流体阻力实验报告

1、北京化工大学化工原理实验报告实验名称： 班 级： 姓 名：流体阻力实验化工 11学号：2011011序 号：同组 人：设备型号：流体阻力-泵联合实验装置 UPRSK型-第 套实验日期：2013-11-4一、实验摘要本实验使用104实验室UPR型第7套实验设备，测量了水流经不锈钢管、 镀锌管、突扩管、阀门、层流管的阻力损失。确定了摩擦系数和局部阻力系数的 变化规律和影响因素。该实验提供了一种测量实际管路阻力系数的方法，其结果 可为管路实际应用和工艺设计提供重要的参考。关键词：流量，压降，雷诺数，摩擦系数，局部阻力系数、实验目的1、测量湍流直管道的阻力，确定摩擦阻力系数。2、测量湍流局部管道的阻力

2、，确定局部阻力系数3、测量层流直管道的阻力，确定摩擦阻力系数。三、实验原理2 21、 直管道和局部管道阻力损失hf （gZi巴牛）（gZ2巴号）he其中he=0,Zl=Z2,所以测出管道上下游截面的静压能、动能，代入方程即可求 得阻力。2、根据因次分析法可得：I2（1）直管道阻力损失hf占牛（2）。其中，I为管道长度，d为管道内径，U为管内平均流速。只要测定I，其中，入的理论值计算方法为：d，u，和，代入方程即可求得阻力hf0.316364湍流055； 层流Re0-2Re（2）可得到摩擦系数的计算方法对于水平无变径直管道，根据式（1） 为测量2d（P1 P2）。I u22（2）管道局部阻力损失

3、hf 今（3）。其中，Z为管道局部阻力系数， u为平均流速（突扩管对应细管流速U1）。将Z和u代入方程即可求得局部阻 力hf。其中，Z的理论值计算方法为：突扩管（1 $）2 ; 截止阀常数；球阀常数。A2对于水平放置的管件，根据式（1）、（ 3）可得到局部阻力系数的计算方 u22（ P2 P1）法为阀门22）； 突扩管 1-2。uu1|四、实验流程和设备4 J -CI二流体阻力实验带控制点工艺流程1、水箱 2、水泵 3、涡轮流量计 4、主管路切换阀 5、层流管 6、截止阀7、球阀 8、不锈钢管 9、镀锌管 10、突扩管 11、流量调节阀（闸板阀）12、层流调节阀（针阀） 13、变频仪TI01

4、水温度，C; ； QI02 水流量，m3.h-1；A PI03 压降，kPa。试验介质：水（循环使用）。研究对象：不锈钢管，l=1.500m , d=0.021m, & =0.02mm;镀锌管，l=1.500m , d=0.0215m, & =0.10mm;突扩管，I 1=0.02m,d1=0.0160m,l 2=0.28m,d2=0.0420m, =0.02mm; 截止阀，DN20 d=0.0205m;球阀，DN20 d=0.0205m;层流管，l=1.500m,d=0.0030m。仪器仪表：涡轮流量计，L2GY-25型，0.610 m3h-1，精确度等级0.5；温度计，Pt100，0200

5、C，精度等级0.2;压差传感器， WNK3051型，-20100kPa，精度等级0.2，测势能差 T;显示仪表：AI-708等，精度等级0.1,;变频仪：西门子 MM420型；天平，o.oig;量筒、秒表等；控制系统：控制电柜 +电脑+数据采集软件，380VAC+220VAC五、实验操作1、关闭流量调节阀门，按变频器绿色按钮启动泵，再启动软件。2、 打开流量调节阀和所有主管路切换阀10s，排净主管路内的气体。3、关闭流量调节阀，打开截止阀、球阀中间的两个测压阀，再开压差传感器 排气阀门10s，排净引压管路内的气体后，关闭截止阀、球阀中间的两个 阀门。4、将选定测量管的主管路切换阀打开，关闭其他

6、主管路切换阀。5、只打开测量管的两个测压阀门10s，排净气体后，关闭压差传感器排气阀， 记录零点厶Po。6、全开流量调节阀，通过变频器的向下箭头键（50至10Hz）改变水流量，直管16 m3h-1以下通过阀门调节流量，测完一组数据后关闭流量调节阀，10Hz条件下再次检查零点 P0。7、层流实验调泵20Hz,关闭11,开12排气，水量=总重-量筒净重，软件每 次先点击“开始计时”、“停止计时”，输入水量，再点击“记录数据”， 最后改流量， t 120s，A P取平均值。&实验结束，关闭流量调节阀、主管路和引压管阀门，开压差传感器排气阀 门，停泵。注意事项：1、截止阀、闸阀、针阀配备阀手柄，逆时针

