化工原理試驗(yàn)講義 試驗(yàn)1 流體滾動(dòng)阻力的測(cè)定

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一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.1.學(xué)習(xí)管路阻力損失(hf)、管路摩擦系數(shù)（λ）、管件局部阻力系數(shù)（ζ）的測(cè)

定方法，并通過(guò)試驗(yàn)了解它們的變化規(guī)律，穩(wěn)定對(duì)流體阻力基本理論的認(rèn)識(shí)；2.2.了解與本試驗(yàn)有關(guān)的各種流量測(cè)量?jī)x表、壓差測(cè)量?jī)x表的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和安裝方

式，把握其測(cè)量原理，學(xué)會(huì)正確使用；3.3.學(xué)習(xí)對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙的用法。

二、試驗(yàn)任務(wù)

1.1.測(cè)定流體流過(guò)直管的阻力,確定摩擦系數(shù)λ與雷諾數(shù)Re的關(guān)系；2.2.測(cè)定閥門(mén)、管件的局部阻力系數(shù)ζ。

三、試驗(yàn)原理

由于流體粘性的存在，流體在滾動(dòng)的過(guò)程中會(huì)發(fā)生流體間的摩擦，從而導(dǎo)致阻力損失。層流時(shí)阻力損失的計(jì)算式是由理論推導(dǎo)得到的。湍流時(shí)由于狀況繁雜得多，未能得出理論式，但可以通過(guò)試驗(yàn)研究，獲得經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算式。其研究的基本步驟如下：

1.尋覓影響過(guò)程的主要因素

對(duì)所研究的過(guò)程作初步的試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)的歸納，盡可能地列出影響過(guò)程的主要因素。對(duì)湍流時(shí)直管阻力損失hf與諸多影響ζ因素的關(guān)系式應(yīng)為：hf=f(d,u,ρ,μ,l,ε)

(1-1)

2.因次分析法規(guī)劃試驗(yàn)

當(dāng)一個(gè)過(guò)程受多個(gè)變量影響時(shí)，尋常用網(wǎng)絡(luò)法通過(guò)試驗(yàn)以尋覓自變量與因變量的關(guān)系。以式(1-1)為例，若每個(gè)自變量的數(shù)值變化10次，測(cè)取hf的值而其他自變量保持不變，共

6

有6個(gè)自變量，試驗(yàn)次數(shù)將達(dá)10。為了減少試驗(yàn)工作量，需要在試驗(yàn)前進(jìn)行規(guī)劃，以盡可能減少試驗(yàn)次數(shù)。因次分析法是通過(guò)將變量組合成無(wú)因次數(shù)群，從而減少試驗(yàn)自變量的個(gè)數(shù)，大幅度地減少試驗(yàn)次數(shù)，這可以由π定理加以證明：

因次分析法可以將對(duì)式(1-1)的研究變成對(duì)以下式(1-2)的4個(gè)無(wú)因次數(shù)之間的關(guān)系的研究。即：

hfu2?f(du?l?,,)?dd（1-2）du?l?u2hf?f(,,)??dd2（1-3）

其中，若試驗(yàn)設(shè)備已定，那么式(1-2)可寫(xiě)成為：試驗(yàn)設(shè)備是水平直管，式(1-3)又可寫(xiě)為：

?p若令

du?l?u2?f(,,)???dd2(1-4)

??f(則有

du??,)?d

(1-5)

?plu2?????d2(1-6)

由(1-6)式可知，為了要測(cè)定(1-5)式的曲線關(guān)系，若裝置已經(jīng)確定，物系也已確定，

那么λ只隨Re而變。試驗(yàn)操作變量?jī)H是流量，改變流量的手段是調(diào)理閥門(mén)的開(kāi)度，由閥門(mén)

開(kāi)度的變化達(dá)到改變流速u(mài)的目的，因此在管路中需要安裝一個(gè)流量計(jì)；在直徑d﹑長(zhǎng)度為l的水平直管上，引出二個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，并接上一個(gè)測(cè)差計(jì)：試驗(yàn)體系確定后，ρ﹑μ是物性參數(shù)，它們只取決于試驗(yàn)溫度，所以，在試驗(yàn)裝置中需要安裝測(cè)流體的溫度計(jì)；再配上水槽﹑泵﹑管件等組建成循環(huán)管路，見(jiàn)教材。四．試驗(yàn)流程圖(略)

