流体阻力实验报告

.

北京化工大学化工原理实验报告

实验名称：流体阻力实验

班级：化工11

姓名：

学号：2011011 序号：

同组人：

设备型号：流体阻力-泵联合实验装置UPRSⅢ型-第套实验日期：2013-11-4

一、实验摘要

本实验使用104实验室UPRS Ⅲ型第7套实验设备，测量了水流经不锈钢管、镀锌管、突扩管、阀门、层流管的阻力损失。确定了摩擦系数和局部阻力系数的变化规律和影响因素。该实验提供了一种测量实际管路阻力系数的方法，其结果可为管路实际应用和工艺设计提供重要的参考。

关键词：流量，压降，雷诺数，摩擦系数，局部阻力系数

二、实验目的

1、测量湍流直管道的阻力，确定摩擦阻力系数。

2、测量湍流局部管道的阻力，确定局部阻力系数。

3、测量层流直管道的阻力，确定摩擦阻力系数。

三、实验原理

1、直管道和局部管道阻力损失e

f h u p gZ u p gZ h +++-++=)2()2(2

2

22211

1ρρ (1)

其中h e =0,z 1=z 2,所以测出管道上下游截面的静压能、动能，代入方程即可求得阻力。

2、根据因次分析法可得：

（1）直管道阻力损失2

2

u d l h f ⋅=λ……(2)。其中，l 为管道长度，d 为管道内

径，u 为管内平均流速。只要测定l ，d ，u ，和λ，代入方程即可求得阻力h f 。

其中，λ的理论值计算方法为：25

.0Re

3163.0=湍流λ ； Re

64

=

层流λ。

对于水平无变径直管道，根据式（1）、（2）可得到摩擦系数的计算方法

为221)

(2u

l p p d ⋅⋅-=ρλ测量。

（2）管道局部阻力损失2

2

1

u h f

⋅=ζ……（3）。其中，ζ为管道局部阻力系数，

u 为平均流速（突扩管对应细管流速u 1）。将ζ和u 代入方程即可求得局部阻力h f 。

其中，ζ的理论值计算方法为：2

2

1)1(A A -

=突扩管ζ ;常数截止阀=ζ；常数球阀=ζ。 对于水平放置的管件，根据式（1）、（3）可得到局部阻力系数的计算方

法为2

21)

2u

p p ⋅-=ρζ（阀门；2

1

122

2)

(2-1u p p u ρ

ζ-+

=突扩管。

四、实验流程和设备

流体阻力实验带控制点工艺流程

1、水箱

2、水泵

3、涡轮流量计

4、主管路切换阀

5、层流管

6、截止阀

7、球阀8、不锈钢管9、镀锌管10、突扩管11、流量调节阀（闸板阀）

12、层流调节阀（针阀）13、变频仪

TI01—水温度，C o;；QI02—水流量，m3.h-1；ΔPI03—压降，kPa。

试验介质：水（循环使用）。

研究对象：不锈钢管，l=1.500m，d=0.021m,ε=0.02mm;

镀锌管，l=1.500m，d=0.0215m，ε=0.10mm;

突扩管，l1=0.02m,d1=0.0160m,l2=0.28m,d2=0.0420m, ε=0.02mm;

截止阀，DN20，d=0.0205m;

球阀，DN20，d=0.0205m;

层流管，l=1.500m,d=0.0030m。

仪器仪表：涡轮流量计，L2GY-25型，0.6~10 m3.h-1，精确度等级0.5；

温度计，Pt100，0~200C o，精度等级0.2；

压差传感器，WNK3051型，-20~100kPa，精度等级0.2，测势能差ΔÞ；

显示仪表：AI-708等，精度等级0.1,；

变频仪：西门子MM420型；

天平，0.01g；

量筒、秒表等；

控制系统：控制电柜+电脑+数据采集软件，380VAC+220VAC

五、实验操作

1、关闭流量调节阀门，按变频器绿色按钮启动泵，再启动软件。

2、打开流量调节阀和所有主管路切换阀10s，排净主管路内的气体。

3、关闭流量调节阀，打开截止阀、球阀中间的两个测压阀，再开压差传感器

排气阀门10s，排净引压管路内的气体后，关闭截止阀、球阀中间的两个阀门。

4、将选定测量管的主管路切换阀打开，关闭其他主管路切换阀。

5、只打开测量管的两个测压阀门10s，排净气体后，关闭压差传感器排气阀，

记录零点ΔP0。

6、全开流量调节阀，通过变频器的向下箭头键（50至10Hz）改变水流量，

直管16 m3.h-1以下通过阀门调节流量，测完一组数据后关闭流量调节阀，10Hz条件下再次检查零点ΔP0。

7、层流实验调泵20Hz，关闭11，开12排气，水量=总重-量筒净重，软件每

次先点击“开始计时”、“停止计时”，输入水量，再点击“记录数据”，最后改流量，Δt﹤120s，ΔP取平均值。

8、实验结束，关闭流量调节阀、主管路和引压管阀门，开压差传感器排气阀

门，停泵。

注意事项：1、截止阀、闸阀、针阀配备阀手柄，逆时针旋转开启，顺时针旋转关闭。

2、球阀配备长条手柄，只能旋转90度，平行于管道开启，垂直于管

道关闭。

1圈。

3、闸阀全开或全关后，通常再反向旋转

4

4、切换管路时，先开下一组的主管路切换阀，再关闭本组切换阀。

5、每切换一组管路，重复4~5步操作，检查记录零点。

6、每做完一个点，都要通过软件点击“查看数据/实验结果”，确定点

的取舍和分布等。

六、实验数据表格及计算举例