7、旋转开启，顺时针旋转 关闭。2 、球阀配备长条手柄，只能旋转90度，平行于管道开启，垂直于管道关闭。3 、闸阀全开或全关后，通常再反向旋转 1圈。4 、切换管路时，先开下一组的主管路切换阀，再关闭本组切换阀。5 、每切换一组管路，重复45步操作，检查记录零点。6 、每做完一个点，都要通过软件点击“查看数据 /实验结果”，确定点的取舍和分布等。六、实验数据表格及计算举例1、（湍流）不锈钢管l/md/m /mm1.500 :0.02100.02序号水流量/m3?h-1管路压 降 /kPa水温度/C水密度/kg ?m3水粘度103 /Pa?s水流速/m?s-1雷诺数Re摩擦阻 力系数入入 blasi

8、us17.0619.0920.2998.11.0005.661186470.0170.0172 17.0019.0320.5 :998.00.993r 5.61 i1184900.017r 0.01735.1011.3220.6998.00.9914.09865350.0190.01844.017.3320.8998.00.9863.22683670.0200.02053.505.7920.9 :998.00.9832.81598150.021P 0.02062.803.7720.9998.00.9832.25478520.0210.02172.503.0620.9998.00.9832.00

9、427250.0210.0228 2.001.9520.9 :998.00.983:1.60 341800.021:0.02391.601.2820.9998.00.9831.28273440.0220.025101.300.8620.9998.00.9831.04222170.0220.026111.000.5020.9998.00.983r 0.80170900.022P 0.028120.800.3120.9998.00.9830.64136720.0210.029130.600.0520.9998.00.9830.48102540.0060.031计算举例：（以第一组数据为例）水流量Q

10、v=7.06mVh,管路压降厶P=19.09kPa,水温度T=202C,管路长度l=1.500m,管路直径 d=0.0210m, =0.02mm水密度：999.985315 0.019083 T 0.05896 T20.155206 10 4 T3999.985315 0.019083 20.20.05896 20.220.155206 10 420.23998.1kg/m3水粘度:0.07374447 0.88161305T 20.278720.79174849 T 73197220.0418943 T 3.385661.000mPa s水流速:4Qv4 7.06d2236000.02102

11、5.66m/s雷诺数:Redu998.10.0215.661.000 10 3118647摩擦阻力系数竺上 2 O.21 19.9 1000 0.017 lu2998.1 1.500 5.662blasius0.31630.31630.0172、（湍流）镀锌钢管l/md/m /mm1.5000.02150.10序号水流量f 3 -1/m ?h路管压降 /kPa水温度/ C水密度/kg ?m3水粘度103 /Pa?s水流速/m?s-1雷诺数Re摩擦阻 力系数入入 blasius16.9526.1821.5997.80.9695.321176780.0270.01725.5017.8821.699

12、7.80.9674.21933470.0290.01835.0115.1621.6997.80.9673.83850310.0300.01944.009.6021.6997.80.9673.06678890.0290.02053.507.4121.6997.80.9672.68594030.0300.02062.804.8121.6997.80.9672.14475220.0300.02172.403.6121.6997.80.9671.84407330.0310.02282.002.6621.6997.80.9671.53339440.0330.02391.601.7121.6997.80.

13、9671.22271550.0330.025101.301.1721.6997.80.9670.99220640.0340.026111.010.7321.6997.80.9670.77171420.0350.028118647120.810.4921.7997.80.9650.62137800.0370.029130.600.3021.7997.80.9650.46102070.0410.031计算举例：（以第一组数据为例）水流量Qv=7.06mVh,管路压降厶P=19.09kPa,水温度T=202C，管路长度l=1.500m,管路直径 d=0.0215m, & =0.10mm水密度：999

14、985315 0.019083T20.05896 T430.15520610 T999985315 0.019083 21.524330.05896 21.5 0.1552061021.5997.8.1kg/m水粘度:0.073744470.88161305T 20.27872 0.79174849 T 73-19722 0.0418943T 3.385660.969mPa s水流速:4Qv4 6.95d236000.021525.32m /s雷诺数:Redu997.8 O.。2155.32 仆？*30.96910摩擦阻力系数土 2 00215 26.18 WOO 0.027lu22997.8

