1、 化工原理实验报告 流体流动阻力测定实验 班 级： 031112 班 小 组： 第六组 指导老师： 刘慧仙 组 长： 陈 名 组 员： 魏建武 曹 然 实验时间： 2013 年 10月 18日 目录 1 目录 一、实验内容 . 1 二、实验目的 . 1 三、实验基本原理 . 1 1.直管阻力 . 1 2.局部 阻力 . 3 四、实验设计 . 3 1.实验方案 . 3 2.测试点及测试方法 . 3 原始数据 . 3 测试点 . 4 测试方法 . 4 3.控制点及调节方法 . 4 4.实验装置和流程设计 . 4 主要设备和部件 . 4 实验装置流程图 . 4 五、实验操作要点 . 5 六、实验数据
2、处理和结果讨论分析 . 6 实验数据处理 . 6 1.实验数据记录表 . 6 2.流体直管阻力测定实验数据整理表 . 7 3.流体局部阻力测定实验 数据整理表 . 8 4.计算示例。 . 9 结果讨论分析 . 10 七、思考题 . 11 中国地质大学（武汉） 031112 班 化工原理实验报告 1 实验一 流体流动阻力的测定实验 一、 实验内容 1.测定流体在特定材质和 d的直管中流动时的阻力摩擦系数 ，并确定 和 之间的关系。 2.测定流体通过阀门时的局部阻力系数。 二、实验目的 1.了解测定流体流动阻力摩擦系数的工程定义，掌握测定流体阻力的实验方法。 2.测定流体流径直管的摩擦阻力和流经管
3、件或局部阻力，确定直管阻力摩擦系数与雷诺数之间的关系。 3.熟悉压差计和流量计的使用方法。 4.认识组成管路系统的各部件、阀门并了解其作用。 三、实验基本原理 流体管路是由直管、管件（如三通、肘管、弯头）、阀门等部件组成。流体在管路中流动时，由于黏性剪应力和涡流的作用，不可避免地要消耗一定的机械能，流体在直管中流动的机械能损失为直管阻力；而流体通过阀门、管件等部件时，因流动方向或流动截面的突然改变导致的机械能损失称为局部阻力。在化工过程设计中，流体流动阻力的测定或计算，对于 确定流体输送所需推动力的大小，例如泵的功率、液位或压差，选择适当的输送条件都有不可或缺的作用。 1.直管阻力 流体在水平
4、的均匀管道中稳定流动时，由截面 1 流动至截面 2 的阻力损失表现为压力的降低，即 = 1;2 = 由于流体分子在流动过程中的运动机理十分复杂，影响阻力损失的因素众多，目前尚不能完全用理论方法来解决流体阻力的计算问题，必须通过实验研究掌握其规律。为了减少实验工作量，简化实验工作难度，并使实验结果具有普遍应用实验一 流体流动阻力测 定 实验 2 意义，可 采用因次分析方法来规划实验。 将所有影响流体阻力的因素按以下三类变量列出 流体性质 密度 ，黏度 ； 管路几何尺寸 管径 ，管长 ，管壁粗糙度 ； 流动条件 流速 ； 可将阻力损失 与诸多变量之间的关系表示为 p = f(,) 根据因次分析法，
5、可将上述变量之间的关系转化为无因次准数之间的关系 2 = ( ,) 其中 = 称为雷诺准数（ Reynolds number），是表征流体流动形态影响的无因次准数； 是表示相对长度的因次几何维数； 称为管壁相对粗糙度。 将式 改写为 p = (,)22 引入 = (, ) 则 = = 22 式 即为通常计算直管阻力的公式，其中 称为直管阻力摩擦系数。 直管段两端的压差若用水银 U 型压差计测定，则 p = R( 2) 其中 R 为 U 型压差计两侧的液注高度差。 由式 可知，不管何种流体，直管摩擦系数 仅与 与 有关。因此，只要在实验室规模的小装置上，用水作实验物系，进行有限量的实验，确定 与
6、 和 的关系，即可由式 计算任一流体在管路中的流动阻力损失。这也说明了因次分析中国地质大学（武汉） 031112 班 化工原理实验报告 3 理论指导下的实验方法具有“由小见大，由此及彼”的功效。 2.局部阻力 局部阻力通常用当量长度法或局部阻力系数法来表示。 当量长度法：流体通过管件或阀门的局部阻力损失，若与流体流这一定长度的相同管径的直管阻力相当，则称这一直管长度为管件或阀门的当量长度，用符号 表示。这样，就可用直管阻力的公式来计算局部阻力的损失。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，如管路系统中直管长度为 ，各种局部阻力的当量长度之和为 ，则流体在管路中流动
