化工原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、摘要：本實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)定流體在不同管路中流動(dòng)時(shí)的流量qv、測(cè)壓點(diǎn)之間的壓強(qiáng)差P,結(jié)合已知的管路的內(nèi)徑、長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)，應(yīng)用機(jī)械能守恒式算出不同管路的入-Re變化關(guān)系及突然擴(kuò)大管的-Re關(guān)系。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，光滑管、粗糙管的摩擦阻力系數(shù)隨Re增大而減小，并且光滑管的摩擦阻力系數(shù)較好地滿足Blasuis關(guān)系式：0.3163JRe0.25。突然擴(kuò)大管的局部阻力系數(shù)隨Re的變化而變化。一、目的及任務(wù)掌握測(cè)定流體流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)的一般實(shí)驗(yàn)方法。 測(cè)定直管的摩擦阻力系數(shù)入及突然擴(kuò)大管和閥門的局部阻力系數(shù)E。 驗(yàn)證湍流區(qū)內(nèi)摩擦系數(shù)入為雷諾數(shù)Re和相對(duì)粗糙度的函數(shù)。 將所得光滑管入-Re方程與Blasius方程相比較

2、。二、基本原理1. 直管摩擦阻力不可壓縮流體，在圓形直管中做穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，由于黏性和渦流的作用產(chǎn)生摩擦阻力；流體在流過(guò)突然擴(kuò)大、彎頭等管件時(shí)，由于流體運(yùn)動(dòng)的速度和方向突然變化，產(chǎn)生局部阻力。影響流體阻力的因素較多，在工程上通常采用量綱分析方法簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)，得到在一定條件下具有普遍意義的結(jié)果，其方法如下：流體流動(dòng)阻力與流體的性質(zhì)，流體流經(jīng)處的幾何尺寸以及流動(dòng)狀態(tài)相關(guān)，可表示為：P=?（d,l,u,p,卩，）引入下列無(wú)量綱數(shù)群。雷諾數(shù)Re相對(duì)粗糙度一d管子長(zhǎng)徑比丄d從而得到弋（也，丄）udd令（Req）2(Rea號(hào)可得到摩擦阻力系數(shù)與壓頭損失之間的關(guān)系,定?？傻玫侥Σ磷枇ο禂?shù)與壓頭損失之間的關(guān)系,定。這

3、種關(guān)系可用實(shí)驗(yàn)方法直接測(cè)hfhfplu2d2式中hf直管阻力，J/kg；i被測(cè)管長(zhǎng)，md被測(cè)管內(nèi)徑，mu平均流速，m/s;摩擦阻力系數(shù)。當(dāng)流體在一管徑為d的圓形管中流動(dòng)時(shí)，選取兩個(gè)截面，用U形壓差計(jì)測(cè)出這兩個(gè)截面間的靜壓強(qiáng)差，即為流體流過(guò)兩截面間的流動(dòng)阻力。根據(jù)伯努利方程找出靜壓強(qiáng)差和摩擦阻力系數(shù)的關(guān)系式，即可求出摩擦阻力系數(shù)。改變流速科測(cè)出不同Re下的摩擦阻力系數(shù)，這樣就可得到某一相對(duì)粗糙度下的入-Re關(guān)系。（1）湍流區(qū)的摩擦阻力系數(shù)在湍流區(qū)內(nèi)f（Re,）。對(duì)于光滑管，大量實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)Re在3103105d范圍內(nèi)，與Re的關(guān)系式遵循Blasius關(guān)系式，即0.3163Re025對(duì)于粗糙管，與

4、Re的關(guān)系均以圖來(lái)表示。（2）層流的摩擦阻力系數(shù)64Re2. 局部阻力hf式中，E為局部阻力系數(shù)，其與流體流過(guò)管件的集合形狀及流體的Re有關(guān),當(dāng)Re大到一定值后，E與Re無(wú)關(guān)，為定值。三、裝置和流程本實(shí)驗(yàn)裝置如圖，管道水平安裝，實(shí)驗(yàn)用水循環(huán)使用。其中No.1管為層流管，管徑（6X1.5）mm,兩測(cè)壓管之間的距離1mNo.2管安裝有球閥和截止閥兩種管件，管徑為（27X3）mmNo.3管為（27X2.75）mm不銹鋼管；No.4為（27X2.75）mm鍍鋅鋼管，直管阻力的兩測(cè)壓口間的距離為1.5m；No.5為突然擴(kuò)大管，管子由（22X3）mm擴(kuò)大到（48X3）mm；a1、a2為層流管兩端的兩測(cè)壓口

