完一根管的数据后，应将流量调节阀关闭，观察压差计的两液面是 否水平，水平时才能更换另一条管路，否则数据全无效。同时要了解各阀门的特点，学会阀 门的使用，注意阀门的切换，同时要关严，防止内漏。 倒U形压差计调节步骤：（如右图） 打开阀门1、2、3、4约10s；关闭阀门1、2，打开5约5s；关闭5，关闭3、4；打开1、 2，检查液柱等高后，开始下一步实验操作。 3.实验时可以分别使用自动或手动方法。手动方法时，先缓缓开启调节阀，调节流量， 让流量在10~110L/min范围内变化，建议每次实验变化10L/min左右。每次改变流量，待流 动达到稳定后，分别记下压差计左右两管的液位高度，两高度相减的绝对值即为该流量下的 压差。使用自动方法时，流量值可以有无纸记录仪的流量通道显示，改变流量时只需改变流 量控制通道的设定即可，同理，压差值可以直接由无纸记录仪的压差显示通道读取。 4.装置确定后，根据压差和流速的实验测定值，可以计算摩擦系数和阻力系数，在等温 条件下，雷诺数Re=duρ/μ=Au，其中A为常数，因此只要调节管路流量，即可得到一系列摩擦系数关于雷诺数的实验点，从而绘出λ~Re曲线。 5.实验结束，关闭出口阀，停止水泵电机，清理装置。 五、实验数据记录与处理 1.实验数据记录表 2.实验数据处理表 3.实验结果 六、思考题 1.在测量前为什么要将设备中的空气排尽？怎样才能迅速地排尽？为什么？如何检验管 路中的空气已经被排除干净？ 2.以水为介质所测得的λ~Re关系能否适用于其他流体？ 3.在不同的设备上（包括不同管径），不同水温下测定的λ~Re数据能否关联在同一条曲 线上？ 实验二