五．試驗(yàn)步驟

1.1.關(guān)閉控制閥，開(kāi)啟二個(gè)平衡閥，引水﹑灌水放氣，關(guān)閉功率表，啟動(dòng)泵。2.2.系統(tǒng)排氣

(1)總管排氣：先將控制閥開(kāi)足，然后再關(guān)閉，重復(fù)三次，目的為了使總管中的部分氣體被排走，然后開(kāi)啟總管排氣閥，開(kāi)足后再關(guān)閉，重復(fù)三遍。(2)引壓管排氣：依次分別對(duì)4個(gè)放氣閥，開(kāi)﹑關(guān)重復(fù)三次。

(3)壓差計(jì)排氣：關(guān)閉二個(gè)平衡閥，依次分別開(kāi)啟4個(gè)放氣閥，此時(shí)眼睛要凝眸著U型壓差計(jì)中的指示劑液面的上升，防止指示劑沖出，開(kāi)﹑關(guān)重復(fù)三次。

3.3.檢驗(yàn)排氣是否完全的方法為：將控制閥開(kāi)至最大，再關(guān)至為零，看U型壓差

計(jì)讀數(shù)，若左右讀數(shù)相等，則判斷系統(tǒng)排氣完全；若左右讀數(shù)不等，則重復(fù)上述步驟2。

4.4.由于系統(tǒng)的流量計(jì)量采用渦輪番量計(jì)，其小流量受到結(jié)構(gòu)的限制，因此，從

大流量做起，試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較確鑿。5.5.試驗(yàn)布點(diǎn)

由于Re在充分湍流區(qū)時(shí)，λ～Re的關(guān)系是水平線，所以在大流量時(shí)少布點(diǎn)，而Re在比較小時(shí),λ～Re的關(guān)系是曲線,所以小流量時(shí)多布點(diǎn)。先將控制閥開(kāi)至

2-2

最大，讀取流量顯示儀讀數(shù)F大，然后關(guān)至水銀壓差計(jì)讀數(shù)0.13ms時(shí)，再讀取

2-2

流量顯示儀讀數(shù)F小，在F小和F大2個(gè)讀數(shù)之間布10點(diǎn)。當(dāng)壓差低于0.13ms時(shí)，切∩型壓差計(jì)顯示壓差；流量計(jì)量采用稱(chēng)重加秒表的計(jì)量方法。此時(shí)試驗(yàn)布點(diǎn)布4～5點(diǎn)。

六、本卷須知

1.1.排氣一定要排完全；

2.2.排氣時(shí)要注意安全，確保指示劑不被沖出；3.3.試驗(yàn)數(shù)據(jù)安排合理。

七．原始數(shù)據(jù)

1.1.一次性原始數(shù)據(jù)

ι=m；d=mm；t=℃；d=mm；ζ=次/升；2.2.原始數(shù)據(jù)記錄表

序號(hào)12345678910

顯示儀讀數(shù)s

-1

直管阻力壓差計(jì)/dm左

右

局部阻力壓差計(jì)/dm左

右

八、試驗(yàn)報(bào)告的主要內(nèi)容

1.1.據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成λ(或ζ)-Re數(shù)據(jù)表。在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制λ（或ζ）

-Re曲線。

2.2.確定管件或閥門(mén)的阻力系數(shù)。

九、思考題

1.1.為了確定λ與ζ的函數(shù)關(guān)系要測(cè)定那些數(shù)據(jù)？宜選用什么儀器儀表來(lái)測(cè)定？

如何處理數(shù)據(jù)？

2.2.為什么要進(jìn)行排氣操作？如何排氣？為什么操作失誤可能將U形管中的水銀

沖走？

3.3.不同管徑﹑不同水溫下測(cè)定的λ－Re數(shù)據(jù)能否關(guān)聯(lián)到一條曲線上,為什么?4.4.以