15、 1.5005.3223、层流管l/md/m1.000.0029序号水质量/g时间/s管路压降/kPa水温度/ C水密度/kg ?m3水粘度103/Pa?s水流量/l ?h-1水流速/m?s-1雷诺数Re摩擦阻系数入入理论值151.84120.50.2522.2997.70.9531.550.071980.3410.3232104.7680.50.7522.2997.70.9534.700.205990.1120.1073125.2360.21.2522.2997.70.9537.510.329580.0730.0674146.8455.51.5322.3997.70.9519.550.401

16、2210.0550.0525183.9450.52.3022.3997.70.95113.140.5516810.0440.0386230.0945.53.9522.4997.60.94918.250.7723400.0390.027117678 0.250.31630.31630.017blasius计算举例：（以第一组数据为例）水质量m=51.84g,时间t=120.5s ,管路压降厶P=0.25kPa,水温度T=22.2 C,管路长度l=1.00m,管路直径 d=0.0029m 水密度：4324330.15520610 4 T3999985315 0.019083 2220.05896

17、22220.1552061 0 422239977kg/mT 20.278720.79174849 T 73197220.0418943 T 3.385660.953mPa s1.55L /h.07m/s999985315 0.019083T20.05896 T2水粘度:水流量:Qv0.073744470.8816130551.84997.7 120.5 3600水流速:4Qv4 1.55 10 323600 0.00292雷诺数：Redu 997.7 0.00290.070.953 10 3198摩擦阻力系数2d P2 0.00290.25 10000.34120.323blasius997

18、.7 1.5000.0724、湍流突扩管l 1/mdml 2/md2/ms/mm0.020.01600.280.04200.02序号水流量/m3?h-1局部压降 /kPa水温度 / C水密度/kg.m-3水流速（细）1/m.s -水流速（粗）/m.s -局部阻 力系数zz理论11.000.2721.7997.81.380.200.6950.730822.000.9121.6997.82.760.400.7400.730833.002.1621.6997.84.140.600.7270.730844.003.8421.7997.85.530.800.7270.730855.657.6721.89

19、97.87.811.130.7270.73086464RT 198计算举例：（以第一组数据为例）水流量Qv=1.00mVh ,管路压降厶P=0.27kPa,水温度T=21.7 C,管路长度l 1=0.02m,管路直径 d1=0.0160m, l 2=0.28m, d 2=0.0420m, =0.02mm水密度：999985315 0.019083T2430.05896 T2 0.15520610 4 T3999985315 0.019083 21.7 0.05896 21.720.155206 10 4 21.73 997.8kg/ m?水流速：U1 笛口0 2 1.38m/S；口2 笔 4

20、100 2 0.20m/sd123600 0.0162d223600 0.042222 p22 0.27 1000U2 0.202 局部阻力系数：1 12一 1一 0695u121.382同理可计算得 Z 2=0.740 , z 3=0.727 ,Z 4=0.727 ,Z 5=0.727n 5取平均值得 平均 1i -(0.6950.7400.7270.7270.727)0.723255i 1局部阻力系数理论值:理论(1d1、2(10.0160)20.04200.7308局部阻力系数的相对误差:理论-平均100%0.7308-0.72320.7308100% 1.03%、/口_|、厂齐亠、一*

21、 tjV-rt.Z.I厂、d/m5、湍流L截止阀（全开丿0.0205序号，水流量局部压水温度水密度水流速局部阻 力系数zz理论丿号/m3?h-1降/kPa/ C/kg.m-3/m.s-112.0011.5622.1997.71.688.180理论23.0025.5622.1997.72.528.03834.0045.1622.1997.73.377.989计算举例：(以第一组数据为例)水流量Qv=2.00mVh , 管路压降厶P=11.56kPa,水温度T=22.C,管路直径d=0.0205m水密度：2432433999985315 0.019083T 0.05896 T20.15520610

22、 4T3999985315 0.019083 2210.05896 22.10.155206 1042213997.7kg/ m34 2.001.68m/s36000.02052局部阻力系数:步 2 11.56 1000 8.80 u2997.7 1.682同理可计算得Z2=8.038,Z 3=7.989取平均值得平均1(8.1808.0387.989)8.069查表可得局部阻力系数理论值:理论局部阻力系数的相对误差:理论-平均&湍流一球阀（全开）d/m0.0205序号水流量/m3?h-1局部压降/kPa水温度/ C水密度/m.s-1水流速/m.s-1局部阻 力系数ZZ理论12.000.7722.0997.71.680.54522.991.4622.0997.72.520.46234.002.5322.1997.73