化工原理实验

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(5)

实验一流体流动阻力的测定

一、 实验目的和任务

1. 了解流体流过管路系统的阻力损失的测定方法；

2. 测定流体流过圆形直管的阻力，确定摩擦系数 入与流体Re 的关系；

3. 测定流体流过管件的阻力，局部阻力系数E;

4. 学会压差计和流量计的使用方法；

5. 识别管路中各个管件、阀门，并了解其作用；

二、 实验原理

流体的流动性，即流体内部质点之间产生相对位移。真实流体质点的相对运动表现出

剪切力，又称内摩擦力，流体的粘性是流动产生阻力的内在原因。

流体与管壁面的摩擦亦产

生摩擦阻力，统称为沿程阻力。此外，流体在管内流动时，还要受到管件、阀门等局部阻碍 而增加的流动阻力，称为局部阻力。因此，研究流体流动阻力的大小是十分重要的。

I .直管摩擦系数入测定

流体在管道内流动时，由于流体粘性作用和涡流的影响产生阻力。

阻力表现为流体的能

量损失，其大小与管长、管径、流体流速等有关。流体流过直管的阻力计算公式，常用以下 各种形式表示：

式中h f ――以能量损失表示的阻力，

J /kg ； H f ——以压头损失表示的阻力，

m 液柱；

△ Pf ——以压降表示的阻力， N / m 2

L 管道长，m d ---- 管道内径，m ;

u ――流体平均流速， m/s ;

P ――流体密度，kg / m 3；

入一一摩擦系数，无因次；

g ---- 重力加速度，g 一 9.81m/s 2。.

入为直管摩擦系数，由于流体流动类型不同，产生阻力的原因也不同。层流时流体流动 主要克服流体粘性作用的内摩擦力。

湍流时除流体的粘性作用外，

还包括涡流及管壁粗糙度

的影响，因此入的计算式形式各不相同。层流时，禾U 用计算直管压降的哈根一泊谡叶公式：

和直管阻力计算公式（3），比较整理得到入的理论计算式为

32 2 = 64 du Re

由此式可见，入与管壁粗糙度&无关，仅为雷诺数的函数。

h f = H f =

L u 2 d 2

L u 2 d 2g

(1)

⑵

或一P f = P 1- F 2= L u 2 d 2

(3)

P = P 1-卩2=

32 Lu

湍流时，由于流体流动的复杂性和管壁粗糙度的影响， 入的计算比层流复杂, 次分析和实验得到计算公式。将影响阻力的许多因素表示为压降的函数，即

P f = f (d , L , u ,,,)

通过因次分析得到以下准数函数式,

P f

~2

u

也与计算直管阻力的公式 （3）相比较，整理得到:

r /du

=f ( ,一)= f (Re ,

d

此式适用于光滑管， Re 在2500〜1X 105范围内。对粗糙管入与 Re 的关系，

原理教材上册摩擦系数入与雷诺数 Re 及相对粗糙度& /d 的关系图及其他学者的计算公式。

本实验是利用水作实验，

在管长、管径和管壁粗糙度一定的条件下，改变水的流量，测定直

管阻力，即流体压力降厶 P f =P 1 - P 2,然后分别计算入和 Re 值，考察两者的关系。

2 •局部阻力系数E 测定

流体在管路中流过管件如阀门、弯头、 三通、突然扩大或突然收缩等处时，

产生涡流形成

阻力，习惯称为局部阻力。其计算式表示为

2 u 2

N/m

2

式中，E 称为局部阻力系数，无因次。它与管件的几何形状与 Re 有关。当Re 大到一

定时，E 与Re 无关，成为定值。管件的局部阻力系数E 也都是由实验测定的。

三、实验装置

是利用因

/d )

由此式可见，湍流时直管摩擦系数入， 是流体流动Re 和管壁相对粗糙度&/

此函数的具体形式通过实验确定。

许多学者实验研究了上述函数关系，其中较简单的是柏拉修斯

_ 0.3164 —厂 0.25

Re (6)

d 的函数。

(Blasius)公式:

可见化工

P f =

1 —水彳曹2—底阀3—离心泵4一真空表5—压力表6-温度计7-涡轮流量计8—排气阀

9一平衝阀W —U 型压差计11-闸阀（球阀）12,13 —控制阀14一引圧阀15—总管

装置一涼休阻力实验装置示意图

排气阀16—岀口阀

袋置二流体阻力实验装置示意图

1 一出木骨2—阀门3—小转子说城计4一人转子

5—水惴§—放水阀7—离心泵 8—闸阀勺一球阀

10_ 异轻接头11 —闸阀12—14 X 2mm 13—4> 20 X 2nm

■ -MM 15—倒U型压公汁纽16-U型压公讣□一扌*气业从18—排气旋塞

19—平衡览塞

四、实验要求

1根据实验内容的要求和流程•拟定实验步骤.

2 •根据流量范围和流动类型划分，大致确定实验点的分布。

3•经指导教师同意后，可以开始按拟定步骤进行实验操作。先排气，再测定数据。

4 •在获取必要数据后•经指导教师检查同意后可停止操作。将装置恢复到实验前的状态，

做好清洁工作。

五、操作方法

1 •熟悉实验装置及流程。观察U型（倒U型压差计）与实验管道和管件上测压接头的

连接及位置。弄清楚排气及平衡旋塞的作用和使用方法。

2•检查实验的管路上各阀门是否处于正确状况：U形管压差计上的平衡阀及相应的测

压阀是否打开？若未打开，则将其打开。排气旋塞是否关闭和管路出口阀是否关闭？若未关闭，则将其关闭。

3．根据离心泵的安装位置判断是否需要灌泵？若需引水灌泵，则打开引水阀和泵体放气阀，观察到有水从泵体放气阀溢出，表示气体被排尽，关闭放气阀和引水阀。启动水泵。（注意在泵出口阀关阀的情况下，泵