阻力实验ppt课件.ppt

化工原理实验 阻力实验 1 实验一流体阻力实验 福州大学化工原理实验室 一实验目的二实验任务三实验原理四实验流程五操作要点 六注意事项七数据处理八报告要求九方案设计十阀门图片 2 流体阻力与离心泵联合实验装置 3 学习管路阻力损失 管路摩擦系数 管件局部阻力系数 的测定方法 并通过实验了解它们的变化规律 巩固对流体阻力基本理论的认识 了解测定摩擦系数的工程意义 学会倒U型压差计和孔板流量计的使用方法以及识别管路中各个管件 阀门的作用 学习对数坐标纸的用法 一 实验目的 4 实验任务 1 直管摩擦阻力损失随变化规律的研究1 4组同学可选择此项任务 也可选任务 3 实验任务 2 局部阻力损失机理及减少局部阻力损失若干问题的探讨5 8组同学可选择此项任务 也可选任务 3 实验任务的具体要求请参阅实验教材 二 实验任务 实验任务 3 间接法确定管壁的粗糙度的研究 5 1 不可压缩流体在圆形管中层流与湍流的沿程损失随Re变化规律的研究 2 实测Re 曲线与莫迪图比较 探讨其合理性 3 湍流流动的特征及其流动过程阻力的研究 也可以从下列任务中自选一个 或根据实验设备所能提供的测试项目 自行拟定研究方向 4 利用最小二乘法确定突缩管在不同管径比时局部阻力系数经验公式的方法 5 利用因次分析法进行孔板流量计水力特性的研究 二 实验任务 6 三 实验原理 1 管路阻力损失 管路摩擦系数 测定原理由于流体粘性的存在 流体在流动的过程中会发生流体间的摩擦 从而导致阻力损失 流体在流经等径直管时产生的阻力损失 通常称为摩擦损失 层流时摩擦阻力损失的计算式是由理论推导得到的 即哈根 泊谡叶公式 层流时的摩擦因数为 1 2 7 湍流时由于情况复杂得多 未能得出理论式 但可以用因次分析方法来找出它们之间的关系 通过因次分析方法可知 直管的摩擦系数是雷诺数和管的相对粗糙度的函数 即 因此 相对粗糙度一定 与Re有一定的关系 根据流体力学的基本理论 摩擦系数与阻力损失之间存在如下的关系 范宁公式 3 4 三 实验原理 8 管路的摩擦系数是根据上述理论关系来测定的 对已知长度 管径的直管 在一定流速范围内 测出阻力损失 然后按式 4 求出摩擦系数 那么如何测出呢 根据能量恒算方程 在一条等直径的水平管上选取两个截面 这两截面间管段的阻力损失便简化为 5 三 实验原理 9 6 两截面间管段的压力差可用倒U形管压差计测量 故可计算出 由于直管的摩擦系数是雷诺数和管的相对粗糙度的函数 所以要测 Re的关系曲线 只要先固定实验的 三 实验原理 10 装置和物系 那么 只随Re而变 实验操作变量仅是流量 改变流量的手段是调节阀门的开度 由阀门开度的变化达到改变流速u的目的 因此在管路中需要安装一个流量计 本实验装置用的是孔板流量计 采用角接法引出二个测压点 并接上一个压差计测定孔板压差 流量根据流体通过孔板时的孔板压差 按下式计算 7 式中C1 C2为校正系数 每套设备都不一样 具体数据请看实验室黑板 三 实验原理 11 在已知管径d的情况下可算出流速u 实验体系确定后 是物性参数 它们只取决于实验温度 所以 在实验装置中需要安装测流体的温度计 由流体的温度可查得流体的密度 粘度 因此 对于每一组测得的数据可分别计算出对应的 和Re 三 实验原理 从以上分析可知 12 2 局部阻力系数测定根据局部阻力系数的定义 只要测出流体经过管件时的阻力损失以及流体通过管路的流速 即可计算出局部阻力系数 不过在测定阻力损失时 测压孔不能紧靠在管件处 