流体流动阻力测定实验报告

1、第 PAGE19 页 共 NUMPAGES19 页流体流动阻力测定实验报告.实 验 报 告 专业：姓名：学号：日期：地点：课程名称：过程工程专业实验流体流动阻力实验 指导老师：成绩：实验名称：实验类型：同组学生：一、实验目的和要求（必填）二、实验容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析p （必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求 装 1.掌握测定流体流经直管、管件（阀门）时阻力损失的一般实验方法。2.测定直管摩擦系数 与雷诺准数 Re的关系，流体流经管件 （阀门）时的局部阻力系数 ，验 订 证在一般湍流区 与 Re的关系曲线，考察

2、 与 Re 是否相关。线 3.识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用 , 获得对 Re，摩擦系数，局部阻力系数的感性认识。二、实验容和原理 1 流量计校核 通过计时称重对涡轮流量计读数进行校核。2.Re 数：3.直管阻力摩擦系数 的测定 流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：.局部阻力压力降的测量方法：测量管件及管件两端直管（总长度 l ）总的压降 p，减去其直管段的压降，该直管段的压降可由直管阻力 p f （长度 l ）实验结果求取。三、主要仪器设备.Figure 1 实 1水箱 2 离心泵 3 、11、12、13、14压差传感器 引水漏斗 4 温度计 21 、22调节阀 5涡轮流

3、量计 16粗糙管实验段 17 光 滑管实验段 18 a b c de f g h 闸阀 19 截止阀 20 23 泵出口阀 24 旁路阀（流量校核） 取压点 表格 1 表格 2， 名称 类型 直管规格 管径 直管段长度 截止阀 局部阻力 闸阀 闸阀两端直管（粗糙管）22 ab = 680光滑管不锈钢管光滑直管 （ mm）21 （mm）ef = 1000粗糙直管 22 bc =1000 粗糙管 镀锌铁管截止阀两端直管（光滑管）21de = 660四操作方法和实验步骤 1.离心泵灌水，关闭出口阀（ 23），打开电，启动水泵电机，待电机转动平稳后，把泵的出口阀（ 23）缓缓开到最大。对压差传感器进行

4、排气，完成后关闭排气阀门，使压差传感器处于测量状态。32.开启旁路阀（ 24），关闭光滑管段阀件，选定最小流量 1.00m /h ，, 记录最大流量，设定大于 10个数值上等比的流量观测值。自大至小，改变流量，每次改变流量，待流动达到稳定后，记录压 差、流量、温度等数据。粗糙管段测量同光滑管段测量。3.实验结束，关闭出口阀（ 23）。五、实验数据记录和处理 5.1 流量计校核 3 -1 仪器读数：V1=0.61m h时，桶的质量 m 1 =10.22kg ，水温 t r =32.1 ， =995.0kg/m 实 际 流 速 ：偏差 E=(0.71-0.61)/0.61 *100%=16.4%

5、表格 3 光滑管段实验数据记录No V1/m3 h -1 t1/ p11/kpa p12/kPa( 加管件 ) 1 0.95 32.1 0.43 9.8 2 1.21 32 0.66 11.6 3 1.44 31.9 0.84 12.9 4 1.71 31.8 1.14 14.8 5 2.05 31.8 1.55 18.2 6 2.26 31.7 1.83 20.4 7 2.71 31.6 2.52 26.5 8 3.23 31.6 3.34 34.6 9 3.74 31.6 4.32 44.2 3 1表格 4 粗糙管段实验数据记录件 )实验所用流体为水，的计算【参考文献】：p 值 , 插法处

6、理t=20 , ;t=30 , ; t=40 ,t=28 , ; t=29 , ; t=30 , ; t=31 , No 3 -1 V2/m h T2/ P21/kpa P22/kPa( 加管1 0.97 30.4 1.44 1.05 2 1.24 30.3 2.24 1.73 3 1.44 30.2 3.01 2.43 4 1.7 30.1 4.09 3.42 5 2.05 30 5.83 5.03 6 2.37 29.9 7.67 6.72 7 2.77 29.8 10.395 9.25 8 3.2 29.5 13.2 12.5 9 3.82 29.3 19.87 17.71 10 4.4

7、5 29.2 24.93 24.15 11 5.07 28.7 24.83 24.94 t=32 ,No1 -1 u/ms0.6942 3 /kg m995.0 /Pa s0.000766 Re19828.7 0.03946 39.65707 2 0.8842 995.0 0.000768 25205.1 0.03733 28.67032 3 1.0523 995.0 0.000770 29934.5 0.03355 22.38011 4 1.2496 995.1 0.000771 35474.2 0.03228 18.05326 515.35699 6 1.6515 995.1 0.0007

