1、化工原理实验化工原理实验流体阻力实验流体阻力实验制作：谢少雄一、实验目的1、认识组成管路的各种管件、阀件，并了解其作用。2、测定流体流经直管的阻力，求出直管摩擦系数与雷诺准数Re的关系，将所得的Re方程与公认经验关系比较。3、测定流体流经闸阀或某一管件时的局部阻力系数。4、学会压差计和流量计的使用方法二、基本原理 流体在管内流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地要消耗一定的机械能，这种机械能的消耗包括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻力。1、沿程阻力 影响阻力损失的因素很多，尤其对湍流流体，目前尚不能完全用理论方法求解，必须通过实验研究其规律。为了简化实验，并使实
2、验结果具有普遍意义，必须采用因次分析方法将各变量综合成准数关联式。根据因次分析，影响阻力损失的因素有，(1)流体性质：密度，粘度；(2)管路的几何尺寸：管径d，管长l，管壁粗糙度；(3)流动条件：流速u。,u,l,dfp 相对粗糙相对粗糙管子长径比管子长径比从而得到从而得到ddld,dl,duu222udRe,dl 引入无因次数群引入无因次数群 duRe 则可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系，这种关系可用实验方法直接测定22udlpHflfHmm式中：直管阻力 被测管长 d 被测管内径 KgJu 平均流速 摩擦阻力系数smlmm式中：直管阻力 被测管长 d 被测管内径 KgJu 平均流速 摩
3、擦阻力系数sm 当流体在圆管中流动时，选两截面，测其间静压强差，即两截面流动阻力。找出静压差和 的关系式，即可求出 。改变流速得出不同Re数的 ，即得出一相对粗糙度时 的关系。Re22uldpf 2.局部阻力 22uHfKgJ式中：称为局部阻力系数，它与所流过的管件的几何形状及流体的 数有关，当 数大到一定值后则 与 数无关，成为定值。ReReRe流体在流过突然扩大,弯头等管件时,由于运动的速度和方向突然变化,产生局部阻力,影响阻力的因素较多。三、装置和流程n实验装置如下图所示。n被测直管段：n光滑管:管径d0.008(m)管长L1.71(m)n材料：不锈钢n粗糙管:管径d0.01(m)管长L
4、1.71(m)n材料：不锈钢1:水箱:2:水泵;3:入口真空表;4:出口压力表;5,16:缓冲罐:6,14测局部阻力近端阀;7,15:测局部阻力远端阀;8,17:粗糙管测压阀;9,21:光滑管测压阀;10:局部阻力阀;11:文丘里流量计;12:压力传感器;13:涡流流量计;18:阀门;18光滑管阀;20:粗糙管阀;22:小流量计;23:大流量计;24阀门25:水箱放水阀;26:倒U型管放空阀;27:倒U型管;28,30:倒U型管排水阀;29,31:倒U型管平衡阀四、实验方法 1、向储水槽内注水，直到水满为止。2、先接电预热1015分钟，然后启动泵进行实验。3、光滑管阻力测定：（1）关闭粗糙管阀
5、，将光滑管阀全开，在流量为零条件下，打开通向倒置U型管的进水阀，检查导压管内是否有气泡存在。若倒置U型管内液柱高度差不为零，则表明导压管内存在气泡，需要进行赶气泡操作。赶气泡的方法：将流量调至较大，排出导压管内的气泡，直至排净为止。（2）实验装置两个转子流量计并联连接，根据流量大小选择不同量程的流量计测量流量。（3）差压变送器与倒置U型管也是并联连接，用于测量直管段的压差，小流量时用倒置型管压差计测量，大流量时用差压变送器测量。应在最大流量和最小流量之间进行实验，一般测取1520组数据。只要调节流量调节阀，可得一系列Re的实验点，绘出Re曲线。4、粗糙管阻力测定：关闭光滑管阀，将粗糙管阀全开，
6、从小流量到最大流量，测取1520组数据。5、测取水箱水温。待数据测量完毕，关闭流量调节阀，停泵。五、操作要点 1、检查应开应关的阀门，以防液体窜漏，影响流量和压差的测量。2、启动离心泵前要关闭出口调节阀，待正常转动后才缓慢打开调节阀。3、正常供水后，进行管道、引压管和压差计的排气工作。4、每次改变流量后，须待流动达到定态后才测取数据。5、实验前应确定实验范围，测量点数并合理布点。六、实验结果及分析 1、根据光滑管和粗糙管实验数据结果，在双对数坐标纸上标绘出Re曲线，对照化工原理教材上有关图形，即可估出该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。2、根据局部阻力实验结果，求出闸阀全开时的平均值。3、对实验结果进行分析讨论。七、思考题 1、为什么本实验结果不整理成单位管长压头损失与流速u之间的关系？而整理成Re关系，有什么好处？2、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?3、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?4、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?
