化工原理实验三单相流体阻力测定实验

实验三 单相流体阻力测定实验

一、实验目的

⒈ 学习直管摩擦阻力△P f 、直管摩擦系数的测定方法。 ⒉ 掌握不同流量下摩擦系数

与雷诺数Re 之间关系及其变化规律。

⒊ 学习压差传感器测量压差，流量计测量流量的方法。 ⒋ 掌握对数坐标系的使用方法。

二、实验内容

⒈ 测定既定管路内流体流动的摩擦阻力和直管摩擦系数。

⒉ 测定既定管路内流体流动的直管摩擦系数与雷诺数Re 之间关系曲线和关系式。

三、实验原理

流体在圆直管内流动时，由于流体的具有粘性和涡流的影响会产生摩擦阻力。流体在管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和摩擦系数有关，它们之间存在如下关系。

h f = ρf

P ∆=2

2

u d l λ （3-1）

λ=

22u P l d f

∆⋅

⋅ρ （3-2） Re =

μ

ρ

⋅⋅u d （3-3）

式中：-d 管径，m ；

-∆f P 直管阻力引起的压强降，Pa ； -l 管长，m ；

-u 管内平均流速，m / s ； -ρ流体的密度，kg / m 3

；

-μ流体的粘度，N ·s / m 2

。

摩擦系数λ与雷诺数Re 之间有一定的关系，这个关系一般用曲线来表示。在实验装置中，直管段管长l 和管径d 都已固定。若水温一定，则水的密度ρ和粘度μ也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降△P f 与流速u （流量V ）之间的关系。 根据实验数据和式3-2可以计算出不同流速（流量V ）下的直管摩擦系数λ，用式3-3计算对应的Re ，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与Re 的关系曲线。

四、实验流程及主要设备参数：

1.实验流程图:见图1

水泵8将储水槽9中的水抽出,送入实验系统,首先经玻璃转子流量计2测量流量,然后送入被测直管段5或6测量流体流动的光滑管或粗糙管的阻力,或经7测量局部阻力后回到储水槽, 水循环使用。被测直管段流体流动阻力△p可根据其数值大小分别采用变送器18或空气—水倒置∪型管10来测量。

2．主要设备参数：

被测光滑直管段:第一套管径 d— (m) 管长 L—(m) 材料: 不锈钢管

第二套管径 d—(m) 管长 L—(m) 材料: 不锈钢管

第三套管径 d—(m) 管长 L—(m) 材料: 不锈钢管

第四套管径 d— (m) 管长 L—(m) 材料: 不锈钢管被测粗糙直管段:第一套管径 d— (m) 管长 L—(m) 材料: 不锈钢管

第二套管径 d— (m) 管长 L—(m) 材料: 不锈钢管

第三套管径 d— (m) 管长 L—(m) 材料: 不锈钢管

第四套管径 d— (m) 管长 L—(m) 材料: 不锈钢管

2.被测局部阻力直管段: 管径 d—(m) 管长 L—(m) 材料: 不锈钢管

3.压力传感器:

型号:LXWY 测量范围: 200 KPa

压力传感器与直流数字电压表连接方法见图2

4.直流数字电压表:

型号: PZ139 测量范围: 0 ～ 200 KPa

5.离心泵:

型号: WB70/055 流量: 8(m3／h) 扬程: 12(m)

电机功率: 550(W)

6.玻璃转子流量计:

型号测量范围精度

LZB—40 100～1000(L／h)

LZB—10 10～100(L／h)

五、实验方法

1.向储水槽内注水,直到水满为止。(有条件最好用蒸馏水,以保持流体清洁)

2. 直流数字表的使用方法请详细阅读使用说明书。

3.大流量状态下的压差测量系统,应先接电予热10～15分钟,调好数字表的零点,方可

启动泵做实验。

4.检查导压系统内有无气泡存在.

当流量为零时,若空气—水倒置∪型管内两液柱的高度差不为零,则说明系统内有气泡存在,需赶净气泡方可测取数据。

赶气泡的方法: 将流量调至最大,把所有的阀门全部打开，排出导压管内的气泡,直至排净为止。

5.测取数据的顺序可从大流量至小流量,反之也可,一般测15～20组数,建议当流量读

数小于300L／h时,只用空气—水倒置∪型管测压差△P。

6.局部阻力测定时关闭阀门3和4，全开或半开阀门7，用倒置U型管关测量远端、近

端压差并能测出局部阻力系数。

7.待数据测量完毕,关闭流量调节阀,切断电源。

六、实验注意事项：

1.利用压力传感器测大流量下△P 时,应切断空气—水倒置∪型管闭阀门13、13’否则影

响测量数值。

2.若较长时间内不做实验,放掉系统内及储水槽内的水。

3.在实验过程中每调节一个流量之后应待流量和直管压降的数据稳定以后方可记录数

据。

4.较长时间未做实验,启动离心泵之前应先盘轴转动否则易烧坏电机。

七、实验报告要求

1．将原始数据和数据处理结果用表格形式列出，并列出一组计算示例。 2．将测定的λ－Re 标绘到双对数坐标纸上。

八、数据处理：

（1）λ─Re 的计算

在被测直管段的两取压口之间列柏努利方程式,可得:

△P f ＝△P ( 1 )

△P f L u 2

h f ＝───＝λ── ── ( 2 ) ρ d 2

2d △P f λ＝── ── ( 3 ) L ρ u 2

du ρ Re ＝─── ( 4 ) μ 符号意义:

d ─管径 (m) L ─管长 (m) u ─流体流速 (m ／s)

△P f ─直管阻力引起的压降 (N ／m 2

)

ρ─流体密度 (Kg ／m 3

) μ─流体粘度 λ─摩擦阻力系数 Re ─雷诺准数

测得一系列流量下的△P f 之后,根据实验数据和式(1),(3)计算出不同流速下的λ值。用式(4)计算出Re 值,从而整理出λ─Re 之间的关系, 在双对数坐标纸上绘出λ─Re 曲线。

（2）.局部阻力的计算：

H f 局=ΔP 局/ρ=（2ΔP 近-ΔP 远）/ρ=ξ×（u 2

/2）

22u

p

⨯

∆=

ρ

ξ