化工原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

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ΔP，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λ‐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(mǎn)足Blasuis關(guān)系式：。突然擴(kuò)大管的局部阻力系數(shù)隨Re的變化而變化。目的及任務(wù)=1\*GB3①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。=2\*GB3②測(cè)定直管的摩擦阻力系數(shù)λ及突然擴(kuò)大管和閥門(mén)的局部阻力系數(shù)ξ。=3\*GB3③驗(yàn)證湍流區(qū)內(nèi)摩擦系數(shù)λ為雷諾數(shù)Re和相對(duì)粗糙度的函數(shù)。=4\*GB3④將所得光滑管λ-Re方程與Blasius方程相比較?；驹碇惫苣Σ磷枇Σ豢蓧嚎s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=?(,,,ρ,μ,ε)引入下列無(wú)量綱數(shù)群。雷諾數(shù)相對(duì)粗糙度管子長(zhǎng)徑比從而得到令可得到摩擦阻力系數(shù)與壓頭損失之間的關(guān)系，這種關(guān)系可用實(shí)驗(yàn)方法直接測(cè)定。式中——直管阻力，J/kg；——被測(cè)管長(zhǎng)，m；——被測(cè)管內(nèi)徑，m；——平均流速，m/s；——摩擦阻力系數(shù)。當(dāng)流體在一管徑為的圓形管中流動(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λ-Re關(guān)系。湍流區(qū)的摩擦阻力系數(shù)在湍流區(qū)內(nèi)。對(duì)于光滑管，大量實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)Re在范圍內(nèi)，與Re的關(guān)系式遵循Blasius關(guān)系式，即對(duì)于粗糙管，與Re的關(guān)系均以圖來(lái)表示。層流的摩擦阻力系數(shù)局部阻力式中，ξ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，ξ與Re無(wú)關(guān)，為定值。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。其中管為層流管，管徑Φ(6×mm,兩測(cè)壓管之間的距離1m；管安裝有球閥和截止閥兩種管件，管徑為Φ(27×3)mm；管為Φ(27×mm不銹鋼管；為Φ(27×mm鍍鋅鋼管，直管阻力的兩測(cè)壓口間的距離為1.5m；為突然擴(kuò)大管，管子由Φ(22×3)mm擴(kuò)大到Φ(48×3)mm；a1、a2為層流管兩端的兩測(cè)壓口；b1、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。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)，流量由大到小，充分利用面板量程測(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(mén)的特點(diǎn)，學(xué)會(huì)使用閥門(mén)，注意閥門(mén)的切換，同時(shí)要關(guān)嚴(yán)，防止內(nèi)漏。數(shù)據(jù)處理（1）、原始數(shù)據(jù)水溫：℃密度：1000kg/m3粘度：μ=1）、不銹鋼管d=21mml=序號(hào)12345678910V/ΔP/kPa2）、鍍鋅鋼管d=l=序號(hào)12345678910V/ΔP/kPa3）、突然擴(kuò)大d1=l1=140mmd2=42.0mml2=280mmV/ΔP/kPa4）、層流管d=l=V/ΔP/kPa2、數(shù)據(jù)處理1）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)式中——直管阻力，J/kg；——被測(cè)管長(zhǎng)，m；——被測(cè)管內(nèi)徑，m；——平均流速，m/s；——摩擦阻力系數(shù)。2）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)摩擦阻力系數(shù)3、數(shù)據(jù)處理結(jié)果如下表所示直管阻力數(shù)據(jù)處理記錄表不銹鋼管序號(hào)V/m3/h-1hfv/m/s-1ReλBλ142345678910鍍鋅管序號(hào)V/m3/h-1P/kPav/m/sRehfλ142345678910層流管序號(hào)V(mL/s)T/°CΔP/kPav(m/s)Reλ123456突然擴(kuò)大管序號(hào)v1(m/s)v2（m/s)Rehfξ123數(shù)據(jù)處理示例：光滑管：T=20.0℃時(shí)水的密度，粘度以光滑管第4組數(shù)據(jù)為例：qv=m3/hΔP=d=21.0mml=1.50m 粗糙管：以粗糙管第4組數(shù)據(jù)為例：突然擴(kuò)大管：以第1組數(shù)據(jù)為例：層流管：以第4組數(shù)據(jù)為例：d=l=由上述數(shù)據(jù)可以得到以下圖形：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：當(dāng)Re>4000時(shí)，流動(dòng)進(jìn)入湍流區(qū)，摩擦阻力系數(shù)λ隨雷諾數(shù)Re的增大而減小。至足夠大的Re后，λ-Re曲線趨于平緩；實(shí)驗(yàn)測(cè)出的光滑管λ-Re曲線和利用Blasius關(guān)系式得出的λ-Re曲線比較接近，說(shuō)明當(dāng)Re在范圍內(nèi)，λ與Re的關(guān)系滿(mǎn)足Blasius關(guān)系式，即；突然擴(kuò)大管的局部阻力系數(shù)隨流量的減小而增大；在Re<2000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)λ隨Re的變化趨勢(shì)與公式特性曲線相差較遠(yuǎn)，可能原因是在調(diào)節(jié)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)。思考題1.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。2.在不同設(shè)備、不同溫度下測(cè)定的λ-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，λ-Re數(shù)據(jù)就能關(guān)聯(lián)到一條曲線上。3.以水為工作流體所測(cè)得的摩擦阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系是否適用于其他流體答：不適用，粘度不同。4.測(cè)出的直管摩擦阻力與設(shè)備的放置狀態(tài)有關(guān)嗎？為什么？答：無(wú)關(guān)。根據(jù)機(jī)械能守恒有U形壓差計(jì)的所以不變，故λ不會(huì)改變。5.如果要增加雷諾數(shù)的范圍，可采取哪些措