食品工程原理实验报告

姓名：陈蔚婷 学号：1363115 班级：13级食安1班

实验一：流体流动阻力的测定

、实验目的

1 •掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法。 2•测定直管摩擦系数 入与雷诺准数Re 的关系，验证在一般湍流区内 入与Re 的关系曲线。

3•测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数

。

4•学会倒U 形压差计和涡轮流量计的使用方法。 5•识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。 、基本原理

流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流 应力的存在，要损失一定的机械能。流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。流体通过 管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。 1 •直管阻力摩擦系数入的测定 流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为： P f P 1 P 2 l U 2

W

f

d 2

即,

2d p f

l u

(1)

(2)

式中：入一直管阻力摩擦系数，无因次； d —直管内径，m ; P f —流体流经I 米直管的压力降，Pa ; w f

—单位质量流体流经I 米直管的机械能损失，J/kg ；

p —流体密度，kg/m 3

; l —直管长度，m ;

u —流体在管内流动的平均流速，

m/s 。

式中：Re —雷诺准数，无因次；

卩一流体粘度，kg/（m s ）。

湍流时入是雷诺准数Re 和相对粗糙度（& /d 的函数，须由实验确定。

由式（2）可知，欲测定 入需确定I 、d ,测定 p f 、u 、p □等参数。I 、d 为装置参数（装置 参数表格中给出）， P □通过测定流体温度，再查有关手册而得， u 通过测定流体流量，再由管径

计算得到。

2 •局部阻力系数

的测定

局部阻力损失通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。

（1）当量长度法

流体流过某管件或阀门时造成的机械能损失看作与某一长度为

l e 的同直径的管道所产生的机械

（2）阻力系数法

流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数, 局部阻力的这种计算方法，称为阻力系数法。即：

,P f

u 2

w' f

故

式中： 一局部阻力系数，无因次；

P f —局部阻力压强降，Pa ;（本装置中，所测得的压降应扣除两测压口间直管段的压降,

直管段的压降由直管阻力实验结果求取。）

p —流体密度，kg/m 3

;

滞流（层流）

时，

64 Re Re

du

(3) (4)

能损失相当，此折合的管道长度称为当量长度，用符号

l e 表示。这样，就可以用直管阻力的公式来计

算局部阻力损失，而且在管路计算时可将管路中的直管长度与管件、

则流体在管路中流动时的总机械能损失 W f 为：

阀门的当量长度合并在一起计算,

l e

W f

(8)

(9)

2 P f

g —重力加速度，9.81m/s2；

u —流体在小截面管中的平均流速，m／s。待测的管件和阀门由现场指定。本实验采用阻力系数法表示管件或阀门的局部阻力损失。

根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径d，指示液密度°，流体温度t o（查流体物性P ", 及实验时测定的流量V、液柱压差计的读数R,通过式⑸、（6）或⑺、（10）求取管件或阀门的局部阻力系数。

三、实验装置与流程

1．实验装置

实验装置如图所示：

2.实验流程实验对象部分是由贮水箱,离心泵,不同管径、材质的水管,各种阀门、管件,涡轮流量计和倒

U 型压差计等所组成的。管路部分有三段并联的长直管,分别为用于测定局部阻力系数,光滑管直管阻力系数和粗糙管直管阻力系数。测定局部阻力部分使用不锈钢管,其上装有待测管件（闸阀）；光滑

管直管阻力的测定同样使用内壁光滑的不锈钢管, 而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较粗糙的镀锌管。

流量使用涡轮流量计测量, 将涡轮流量计的信号传给相应的显示仪表显示出转速, 管路和管件的

阻力采用倒U 型差压计直接读出读数。

四、实验步骤

1.开水泵先开出口阀,开灌水阀灌泵,灌满税后关闭灌水阀和出口阀,再启动水泵。

2.开阀门然后单击出口阀手柄的下方,每单击一次,增大一次。

3.改变流量

进行不同流量下的管路压差测定实验。让流量从0 到3.51L/s 范围内变化。由小到大或由大到小

调节管路总出口阀,每次改变流量,待流动达到稳定后,读取各项数据,共作10－15 组实验点。

五、实验数据处理

1. 实验数据

2. 处理方式：

实验可以测出 Q 列R 列数据，根据上述公式，求得上表的 u 列入列Re 列等数据

以第一组实验为例：

Q=0.057 ( L/s ) R=0.1738(mmHg )

u=0.057 X 10-3

十(n /4X 0.042

)=0.0454(m/s -1

)

入=2 X 0.04 X 9.81 X 0.27 X( 13600-998 ) -( 998 X 4X 0.454

2

) =0.0006

-3

Re=0.04 X 998 X 0.0454 -( 1.005 X 10 ) =1800 3. 数据图：

六、实验报告

1 ．根据粗糙管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出

图，即可估算出该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。

2．根据光滑管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出 差。 3．根据局部阻力实验结果，求出闸阀全开时的平均 4．对以上的实验结果进行分析讨论。

七、思考题

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：最好关闭。 因为要把管道中的气泡全部排出。

2. 如何检测管路中的空气已经被排除干净？ 答：在流动测定中气体在管路中，对流动的压力测量产生偏差，在实验中一定要排

出气体，让流体在 管路中流动，这样流体的流动测定才能准确。当流出的液体无气泡是就可以证明空气已经排干净了。

3. 以水做介质所测得的 1 Re 关系能否适用于其他流体？如何应用？ 答：可以用于牛顿流体的类比，牛顿流体的本构关系一

致。应该是类似平行的曲线，但雷诺数本身并 不是十分准确， 建议取中间段曲线， 不要用两边端数据。 雷诺数本身只与速度， 粘度和管径一次相关， 不同流体的粘度可以查表。

4. 在不同的设备上（包括不同管径），不同水温下测定的 入一Re 数据能否关联在同一条曲线上？

入〜Re 曲线，对照化工原理教材上有关曲线

入〜Re 曲线，对照柏拉修斯方程，计算其误

E 值。