5、；b、b2為球閥的兩測(cè)壓口；C1、C2表示截止閥的兩測(cè)壓口；d1、d2表示不銹鋼管的兩測(cè)壓口；e1、e2表示粗糙管的兩測(cè)壓口；f1、f2表示突然擴(kuò)大管的兩測(cè)壓口。系統(tǒng)中孔板流量計(jì)以測(cè)流量。ftr廠Nd19片811L1I&170占一n-23亡唧bJ11111一nNo.3Clc?二It四、操作要點(diǎn) 啟動(dòng)離心泵，打開(kāi)被測(cè)管線上的開(kāi)關(guān)閥及面板上與其對(duì)應(yīng)的切換閥，關(guān)閉其他開(kāi)關(guān)閥和切換閥，確保測(cè)壓點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。 系統(tǒng)要排凈氣體使液體連續(xù)流動(dòng)。設(shè)備和測(cè)壓管線中的氣體都要排凈，檢驗(yàn)的方法是當(dāng)流量為零時(shí)，觀察U形壓差計(jì)的兩液面是否水平。 讀取數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)注意穩(wěn)定后再讀數(shù)。測(cè)定直管摩擦阻力時(shí)，流量由大至叨、，充分利用

6、面板量程測(cè)取10組數(shù)據(jù)。測(cè)定突然擴(kuò)大管、球閥和截止閥的局部阻力時(shí)，各取3組數(shù)據(jù)。本次實(shí)驗(yàn)層流管不做測(cè)定。 測(cè)完一根管數(shù)據(jù)后，應(yīng)將流量調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，觀察壓差計(jì)的兩液面是否水平，水平時(shí)才能更換另一條管路，否則全部數(shù)據(jù)無(wú)效。同時(shí)要了解各種閥門的特點(diǎn)，學(xué)會(huì)使用閥門，注意閥門的切換，同時(shí)要關(guān)嚴(yán)，防止內(nèi)漏。五、數(shù)據(jù)處理(1)、原始數(shù)據(jù)水溫：24.3C密度：1000kg/m3粘度：卩=1.3051031）、不銹鋼管d=21mml=1.50m序號(hào)12345678910v/m.h-14.003.703.40:3.11；2.82:2.492.211.931.61:1.19：3）、突然擴(kuò)大di=15.5mmli=14

7、0mm2=42.0mmb=280mmP/kPa7.186.245.424.633.913.142.552.031.490.902）、鍍鋅鋼管d=21.5mml=1.50m序號(hào)12345678910v/m.h-14.003.683.423.102.792.512.201.901.621.29P/kPa10.458.897.726.395.244.293.342.531.901.304）、層流管d=2.9mml=1.00mv/m.h-13.802.791.68P/kPa4.102.050.702、數(shù)據(jù)處理v/m.h-14.333.833.53.132.331.67P/kPa2.352.221.94

8、1.641.170.811）不銹鋼管，鍍鋅管以及層流管的雷諾數(shù)和摩擦阻力系數(shù)用以下公式計(jì)算雷諾數(shù)Rehfhfp丄u!d2式中hf直管阻力，J/kg；i被測(cè)管長(zhǎng)，md被測(cè)管內(nèi)徑，mu平均流速，m/s；摩擦阻力系數(shù)。du2）突然擴(kuò)大管的雷諾數(shù)及摩擦阻力系數(shù)由以下公式計(jì)算雷諾數(shù)Re2如十辰Uf-U：）摩擦阻力系數(shù)碼3、數(shù)據(jù)處理結(jié)果如下表所示直管阻力數(shù)據(jù)處理記錄表不序號(hào)v/m/h-1hfv/m/s-1Re入B入147.183.20796367032.070.0195350.01965823.76.242.96736662004.660.0198430.020044銹33.45.422.72676956

9、977.260.0204110.02047343.114.632.49419152117.430.0208390.020934鋼52.82Q3.912.26161447257.610.0214040.0214536P2.49P3.141.99695741727.460.0220470.022131：管72.212.551.772437035.220.0227290.02280181.932.031.54784232342.970.0237250.02358691.611.491.29120526980.410.0250240.0246810P1.19P0.90.95436919942.040.