7、的总阻力损失为 h = *: + 22 局部阻力系数法：流体通过某一管件或阀门的阻力损失用流体在管路中的动能系数来表示，这种计算局部阻力的方法，称为阻力系数法，即 = = 22 一般情况下，由于管件和阀门的材料及加工精度不完全相同，每一制造厂及每一批产品的阻力系数是不尽相同的。 四、实验设计 1.实验方案 用自来水做实验物料；由实验原理及式 = 22 和 = 22 知，当实验装置确定后，只要改变管路中流体流速 u或流量 V，测定相应的直管阻力压差 1和局部阻力压差 2，就能通过计算得到的 和 的值以及相应的 的值；在安排实验点的分布时，要考虑到 随 的变化趋势，在小流量范围适当多布点。 2.测
8、试点及测试方法 原始数据 有流速 （或流量 ），直管段压差 1和局部段压差 2，流体温度 t（据此确定 、 ），此外还有管路直径 和直管长度 。 实验一 流体流动阻力测 定 实验 4 测试点 需在直管段两端和局部两端各设一对测压点，分别用以测定 p1和 p2，在管路中配置一个流量（或流速）和温度测试点，共 6 个测试点。 测试方法 直管段和局部段压差的测定：采用水银 U 型压差计 流速或流量的测定：工程上测量流量较测流速更为方便，如用涡轮流量计测定流量，则 = 其中 涡轮流量计的转子频率，其数值用数显仪表显示； 涡轮流量计的仪表系数； 流量， L/s。 温度的测定：用水银玻璃温度计测定，。 3
9、.控制点及调节方法 实验中需控制调节的参数是流体流量 ，可以在管路系统出口端设置一控制调节阀门，用以调节流量并保证整个管路系统满灌。 4.实验装置和流程设计 主要设备和部件 离心泵、循环水箱、涡轮流量计、阀门、直管及管件、玻璃水银 U 型压差计、温度计 实验装置流程 图 实验装置流程如图 1-1 所示，由管子、管件、闸阀 （用于局部阻力测定）、控制阀、流量计及离心泵等组成一个测试系统。测试系统的前半部分为局部阻力测试段，后半部分为直管阻力测试段。为了节约用水，配置水箱供水，循环使用。为了防止脏物进入系统造成堵塞，在泵的入口加装过滤器。为了保证系统满灌，装置的出口端应高于测试段或将控制阀安装在出
10、口端。为了排除管路的残留气体，在装置的最高处装设排气阀。为了实验结束排空系统中的液体或定期更换水箱 中的水，在循环水箱底部设排泄阀。 涡轮流量计在安装时须保证前后有足够的直管稳定段和水平度。 中国地质大学（武汉） 031112 班 化工原理实验报告 5 五、实验操作要点 1.实验正式开始前，关闭流体出口控制阀门，打开水银压差计平衡阀 。 （为什么） 见思考题 1 2.启动离心泵。（注意什么） 是否需要灌泵，泵在液面下，不需要灌泵。 3.分别进行管路系统、引压管、压差计的排气工作，排出可能积存在系统内的空 气，以保证数据测定稳定，可靠。 管路系统排气：打开出口调节阀，让水流动片刻，将管路中的大部
11、分空气排出。然后将出口阀关闭，打开管路出口端上方的排气阀，使管路中残余空气排出。 引压管和压差计排气：依次打开并迅速关闭压差计上方的排气阀，反复操作几次，将引压管和压差计内的空气排出。排气时要注意严防 U 型管压差计中水银冲出。 4.排气结束后，关闭平衡阀。 5.将出口控制阀开至最大，观察最大流量范围或最大压差变化范围，据此确定合理的实验布点。 6.流量调节后，须稳定一段时间，方可测取有关数据。 7.实验结束后，先打开平衡阀，关闭出口控制阀，再关闭离心泵和总电源。 实验一 流体流动阻力测 定 实验 6 六、实验数据处理和结果讨论分析 实验数据处理 1.实验数据记录表 表 1-1 实验数据记录表
12、 涡轮流量变送器编号 990884 涡轮流量变送器仪表常数 332.66 管子材料 镀锌白铁管 管子长度（直管） 2 m 管子内径（直管） 20 mm 管子内径（局部） 32 mm 水 温 22 水的密度 997.8 kg/m3 水的黏度 0.9579 mPa s 序号 涡轮流量计频率 直管阻力压差 p1 局部阻力压差 p2 左侧水银柱高 （ mm） 右侧水银柱高 （ mm） 左侧水银柱高 （ mm） 右侧水银柱高 （ mm） 1 563 792.5 211.5 338.2 743.6 2 494 776.1 275.8 382.4 696.3 3 398 648.7 351.5 435.0