8、73 46788.0 0.02967 14.11610 7 1.9803 995.1 0.000774 55989.6 0.02841 12.70268 8 2.3603 995.1 0.000774 66732.9 0.02651 11.66286 9 2.7330 995.1 0.000774 77269.7 0.02557 11.10278 10表格No6粗糙管段流动阻力参数计算结果-1 3 u/ms /kg m/Pa sRe 10.7779 995.6 0.000794 20483.1 0.10038 0.33063 Figure 2 摩擦系数与 Re 的关系曲线（ y1 为光滑管摩擦

9、系数， y2 为粗糙管摩擦系数）.1 2对照 Moody图 ， Figure 3 Moody 图查得光滑管段 1-Re 图对应的相对粗糙度 1/d1=0.002; 粗糙管段 2-Re 图对应的相对粗糙度 2/d20.05.绝对粗糙度： 1=0.002*21=0.42mm ， 20.05*22=1.10mm; 查表 知，中等腐蚀的无缝钢管绝对粗糙度： 0.4mm；普通镀锌钢管绝对粗糙度：.Figure 4 局部阻力系数与 Re 的关系曲线（ y1 为光滑管局部阻力系数， y2 为粗糙管局部阻力系数）截止阀局部阻力系数 : 1=10.70 闸阀局部阻力系数：2=1.04 （两者均取 -Re 曲线上

10、平直部分对应的局部阻力系数）六实验结果与分析p 1.实验误差分析p ：1.1 由对涡轮流量计的校核知，当流速较小时，流量计的测量误差较大，可达 16.4%，因而 -Re ， -Re 图上， Re 值较小时，实验数据点的误差较大。1.2 实验读数时，由于仪表显示的读数值并不稳定，液体实际的流动不是不可压缩的稳定流动， p，V， t 值随时间变化存在一定程度上的波动。1.3 温度传感器，流量计，压差传感器的仪器测量误差不可避免。1.4 调节流量时，流动并未完全稳定读数1.5 计算局部阻力系数时，采用的公式：，合成不确定度相较摩擦阻力系数测定时，引入的不确定度增加了一项，误差增大。1.6 所用的水不

11、够洁净，含较多杂质，而实验中都做纯水处理，实际流体的，值与计算得到 的值存在一定程度的偏差。.2.实验结果分析p 2.1.实验测得的截止阀与闸阀在全开时，局部阻力系数较文献值均偏大，可能的原因：a.实际因为阀件的制造水平，加工精度不同的原因，不同的阀件的局部阻力系数在一定围波动；b.实验用阀件可能存在积垢，腐蚀的问题，导致局部阻力系数偏大。3.思考题 3.1 在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的出口阀？为什么？ 答：是，由离心泵特性曲线知，流量为零时，轴功率最小，电动机负荷最小，不会过载烧毁线 圈。3.2 如何检测管路中的空气已经被排除干净？ 答：关闭出口阀后，打开 U 形管顶部的阀

12、门，利用空气压强使 U形管两支管水往下降，当两支管 液柱水平，证明系统中空气已被排除干净。3.3 以水做介质所测得的 Re 关系能否适用于其它流体？如何应用？ 答：能用，因为雷诺准数是一个无因次数群，它允许 d、u、 、变化。3.4.在不同设备上（包括不同管径），不同水温下测定的 Re 数据能否关联在同一条曲线上？答：不可以， , 设备改变，相对粗糙度也发生改变，从而变化。3.5 如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响？ 答：有毛刺，增加额外的阻力损失，安装不垂直，增加额外的压差，使测量误差增大。七【参考文献】：p 1.何潮洪，霄 .化工原理（上册）.M 科学：2022 2

13、.时均 .化学工程手册 上卷 .M 化学工业：1996.整篇文章都很出彩。化工原理实验教案实验二流体流动阻力的测定实验二 流体流动阻力的测定难点：因次分析p 方法对工程实际问题的分析p 解决； 重点：测定流体经直管和管件时阻力损失的实验组织法； 课时：4学时，其中实验讲解约1学时，学生完成实验3学时；流体流动阻力测定是化工领域中最重要的实验之一，是运用因次分析p 方法的理论来具体解决复杂工程问题的实例，通过实验掌握工程实验的基本实验技能。一、实验目的 1.熟悉测定流体经直管和管件时阻力损失的实验组织法及测定摩擦系数的工程意义；2.学会用因次分析p 方法解决工程实际问题； 3.学会压差计、流量计

