浙江大学化工原理实验---流体力学综合实验报告

实验报告

课程名称：过程工程原理实验（乙） 指导老师：金伟光 成绩：__________________ 实验名称：流体力学综合实验（一、二） 实验类型：工程实验 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得

1、流体流动阻力的测定实验

1.1 实验目的：

1.1.1 掌握测定流体流经直管、阀门时阻力损失的一般实验方法 1.1.2 测定直管摩擦系数λ与雷诺数 的关系，验证在一般湍流区内λ与 的关系曲线

1.1.3测定流体流经阀门时的局部阻力系数ζ

1.1.4识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。

1.2 实验装置与流程：

1.2.1 实验装置介绍：

实验对象部分由贮水箱、离心泵、不同管径和材质的水管、阀门、管件、涡轮流量计、U 形流量计等所组成。实验管路部分有两段并联长直管，自上而下分别为用于粗糙管直管阻力系数和光滑管直管阻力系数。同时在粗糙直管和光滑直管上分别装有闸阀和截止阀，用于测定不同种类阀门的局部阻力。

水的流量使用涡流流量计测量，管路直管阻力和局部阻力采用压差传感器测量。

1.2.2 实验装置示意图，箭头所示为实验流程：

专业： 姓名： 学号： 日期：2015 地点：教十 1208

Re Re

其中：1—水箱 2—离心泵 3、10、11、12、13、14—压差传感器 4—温度计 5—涡轮流量计6—孔板（或文丘里）流量计 7、8、9—转子流量计 15—层流管实验段 16—粗糙管实验段17—光滑关实验段 18—闸阀 19—截止阀 20—引水漏斗 21、22—调节阀 23—泵出口阀24—旁路阀（流量校核） a b c d e f g h — 取压点

1.3 基本原理：

流体通过由直管、管件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的机械能损失成为直管阻力损失。流体通过管件、阀门时由于流体运动方向和速度大小的改变所引起的机械能损失成为局部阻力损失。

1.3.1直管阻力摩擦系数λ的测定：

由流体力学知识可知，流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：

（1） 公式中：

f

p ∆：流体流经l 米直管的压力将，错误!未找到引用源。 ；

λ：直管阻力摩擦系数，无因次； d ：直管内径，m ；

2

ρ2

u d l p h f f λ

=∆=

f

h ：单位质量流体流经l 米直管的机械能损失,J/K ；

ρ：流体密度，kg/错误!未找到引用源。； l ：直管长度，m ；

u ：流体在管内流动的平均速度，m/s ；

由上面的式子可知： （2）

式子中：Re ：雷诺数，无因次

μ：流体粘度，kg/(m*s)。

湍流时λ是Re 和相对粗糙度（ε/ d ）的函数，须由实验测定。

由（2）可是，要测定λ，需要确定l 、d ，测定f p ∆、u 、ρ、μ等参数。其中l 和d 由装置参数表

（见下文）给出，ρ、μ通过测定流体温度，查相关手册而得，u 通过测定流体流量，再由管径计算得到。

本装置采用涡流流量计或者转子流量计，那么： 错误!未找到引用源。 v 为流量计测得的流量，错误!未找到引用源。

/h 。 （3）

f p ∆可直接从仪表中读出。

根据实验装置结构参数l 、d ，液体温度，以及实验测定的相关参数，求取 和λ，然后将两者在双对数坐标图上绘制成曲线。

1.3.2 局部阻力系数ξ的测定：

流体通过某一管件或者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，局部阻力的这种算法，叫做阻力系数法。即：

故： （4） （5） 式中：错误!未找到引用源。 :单位流体流经某一管件或者阀门时的机械能损失，J/kg ； ξ：局部阻力系数，无因次；

错误!未找到引用源。：局部阻力压力降，错误!未找到引用源。；（错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。 ，即表示流体经过阀门或管件时的静压损失。） ρ：流体密度，kg/错误!未找到引用源。；

g ：重力加速度，9.81m/错误!未找到引用源。； u ：流体在在小截面管内流动的平均速度，m/s ；

根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径d ，流体温度t ，以及实验测定的相关参数，通过公式（5）求取管件或阀门的局部阻力系数ξ。

1.4 实验步骤：

1.4.1 开启仪表柜上的总电源、仪表电源开关。

1.4.2 实验室已经将水泵中灌满水，否则应先将水泵中灌满水，然后进行排气，保证管道内流体流动是连续的，以便准确测量压差。本装置使用压差变送器测量压差。

2

ρlu

2f

p d ∆=λRe 2

ρ2'

u p h f

f ξ

=∆=ρg u 22'f p ∆=ξ

1.4.3 实验从做大流量开始做起，最小流量应控制在1.3 错误!未找到引用源。/h。由于实验数据处理时使用的是双对数坐标，所以实验时每次流量变化取一递减的等比数列，这样得到的数据点就会均匀分布，时实验结果更具准确性。流量改变后，要等到流动达到稳定后再读数，实验时同时读取不同流量下的压差、流量和温度等有关参数（温度取实验开始时于实验结束时温度的平均值）。

1.4.4 装置确定时，根据错误!未找到引用源。和u的实验值，可以计算λ和ξ，在等温条件下，雷诺数错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。，绘制λ~错误!未找到引用源。曲线（双对数坐标）。

1.4.5 实验结束，抄录好数据后准备做离心泵特性曲线特定的实验。

1.5 数据记录和处理：

1.5.1 装置参数：

名称管内径（mm）直管测量段长度（mm）局部阻力测量段长度（mm）光滑管

21

ef=1000de=660

粗糙管22

bc=1000ab=680

1.5.2 数据记录以及数据处理、绘图

实验数据记录：

粗糙管实验

C C

）管件两端压差

光滑管实验

C C