13、640.5 4 356 618.8 379.3 455.6 622.7 5 322 597.4 401.5 469.7 606.2 6 301 586.2 412.3 477.1 598.2 7 252 566.2 435.1 494.8 580.4 8 237 554.7 443.2 499.4 575.9 9 215 545.7 452.6 506.2 569.2 10 191 536.5 461.7 512.5 563.0 11 162 526.4 469.2 519.0 556.0 12 120 514.6 482.3 526.9 548.8 13 82 507.3 488.2 532
14、.0 543.5 14 44 502.3 494.6 535.1 540.0 15 0 497.6 497.6 537.8 537.8 中国地质大学（武汉） 031112 班 化工原理实验报告 7 2.流体 直管阻力测定实验数据整理表 表 1-2 流体直管阻力测定 序 号 10;3 （流量） （ m3/s） （流速） （ m/s） 10;4 雷诺数 R （压差计读数） （ mmHg） （直管阻力） （ J/kg） 102 （摩擦系数） 1 1.6924 5.3871 11.2231 581.0 71.986 4.961 2 1.4850 4.7269 9.8476 500.3 61.987 5
15、.548 3 1.1964 3.8083 7.9339 297.2 36.823 5.078 4 1.0702 3.4064 7.0966 239.5 29.674 5.115 5 0.9680 3.0811 6.4189 195.9 24.272 5.114 6 0.9048 2.8802 6.0003 173.9 21.546 5.195 7 0.7575 2.4113 5.0235 131.1 16.243 5.587 8 0.7124 2.2678 4.7245 111.5 13.815 5.372 9 0.6463 2.0573 4.2859 93.1 11.535 5.451 10
16、 0.5742 1.8276 3.8075 74.8 9.268 5.549 11 0.4870 1.5501 3.2294 57.2 7.087 5.899 12 0.3607 1.1482 2.3921 32.3 4.002 6.071 13 0.2465 0.7846 1.6346 19.1 2.366 7.688 14 0.1323 0.4210 0.8771 7.7 0.954 10.764 15 0.0000 0.0000 0.0000 0.0 0.000 实验一 流体流动阻力测 定 实验 8 3.流体局部阻力测定实验数据整理表 表 1-3 流体局部阻力测定实验数据整理表 序 号
17、10;3 （流量） （ m3/s） （流速） （ m/s） R （压差计读数） （ mmHg） （局部阻力） （ J/kg） （局部阻力系数） 1 1.6924 2.1044 405.4 50.229 22.686 2 1.4850 1.8464 313.9 38.892 22.815 3 1.1964 1.4876 205.5 25.461 23.010 4 1.0702 1.3306 167.1 20.704 23.386 5 0.9680 1.2036 136.5 16.912 23.351 6 0.9048 1.1251 121.1 15.004 23.708 7 0.7575 0.9
18、419 85.6 10.606 23.909 8 0.7124 0.8858 76.5 9.478 24.157 9 0.6463 0.8036 63.0 7.806 24.174 10 0.5742 0.7139 50.5 6.257 24.553 11 0.4870 0.6055 37.0 4.584 25.006 12 0.3607 0.4485 21.9 2.713 26.975 13 0.2465 0.3065 11.5 1.425 30.336 14 0.1323 0.1645 4.9 0.607 44.892 15 0.0000 0.0000 0.0 0.000 的平均值： 24.466 （舍弃序号为 14 的数据）
