化工原理实验报告-流体流动阻力的测定

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（阀门）时阻力损失的一般实验方法。

2、测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系，验证在一般湍流区内λ与Re的关系曲线。

3、测定流体流经管件（阀门）时的局部阻力系数ξ。

4、识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。

二、实验装置

实验装置如下图所示：

1、水箱

2、离心泵

3、压差传感器

4、温度计

5、涡轮流量计

6、流量计

7、转子流量计

8、转子流量计

9、压差传感器10、压差传感器11、压差传感器12、粗糙管实验段13、光滑管实验段14、层流管实验段15、压差传感器16、压差传感器17、阐阀18、截止阀

图1 实验装置流程图

装置参数：

名称材质管内径/mm 测量段长度/mm

三、实验原理

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：

212

2

f

f p p p l u h d λρ

ρ

∆-=

=

= ⑴

即 2

2f

d p lu

λρ∆=

⑵

Re du ρμ

=

⑶

采用涡轮流量计测流量V

2

900V

u d

π=

⑷ 用压差传感器测量流体流经直管的压力降f p ∆。

根据实验装置结构参数l 、d ，流体温度T （查流体物性ρ、μ），及实验时测定的流量V 、压力降ΔPf ，求取Re 和λ，再将Re 和λ标绘在双对数坐标图上。

2、局部阻力系数ζ的测定

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，这种方法称为阻力倍数法。即：

'2

'2f

f

p u h g g

ζ

ρ∆== ⑸ 故 '2

2f

p u ζρ∆=

⑹

根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径d ，流体温度T （查流体物性ρ、μ），及实验时测定的流量V 、压力降ΔPf ’，通过式⑸或⑹，求取管件（阀门）的局部阻力系数ζ。

四、实验步骤

1、开启仪表柜上的总电源、仪表电源开关。

2、首先对水泵进行灌水，然后关闭出口阀，启动水泵，待电机转动平稳后，把出口阀缓缓开到最大。

3、实验从做大流量开始做起，最小流量应控制在1.5m3/h。由于实验数据处理时使用的是双对数坐标，所以实验时每次流量变化取一递减的等比数列这样得到的数据点就会均匀分布，时实验结果更具准确性。流量改变后，要等到流动达到稳定后再读数，实验时同时读取不同流量下的压差、流量和温度等有关参数（温度取实验开始时于实验结束时温度的平均值）。装置确定时，根据错误!未找到引用源。和的实验值，可以计算λ和ξ，在等温条件下，雷诺数Re=du ρ/μ=Au，绘制λ~Re曲线（双对数坐标）。

4、记录实验数据。

六、实验数据处理

水温T=22.6℃时，密度ρ=997.5 kg*m-3，粘度μ=0.9447*10-3 Pa·s

1.光滑管

管径d=21mm 直管段长度l=1000mm 局部阻力段长度l1=660mm

我们先去一组数据列举计算：

当流量V=5.18 m3*h-1 时，我们测得直管压差Δpf=7.88 kpa ，截止阀压差Δpf=5.90 kpa ，我们先计算雷诺数和直管阻力摩擦系数

2900V

u d π=

计算得 u=5.18/(900*3.14*0.021*0.021)=4.16 m/s Re du ρ

μ=

计算得 Re=0.021*4.16*997.5/(0.9447*10^-3)=92163（湍流) 22f

d p lu λρ∆=

计算得 λ=2*0.021*7.88*10^3/(997.5*1*4.16^2)= 0.01921034

再计算截止阀阻力系数：

=Δpf(截止阀)-(l`/l)* Δpf(直管) 计算得 =74.08-(660/1000)*7.88=68.8792 kpa ，带入公

式：

'22f

p u ζρ∆=

计算得 ζ=2*68.88*1000/(997.5*4.16*4.16)=7.995189797

这样我们得到V=5.18 m3*h-1 时，系统中的λ- Re ，以及ζ。我们用同样的计算方法得到如下表格： 序号 流量 V/m 3

*h -1

直管压差 Δpf/kpa 截止阀压差 Δpf/kpa 直管阻力摩擦系数

λ

雷诺准数Re

局部阻力系

数ζ

1 5.18 7.88 74.08 0.019

2 9216

3 7.99

4 2 4.40 5.90 54.40 0.0199 7828

5 8.124 3 3.7

6 4.40 40.45 0.0203 66898 8.270 4 3.24 3.33 30.53 0.020

7 57646 8.405 5 2.71 2.47 22.2

8 0.021

9 48216 8.756 6 2.40 1.88 17.98 0.0213 42701 9.050 7 1.98 1.35 12.90 0.0225 35228 9.539 8 1.62 0.92 9.35 0.0229 28823 10.37 9 1.38

0.70

7.48

0.0240

24553

11.47

2. 粗糙管