否则静压强难以测准 三 实验原理 13 另外 还有一个重要原因 即管件的阻力损失不仅是流体通过管件的损失 还包括由于流体通过管件时 其前后一小段管子内管壁摩擦增加的损失 通常测压孔都开设在距管件一定距离的管子上 这样测出的阻力损失包括了管件和直管两部分 因此 计算管件损失时应扣除直管的阻力损失 本套实验设备由于管径或测压点的距离不同 无法计算出可以参比的直管阻力损失 故按不扣除直管阻力损失的方法计算 三 实验原理 14 水箱 离心泵 孔板流量计 管路切换阀 No1 No7测量管路 稳流罐 流量调节阀 流体阻力实验流程图 15 1层流管 6 1 2mm的不锈钢管 测压点间距l 1 5m 2离心泵性能测定附线 为48 3mm的不锈钢管 3球阀与截止阀 为27 3 5mm的不锈钢管 4光滑管 27 3 5mm的不锈钢管 测压点间距l 1 5m 5粗糙管 26 2 2 75mm的镀锌管 测压点间距l 1 5m 6突然扩大管 为 22 3mm 48 3mm的不锈钢管 四 实验流程介绍 16 用离心泵将水箱内的清水打入系统中 经孔板流量计计量后 通过管路切换阀门进入相应的测量管路 在管内的流动压头损失 可由压差传感器或倒U型压差计测量 实验中 可以通过调节流量调节阀测定不同流量下的压头损失 五 操作要点 1 启动泵 首先 检查出口阀是否已关闭 为什么 在出口阀关闭的情况下 在计算机上点击离心泵启动按钮即可启动泵 2 排气 在实验开始前 系统要先排净气体 使液体连续流动 为什么 17 1 管路排气 先将流量切换阀和流量调节阀打开 将管路内的气体排净 2 测压管排气 开启测量面板上相应的压降切换阀 使倒U型压差计及压差传感器与系统相连 关闭进水阀 打开排水阀和放空阀 将引压管和压差计内的水和气排出 关闭放空阀和排水阀 打开进水阀 使水重新进入压差计 完成排气操作 五 操作要点 18 如何检验测试系统内的空气已经被排除干净 关闭流量调节阀 检查倒U型压差计两端的液面 若相平 则可以开始实验 若不平 则需要重新排气 如果倒U型压差计液面已调平 但仪表显示的数值不为零 需进行仪表调零 3 读取数据 要系统稳定后再读数 测取10组左右的数据 层流管的流量用量筒及秒表测取 五 操作要点 4 测完一套管路的数据后 关闭流量调节阀 再次检查倒U型压差计的液面是否相平 然后重复以上步骤 测取其他管路的数据 19 要使测试点分布合理 可以利用 形管压差计的量程来分布测试点 并要按对数规律 为什么 对于双对数坐标 若 若 则 则 五 操作要点 数据点分布 若要测10个数据 可以利用装置中的哪个部件使测试点分布合理 20 例如 当流量为零时 两液面所处刻度为220mm 当流量最大时 其中一边液面所处刻度为520mm 21 若 若 则 则 从上表可看出 流量小时 点取密一些 流量大时点取疏一些 实验时最小值可取240mm 为什么 22 1 泵应当在流量调节阀关闭的情况下启动 2 系统要先排净气体 以使流体能够连续流动 3 为了避免传感器进水而损坏 应缓慢打开流量调节阀 六 操作注意事项 23 密度 可查表或按下式计算 流量 流速 雷诺数 阻力损失 粘度 可查表或按下式计算 七 数据处理 24 1 光滑管和粗糙管的摩擦系数 也可直接从R V来计算 2 球阀 截止阀和孔板的局部阻力系数 也可直接从R V来计算 七 数据处理 25 由于突扩管存在动能的损失 所以计算方法与球阀等有所不同 压差计示值在大管一侧高于小管一侧 即 3 突扩管局部阻力的计算 