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流体流动阻力的测定实验


化工原理实验
—— 流体流动阻力的测定实验

实验目的
1、学习直管摩擦阻力△P、局部阻力△P局、直管摩擦系数λ、 局部阻力系数ζ的测量方法; 2、掌握直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间的关系的测定方法及 其变化规律; 3、学会压差计、流量计的使用方法以及识别管路中各个管 件、阀门的作用。 4、掌握对数坐标的使用方法。

实验装置流程示意图
离心泵

阀门 温度计

水管 流量计

U形管压差计

2

1

T

实验基本原理
1、直管λ、Re的测定:

对于等直径水平直管段,根据两截面间的柏努利
方程有:
gZ 1 ? P1
2 2

?

?

u1 2

? gZ

2

?

P2

?

?

u2 2

? hf

J ·kg –1

Z1 ?

P1

?g

?

u1

2

2g

? Z2 ?

P2

?g

?

u2

2

? H

2g

f

m液柱

实验基本原理
假如: (1)水作为实验物系,则水可视为不可压缩流体; (2)实验导管是按水平装置的,则Z1 = Z2;

(3) 上下游截面上的横截面积相同,则u1 = u 2。
因此(1)和(2)两式分别可简化为
hf ?
H ?

p1 ? p 2

?
?g

J · –1 kg m水柱

(3) (4)

p1 ? p 2

f

实验基本原理
当流体在圆形直管内流动时,流体因磨擦阻力所 造成的能量损失(压头损失),有如下一般关系式:
hf ?


p1 ? p 2

?

?

?p

?

???

l d

?

u

2

J · –1 kg

(5)

2

Hf ?
或写成

p1 ? p 2

?g

? ??

l d

?

u

2

2g

m液柱

(6)

? p ? p1 ? p 2 ? ? ?

l d

?

?u
2

2

2?p d ? ? ? 2 ?u l

实验基本原理
Pa

? p ? p 1 ? p 2 ? ? g ? R ? ? g ( R1 ? R 2 )

u ?

qV A

qV ?

F C

? 10

?3

m

3

s

Re ?

du ?

?

实验基本原理
2、局部阻力系数ζ的测定: 当流体流过管路系统时,因遇各种管件、阀门和测量仪 表等而产生局部阻力,所造成的能量损失(压头损失), 有如下一般关系式:
h '局 ? ? p局
2

?

=?
2

u

J · –1 kg

2

? p局 ? ?

? u局
2

实验步骤
1、熟悉实验装置,检查阀门的开关状态;关闭流量控制阀,

确认两个平衡阀是否打开,必须打开平衡阀。
2、启动离心泵,进行排气的工作; (1)总管排气:先将流量控制阀开足然后再关闭,重复三次, 目的为了使总管中的气体被排走。 (2)引压管排气:依次分别对4个排气阀,开、关重复三次。

(3)压差计排气:关闭两个平衡阀,依次分别打开4个排气阀,
此时眼睛要注视着U型压差计中的指示剂液面的上升,防止指 示剂冲出,开、关重复三次。

实验步骤
3、实验布点 由于Re在充分湍流区,λ~Re的关系是直线,所以大流 量时少布点,而Re在比较小时,λ~Re的关系是曲线, 所以小流量时多布点。先将控制阀开至最大,读取流量 显示仪读,然后关至水银压差计差值约0.10时,在读取

流量显示仪读数,在和二个读数之间布12~14个点。水
温取第一组和最后一组读数的平均值。 4、实验结束后,关闭电源,打开两个平衡阀。

实验注意事项

1、离心泵启动和关闭前必须关闭出口阀; 2、注意排气过程的操作,防止指示液冲出;

3、测量时应慢慢开启出口阀,稳定时测定数据;
4、布点时,大流量稀一点,小流量密一点

实验要求

1、根据实验所测各项,设计原始数据记录表格; 2、验证湍流时λ~Re 的关系; 3、在双对数坐标纸上绘出λ~Re 曲线,并与教材上λ~Re曲 线比较。

实验报告要求
1、实验报告内容:
实验目的、实验原理、实验流程、
实验操作步骤与实验现象、 原始数据记录表、实验结果与分析讨论(表、图、讨论)

2、实验报告基本要求:
a、文字简捷、内容完整,叙述清楚、文字通顺,字迹工整、 图表清晰; b、写明所在院系、专业、班级、学号、姓名、实验时间、指 导老师与同组者姓名; c、应在规定的时间内交指导老师批阅。

思考题

1、压差计测压导管的粗细和长短对测量两点的压力差有无 影响?为什么? 2、如何防止压差计中的水银被冲走?

3、为什么要排气?若排气未完全,对实验结果有何影响?
4、流体流动的阻力测定在工业上有何应用? 5、为什么离心泵启动时要关闭出口阀?

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