10、0276670.026617序號(hào)v/m/h-1P/kPav/m/sRehf入1410.453.06049165473.1810.450.031982鍍2P3.68P8.892.81565160235.338.89:0.03214633.427.722.6167255979.577.720.032321鋅43.16.392.3718850741.726.390.03256152.795.242555.240.032964管62.514.291.92045841084.424.290.0333457:2.2P3.34P1.6832736010.25：3.340.03379

11、281.92.531.45373331099.762.530.03431991.621.91.23949926516.641.90.035452101.291.30.98700821115.11.30.038254層序號(hào)V(mL/s)T/CP/kPav(m/s)Re入14.3326.12.35180.6560491893.0780.033807流23.8326.12.21740.5803511674.6460.03821733.526.21.93530.5298861529.0250.041857管4r3.13r26.31.64060.4743741368.841：0.04675552.332

12、6.41.17260.3532571019.350.06278561.6726.50.8120.252327728.10690.087899突然序號(hào)v1(m/s)v2(m/s)RehfE擴(kuò)大15.5940690.76189131840.834.0882430.72016824.1072240.55938923377.432.0420220.739351管32.4731670.33683614076.730.6992980.752793數(shù)據(jù)處理示例：1、光滑管：T=20.0C時(shí)水的密度1000Kg/m3，粘度1.005mPa?s以光滑管第4組數(shù)據(jù)為例：qv=3.11m3/hP=4.63kPad=

13、21.0mm1=1.50mhf=P4qvd243.11/360022.495454ReduO.212495454WOO52117.431.005102dP320.020839Re0.2552117.4才250.0209342、粗糙管:以粗糙管第4組數(shù)據(jù)為例：qv3.1m/h4qv43.122.373081Redu1.0051050741.72攀2O.。2156.3910；0.0325283、突然擴(kuò)大管:以第1組數(shù)據(jù)為例：qv3.80m%P4.1036kpad115.5mml1140mmd242.0mml2280mm-J.Y-20.720168u210005.59406924、層流管：以第4組數(shù)

14、據(jù)為例：qv3.13mL/sP1.6406kPav0.474374m/sd=2.9mml=1.00mRedu1.005101368.841巳2O.O。29佃06130.046755lu110000.474374由上述數(shù)據(jù)可以得到以下圖形:0035匚光滑管Biasills曲線003-0.025-002-1IFRBrIFE|F.TI1IF|T11FIFl|-R1FFinrR|l1FllBri|lliri2000。300004000Q500006000070Q0Q1IFRBrIFE|F.TI1IF|T11FIFl|-R1FFinrR|l1FllBri|lliri2000。300004000Q5000

15、06000070Q0Q層流T?0.090QB007U加；0腫rvefrjeirr|rrvgTiaFvirwiHir*F|Ttrn|Re七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：由上面圖表中的數(shù)據(jù)信息可以得出以下結(jié)論:1當(dāng)Re4000時(shí)，流動(dòng)進(jìn)入湍流區(qū)，摩擦阻力系數(shù)入隨雷諾數(shù)Re的增大而減小。至足夠大的Re后，入-Re曲線趨于平緩；2、實(shí)驗(yàn)測(cè)出的光滑管入-Re曲線和利用Blasius關(guān)系式得出的入-Re曲線比較接近，說(shuō)明當(dāng)Re在3103105范圍內(nèi)，入與Re的關(guān)系滿足Blasius關(guān)系式，即0.3163/Re025;3、突然擴(kuò)大管的局部阻力系數(shù)隨流量的減小而增大；4、在Re2000范圍內(nèi)，流體流動(dòng)為層流，實(shí)驗(yàn)所得層流管的摩擦阻力系數(shù)入隨Re的變化趨勢(shì)與公式里特性曲線相差較遠(yuǎn)，可能原因是在調(diào)節(jié)Re流量和時(shí)間控制中未把握好，人為造成了實(shí)驗(yàn)誤差，并且流量過(guò)大，導(dǎo)致流體并非層流狀態(tài)。八、思考題在測(cè)量前為什么要將設(shè)備中的空氣排凈？怎樣才能迅速地排凈？答：排氣是為了保證流體的連續(xù)流動(dòng)。先打開(kāi)出口閥排除管路中的氣體，然后關(guān)閉出口閥，打開(kāi)U形壓差計(jì)下端的排氣閥。1. 在不同設(shè)備、不同溫度下測(cè)定的入-Re數(shù)據(jù)能否關(guān)聯(lián)在一條曲線上？答：只要相對(duì)粗糙度相同，入-Re數(shù)據(jù)就能關(guān)聯(lián)到一條曲線上。2. 以水為工作流體所測(cè)得的