14、的使用方法；4.学会识别组成管路中各个管件，阀门并了解其作用。二、实验任务1.测定特定/ d条件下直管摩擦系数和雷诺数的关系。 2.测定流体流经阀门和弯头时的阻力系数。三、实验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。层流时阻力损失的计算式是由理论推导得到的；湍流时由于情况复杂得多，未能得出理论式，但可以通过实验研究，获得经验的计算式。1、直管阻力采用因次分析p 法规划实验： （1）影响过程的主要因素hf =f (d, u, l,) 湍流时直管阻力损失hf与的大小取决于流体的物性（密度、粘度）、流动状况（流速u）及流道的几何尺寸和形状（内直径d、长度l、管

15、壁粗糙程度），若每个自变量的数值变化10次，测取hf的值而其它自变量保持不变，6个自变量，根据正交网络法规划，实验次数将达10。6化工原理实验教案实验二流体流动阻力的测定2、因次分析p 法规划实验因次分析p 法是通过将变量组合成无因次数群，从而研究无因次数群之间的关系，大大减少实验自变量的个数 ，大幅度地减少实验次数 。在物理方程因次一致性的条件下，任何一个方程都可化为无因次方程；原方程共有7个变量；它们的因次分别为：d - L；u - LT； ML；- ML113T；- L；h f - LT，其中有L、M、T 3个基本因次；根据无因122次方程的变量总数等于原方程变量总数和基本因次数之差，可

16、得无因次数群的个数=7-3=4个。即h f =f (d, u, l,) 4 =f（1，2，3）式中：1LL LdLd23MLTMLLLT1131Re14LTu22hfhf2由因次分析p 法可将对h f =f (d, u, l,)的研究转化成对无因次数群4 =f（1，2，3）之间关系的研究，即：dulf(,)2uddhf实验工作量将从106次实验 103次实验，若实验设备已定，则：dulu2hff(,)dd2 实验次数又将从103次实验 102次实验，从而，实验工作量大大降低。若实验设备是水平直管，阻力损失表现为压强的降低，即：Pdulu2f(,)dd2 2 化工原理实验教案实验二流体流动阻力的

17、测定所以duf(,)2ldPud2其中在实验装置和物系已确定的情况下，摩擦系数只随Re而变，实验操作变量仅是流量，通过阀门的开度改变流量，用流量计测定流速，由压差计测定压差，用温度计测定物系温度，从而确定和。四、实验装置光滑直管为不锈钢管，管径20.5mm，测压点间长度2m；粗糙直管为镀锌管，管径20.5mm，测压点间长度2m；两根管并联，通过球阀控制，直管和弯头的压强损失使用水银压差计测定，闸阀的压强损失通过氯仿压差计测定。3 化工原理实验教案实验二流体流动阻力的测定实验介质为自来水，置于水箱内循环使用，通过离心泵输送，用流量计测定流速，用出口控制阀调节流量（注意：出口控制阀的安装位置，流量

18、调节阀一般不设在吸入侧，以免在关小阀门使发生气蚀现象，也不宜装在离泵很远的出口线上否则，在调节阀前面管段内若有积存空气时会发生泵的喘振，通常在靠近出口的管上安装流量调节阀）。五、实验步骤1、实验准备：对照实验流程图，熟习实验装置及流程，识别组成管路中各个管件、阀门、压差计并了解其作用；检查轴承润滑情况，用手转动联轴节看其是否转动灵活；同时将水箱充水至80。2、打开压差计平衡阀、四个引压阀和切换阀；关闭各放气阀和离心泵的出口控制阀，启动电。（为什么？离心泵在启动时关闭出口阀门，可使轴功率低，以免电机烧坏；同时，在出口阀全开的情况下开动离心泵，管内流量瞬间达到最大值，压差计也会随着迅速上升，这样很

19、可能导致压差计中的指示液被冲走）。3、系统排气（为什么？气体的存在会影响压力传递，导致测量误差）。 管路排气：先将控制阀开足然后再关闭，重复三次，排走总管中的大部分气体，然后打开总管排气阀，开足然后再关闭，重复三次。（注意平衡阀处于开启状态） 引压管排气：依次分别对六个放气阀，开关重复三次，应保持平衡阀在开启状态。 压差计排气：关闭平衡阀，缓慢旋动压差计上放气阀排除压差计中的气泡，注意：此时眼睛要注视着U型压差计中的指示液面的上升，先排进压管，后排低压管（严防压差计中水银冲走），排气完毕。4、检验排气是否彻底。（如何检验？将出口控制阀打开至最大，再关闭出口阀，看U型压差计读数，若左右读数相等，说明排气彻底，若左右读数不等，重复上述3排气顺序。4 化工原理实验教案实验二流体流动阻力的测定5、实验布点（如何布点？将控制阀开至最大，读取流量显示仪读数F大，然后关至水银压差计差值约0.08时，再读取流量显示仪读数F小，确定流量范围，在F大和F小之间布1214个点，其中在大流量时少布点，小流量时多布点