七 数据处理 26 理论推导的突然扩大的阻力系数为 由实验得到的突扩管的阻力系数为 将实验值与理论推导的数值进行比较 结果是否一致 为什么 七 数据处理 27 数据处理注意事项 1 对计算示例的要求 1 将计算示例放在附录部分 2 每种计算类型只要处理其中一组数据 第一类 光滑管或者粗糙管第二类 球阀 截止阀或孔板第三类 突扩管 3 同组同学应取不同组数据进行处理 否则按计算雷同扣分 4 每一计算过程都应包括 公式 数据代入 答案和单位 28 数据处理注意事项 2 对双对数坐标绘图的要求按教师提供的坐标纸进行绘图 大小最好不要重新调整 坐标的刻度 名称和单位自己标上 可参考下页的实验结果示意图 对数坐标的分度值不可以随意划分 例如右图横坐标的刻度顺序依次为1 2 3 4 10 或10 20 30 100 而不能是1 5 10 15等 29 实验结果 Re关系图 横坐标不够合理 知道为什么吗 30 八 实验报告要求 实验报告按小论文格式撰写 由于这是第一次按论文格式写报告 故对以下部分都做了较详细的说明 论文题目姓名年级专业学号摘要撰写摘要的目的是让读者一目了然本文研究了什么问题 用什么方法 得到什么结果 这些结果有什么重要意义 一般写几十个字即可 具体写法如 本文利用 详细分析了 主要结果 或本文讨论了 结果表明 等都可以用 31 关键词 3 5个 前言这一部分可包括以下内容 1 研究背景和目的 说明从事该项研究的理由 2 研究方法 指研究采用的实验方法或实验途径 前言中只提及方法的名称即可 无须展开细述 3 研究的意义等 例如 阻力产生的原因 测阻力的意义 拟采用的测定方法 测定方法的理论依据等 应扣住论文的题目和主题来写 八 实验报告要求 32 八 实验报告要求 一 实验方法1 实验所用设备 装置和仪器等 需给出示意图 2 实验方法和过程 说明实验所采用的是什么方法 实验过程是如何进行的 操作上应注意什么问题等 要突出重点 只写关键性步骤 二 实验数据处理1 列出与论文主题相关的实验原始数据记录表 其余的数据可放在附录部分 2 以某一组数据为例进行计算 计算过程放在附录中 计算结果汇成一表放在论文中 注意事项见数据处理部分 3 画出相关的曲线关联图 33 八 实验报告要求 三 实验结果与讨论通过数据处理 得到什么结果 比如 Re的关系式 不同条件下阻力大小的比较 所得结果与文献资料的比较是否一致等 并对结果进行分析和讨论 提出你的看法与建议 参考文献参照实验讲义P8的格式 一定要规范 附录附录是在论文末尾作为正文主体的补充项目 并不是必需的 对于某些数量较大的重要原始数据 篇幅过大不便于作正文的材料 如计算过程等 可作为附录 放在附录部分 34 八 实验报告要求 实验报告的最后一页是教师签过名的实验原始数据记录表 由于探讨和研究的重点不一样 具体形式应主要根据作者的意图和文章内容决定 不可能也不应该规定一个统一的形式 作为学生实验论文 至少应包括以上内容 实验报告的装订顺序为 封面 论文正文 附录 实验原始数据记录表 装订位置在左侧 35 九 实验方案设计的格式 实验名称 流体阻力实验实验小组成员 方案设计时间 一 实验方案设计思路二 实验所需仪器 设备三 实验应测试的参数 四 实验步骤五 实验注意事项 要测哪些参数 为什么 用公式表达 原始数据记录表 应包括符号和单位 每组一份 在实验前交给实验指导教师 无实验方案的小组将不能参加实验 实验设计方案 用A4复印纸书写 纸张左侧留2cm装订位置 36