食品工程原理实验报告：管路沿程阻力测定

江 苏 大 学

实 验 报 告

系别 班级 做实验日期 2011 年 9 月 18 日 姓名 学号 交报告日期 2011 年 10 月 20 日 完成报告所需时间 100min 教师评定 ：

实验一 管路沿程阻力测定

一、实验目的

1、掌握流体流经管道时沿程阻力损失的测定方法。

2、测定流体流过直管时的摩擦阻力，确定摩擦系数λ与雷诺数Re 的关系。

3、测定流体流过管件时的局部阻力，并求出阻力系数ξ。

4、学会压差计和流量计的使用方法。

二、实验原理

流体在管内流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地会引起压强损耗。机械能的消耗包

括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻力。

1．沿程阻力

流体在水平均匀管道中稳定流动时，阻力损失表现为压力降低。即：

h f =

ρ

f

P ∆=2

2

u d

l λ

=

ρ

2

1p p -， λ=

2

2u

P l

d

f ∆⋅

⋅ρ ， Re =

μ

ρ

⋅⋅u d ,

△P=R （水水银ρρ-）g

湍流流动时，影响阻力损失的因素十分复杂，目前尚不能完全用理论的方法求解，必需通过实验研究其规律。为减少实验工作量，扩大实验结果的应用范围，可以采用因次分析法将各个变量综合成准数关系式。

影响阻力损失的因素有：

1） 流体性质：密度ρ，粘度μ；

2） 管路的几何尺寸：管径d ，管长l ，管壁粗糙度ε；

3） 流动条件：流速u

变量关系可以表示为：△P=f(d,l,μ,ρ, u,ε) 式中：-d 管径 m ；-l 管长 m ；

-u 流速 m / s ；-ρ流体的密度 kg / m 3；

-μ流体的粘度 N·s / m 2；-∆f P 直管阻力引起的压强降 Pa 。

雷诺数Re 定义是：

滞流时：λ=64/ Re ; 湍流时，λ与Re 的关系受管壁粗糙度的影响，需由实验确定。

2．局部阻力

局部阻力通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。 ⑴ 当量长度法 ⑵ 阻力系数法

局部阻力系数ξ的测定：

2

2

'u

P

h f

f ξ

=∆=

'ρ

2

'2u P

f

∆⋅⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛=ρξ

式中：ξ-局部阻力系数，无因次；

-∆'

f P 局部阻力引起的压强降，Pa ；

-'

f h 局部阻力引起的能量损失，J ／k

g 。

三、实验装置流程

1．本实验装置及设备主要参数：

被测元件：镀锌水管，管长2.0m ，管径（公称直径）0.021m ；闸阀D=¾"。 ⑴测量仪表：U 压差计（水银指示液）；LW-15型涡轮流量计（精度0.5级，量程0.4~4.0m 3 / h ，仪器编号Ⅰ的仪表常数为599.41（次/升），仪器编号为Ⅱ的仪表常数为655.30（次/升），MMD 智能流量仪）。

⑵循环水泵。 ⑶循环水箱。

⑷DZ15-40型自动开关。 ⑸数显温度表。 2. 流程：

1..水箱

2.控制阀

3. 放空阀

4. U形压差计

5.平衡阀

6.放空阀

7.排液阀

8.数显温度表9.泵10.涡轮流量计11.取压计12 U形压差计13. 闸阀14.取压孔

四、实验步骤及注意事

1.水箱充水至80%。

2.仪表调整（涡轮流量计、MMD智能流量仪按说明书调节）。

3.打开压差计上的平衡阀，关闭各放气阀。

4.启动循环水泵（首先检查泵轴是否转动，全开阀13，关闭阀2，后启动）。

5.排气：①管路排气；②测压管排气；③关闭平衡阀，缓慢旋动压差计上放气阀排除压差计中的

气泡（注意：先排进压管后排出压管，以防压差计中水银冲走），排气完毕。

6.读取压差计零位读数。

7.开启调节阀至最大，确定流量范围，确定实验点（8~10个），测定直管部分阻力和局部阻力（闸

阀全开时）。

8.测定读数：改变管道中的流量读出一系列流量V s、压差△p1 （或△p2）。

9.实验装置恢复原状，打开压差计上的平衡阀，并清理实验场地。

五、实验数据

实验装置号： I ，被测管长：2.0m ，被测管径： 0.021m 被测管件：镀锌水管，仪表常数：599.41水温：26.2°C 。

序号

流量仪读数（次/s ） 直管阻力损失△p 1 局部阻力损失△p 2

U 管左边读数 cmHg U 管右边读

数 cmHg

U 管左边读数 cmHg U 管右边读数 cmHg 0 700 （初始） （初始） （初始） （初始） 1 699 17.9 51.5 32.5 23 2 669 19.5 50.25 32.2 23 3 620 22 48.1 32.6 24 4 596 22.9 47.2 31.3 24.4 5 560 24.4 45.56 30.8 24.8 6 520 25.8 44 30.5 25.2 7 490 26.8 43 30 25.5 8 310 31.7 38.5 28.8 27 9 140 34.4 36 27.5 27 10

130 35.2 35 27.7 28

六、数据处理

序号 流量Vs m 3/s 流速u m/s 密度ρ

Kg/m 3

粘度μ Pa s Re R 1 cmHg R 2 cm Hg Δp 1 Pa Δp 2 Pa λ ξ

1 1.17×10-3 3.380 996.65 8.87×10-4 80572.00 33.6 9.5 41500.31 11733.7

2 0.0765 2.06 2 1.12×10-

3 3.235 996.65 8.87×10-

4 77115.51 30.7

5 9.2 37980.20 11363.18 0.0757 2.17 3 1.03×10-3 2.975 996.65 8.87×10-4 70917.6

6 26.1 8.6 32236.85 10622.10 0.0759 2.40 4 1.00×10-3 2.889 996.65 8.87×10-4 68867.61 24.3 6.9 30013.62 8522.39 0.0772 2.08 5 0.93×10-3 2.686 996.65 8.87×10-4 64028.52 21.16 6 26135.31 7410.7

7 0.0764 2.04 6 0.87×10-3 2.513 996.65 8.87×10-4 59904.57 18.2 5.3 22479.34 6546.1

8 0.074

9 2.09 7 0.82×10-3 2.369 996.65 8.87×10-4 56471.91 16.2 4.5 20009.08 5558.08 0.0762 2.00 8 0.52×10-3 1.502 996.65 8.87×10-4 35804.38 6.8 1.8 8398.87 2223.24 0.0804 2.01 9 0.23×10-3 0.664 996.65 8.87×10-4 15828.35 1.6 0.5 1976.21 617.56 0.0904 2.68 10

0.22×10-3 0.635 996.65 8.87×10-4

15137.05

0.2 0.3

247.03

370.54

0.0129 1.87

计算过程（以序号一为例）：

2

/

4

s u v d π

==

3

2

1.1710

3.3800.7850.021

-⨯=⨯ 4

0.0213.380

996.65

R e 79754.472

8.87

10

d u -ρ⨯⨯=

=

=μ

⨯