化工原理實驗流體流動阻力測定實驗指導書

流體流淌阻力測定試驗指導書流體流淌阻力的測定一、試驗目的把握測定流體流經直管、管件和閥門時阻力損失的一般試驗方法。測定直管摩擦系數(shù)λ與雷諾準數(shù)Re的關系，驗證在一般湍流區(qū)內λ與Re的關系曲線。測定流體流經管件、閥門時的局部阻力系數(shù)。學會倒U形壓差計和渦輪番量計的使用方法。識辨組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用。二、根本原理流體通過由直管、管件〔如三通和彎頭等〕和閥門等組成的管路系統(tǒng)時，由于粘性剪應力和渦流應力的存在，要損失肯定的機械能。流體流經直管時所造成機械能損失稱為直管阻力損失。流體通過管件、閥門時因流體運動方向和速度大小轉變所引起的機械能損失稱為局部阻力損失。λ的測定流體在水公平徑直管中穩(wěn)定流淌時，阻力損失為：pfhf f

1p2pp

lu2d 2 〔1〕即，

2dp

f 〔2〕式中：λ—直管阻力摩擦系數(shù)，無因次；d—直管內徑，m；pf—l米直管的壓力降，Pa；hf—l米直管的機械能損失，J/kg；ρ—流體密度，kg/m3；l—直管長度，m；u—流體在管內流淌的平均流速，m/s。滯流(層流)時，64 〔3〕Re式中：Re—雷諾準數(shù)，無因次；μ—流體粘度，kg/(m·s)。

Re

du 〔4〕λ是雷諾準數(shù)Re和相對粗糙度〔ε/d〕的函數(shù)，須由試驗確定。由式〔2〕λl、d，測定pf

、u、ρ、μ等參數(shù)。l、d為裝置參數(shù)〔裝置參數(shù)表格中給出，μ通過測定流體溫度，再查有關手冊而得，u得到。例如本裝置承受渦輪番量計測流量，V，m3/h。u V (5)p可用UUf當承受倒置U型管液柱壓差計時式中：R－水柱高度，m。

p gR (6)f當承受U型管液柱壓差計時p gR (7)f 0式中：R－液柱高度，m；－指示液密度，kg/m3。0l、d，指示液密度t(ρ、μ)，及試驗時測定的0 0流量V、液柱壓差計的讀數(shù)R，通過式(5)、(6)或(7)、(4)和式(2)Reλ，再將Reλ標繪在雙對數(shù)坐標圖上。局部阻力系數(shù)的測定局部阻力損失通常有兩種表示方法，即當量長度法和阻力系數(shù)法。當量長度法流體流過某管件或閥門時造成的機械能損失看作與某一長度為le

的同直徑的管道所產生的機械能損失相當，此折合的管道長度稱為當量長度，用符號le

表示。這樣，就可以用直管阻力的公式來計算局部阻力損失，而且在管路計算時可將管路中的直管長度與管件、閥門的當量長度合并在一起計算，則流體在管路中流淌時的總機械能損失 h 為：fllh eu2f d 2

(8)阻力系數(shù)法流體通過某一管件或閥門時的機械能損失表示為流體在小管徑內流淌時平均動能的某一倍數(shù)部阻力的這種計算方法，稱為阻力系數(shù)法。即：p u2h f

(9)f g 2故 式中：—局部阻力系數(shù)，無因次；

2pf

(10)pf

P〔本裝置中，所測得的壓降應扣除兩測壓口間直管段的壓降，直管段的壓降由直管阻力試驗結果求取〕ρ—流體密度，kg/m3；g—重力加速度，9.81m/s2；u—流體在小截面管中的平均流速，m／s。待測的管件和閥門由現(xiàn)場指定。本試驗承受阻力系數(shù)法表示管件或閥門的局部阻力損失。0依據(jù)連接收件或閥門兩端管徑中小管的直徑d，指示液密度，流體溫度t(ρ、μ)，00及試驗時測定的流量V、液柱壓差計的讀數(shù)R，通過式(5)、(6)或(7)、(10)求取管件或閥門的局部阻力系數(shù)。三、試驗裝置與流程試驗裝置1所示：圖1 試驗裝置流程示意圖試驗流程試驗對象局部是由貯水箱，離心泵，不同管徑、材質的水管，各種閥門、管件，渦輪番量計和倒U型壓差計等所組成的。管路局部有三段并聯(lián)的長直管，分別為用于測定局部阻力系數(shù)，光滑管直管(閘閥)；光滑管直管阻力的測定同樣使用內壁光滑的不銹鋼管，而粗糙管直管阻力的測定對象為管道內壁較粗糙的鍍鋅管。裝置參數(shù)1所示。1名稱

管內徑〔mm〕管路號

測量段長度〔cm〕裝置1 局部阻力光滑管粗糙管

閘閥 1A不銹鋼管 1B鍍鋅鐵管 1C

20.020.021.0

100100100四、試驗步驟泵啟動：首先對水箱進展灌水，然后關閉出口閥，翻開總電源和儀表開關，啟動水泵，待電機轉動平穩(wěn)后，把出口閥緩緩開到最大。試驗管路選擇：選擇試驗管路，把對應的進口閥翻開，并在出口閥最大開度下，保持全流量流淌5－10min。排氣：在計算機監(jiān)控界面點擊”引壓室排氣”按鈕,則差壓變送器實現(xiàn)排氣。引壓：翻開對應試驗管路的手閥,然后在計算機監(jiān)控界面點擊該對應,則差壓變送器檢測該管路壓差。手控狀態(tài),變頻器輸出選擇100,1到4m3/h0.5m3/h左右。每次轉變流量，待流淌到達穩(wěn)定后，登記對應的壓差值;自控狀態(tài),流量掌握界面設定流量值或設定變頻器輸出值,待流量穩(wěn)定記錄相關數(shù)據(jù)即可。裝置確定時，依據(jù)P和u的試驗測定值，可計算λ和ξ，在等溫條件下，雷諾數(shù)Re=duρ/μ=Au，其中A為常數(shù)，因此只要調整管路流量，即可得到一系列λ～Re的試驗點，從而繪出λ～Re曲線。試驗完畢：關閉出口閥，關閉水泵和儀表電源，清理裝置。五、試驗數(shù)據(jù)處理依據(jù)上述試驗測得的數(shù)據(jù)填寫到下表：試驗日期： 試驗人員： 學號： 溫度： 裝置號：序流量光滑管mmH2O粗糙管序流量光滑管mmH2O粗糙管mmH2O局部阻力mmH2O號左右壓差左右壓差左右壓差六、試驗報告依據(jù)粗糙管試驗結果，在雙對數(shù)坐標紙上標繪出λ～Re曲線，比照化工原理教材上有關曲線圖，即可估算出該管的相對粗糙度和確定粗糙度。依據(jù)光滑管試驗結果，比照柏拉修斯方程，計算其誤差。依據(jù)局部阻力試驗結果，求出閘閥全開時的平均ξ值。對試驗結果進展分析爭論。七、思