流体力学综合实验报告

浙江大学化学实验报告

课程名称：过程工程原理实验甲实验名称：流体力学综合实验指导教师：

专业班级：

姓名：

学号：

同组学生：

实验日期：

实验地点：

Ⅰ流体流动阻力的测定

一、实验目的

1）掌握测定流体流经直管、管件（阀门）时阻力损失的一般实验方法。

2）测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系，验证在一般湍流区内λ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ξ。

4）识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。

二、试验流程与装置

图 1 流体力学综合实验流程示意图

三、基本原理

1.流量计校核

通过计时称重对涡轮流量计读数进行校核。

2.雷诺数求解

Re=ρud

μ

(1)

u=

V

900πd2

(2)

式中：V----流体流量，m3ℎ⁄

3.直管阻力摩擦系数λ的测定

流体水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：

ℎf=Δp f

ρ

=λ

l

d

u2

2

(3)

即

λ=2dΔp f

ρlu2

(4)

式中：Δp f----直管长度为l的压降，Pa

4.局部阻力系数ξ的测定

阻力系数法：流体通过某一管件（阀门）时的机械能损失可表示为流体在管径内流动时平均动能的某一倍数，即：

ℎf′=Δp f′

ρg

=ξ

u2

2g (5)

即

ξ=2Δp f′

ρu2

(6)

式中：Δp f′----局部阻力压力降，Pa

局部阻力压力降的测量方法：测量管件及管件两端直管（总长度为l′）总的压降为∑Δp，减去其直管段的压降，该直管段的压降可由直管阻力Δp f（长度为l）实验结果求取，即

Δp f′=∑Δp−l′

l

Δp f (7)

四、实验步骤

1）离心泵灌水，关闭出口阀（23），打开电源，启动水泵电机，待电机转动平稳后，把泵的出口阀（23）缓缓开到最大；

2）对压差传感器进行排气，完成后关闭排气口阀，使压差传感器处于测量状态；

3）开启旁路阀（24），选定自最小到最大若干流量，对流量计做流量校核试验；

4）开启流量调节阀（21），先调至最大流量，然后在最小流量1m3ℎ⁄之间再连续取8组等比数据，每次改变流量，待流量稳定后，，记录压

差、流量、温度等数据；

5）实验结束，关闭出口阀（23），停止水泵电机，清理装置。

五、实验数据处理与结果

1.原始数据

2.数据计算

1）流量校正

由此可见当流量小于1m3ℎ⁄时，流量计显示的数据与实际测得的流量相对误差很大，故而在整个实验过程中，流量不能小于1m3ℎ⁄，当流量大于1m3ℎ⁄时，相对误差在5%~10%之间，在工业误差允许范围内，但与实际值还是有一定的误差。

2）以粗糙管1为例，计算过程如下：

查水的物性表可知，在32.2℃时，水的密度为994.93kg/m3，水的粘度为7.684×10−4Pa∙s.

根据式（2）可得，

u=

V

900πd2

=

5.14

900π0.0212

=4.124m/s

根据式（1）可得，

Re=ρud

μ

=

994.93×4.124×0.021

7.684×10−4

=1.121×105

根据式（4）得，

λ=2dΔp f

ρlu2

=

2×0.021×36960

994.93×1×4.1242

=9.172×10−2

根据式（7）可得，

ξ=2Δp f′

ρu2

=

2×(35860−36960×0.66)

994.93×4.1242

=1.355

根据上表可作λ~Re的关系曲线如下图：

将该图与莫狄图对照，可得

=0.05，绝对粗糙度ε=0.05×0.021=1.05mm 粗糙管的相对粗糙度ε

d

=0.004，绝对粗糙度ε=0.004×0.022=光滑管的相对粗糙度ε

d

0.09mm。

另外，从上表中排除粗糙管的9,10两组ξ为负值的数据，可以得出球心阀

的局部阻力系数远远大于闸阀的局部阻力系数。

六、思考题

1）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？

要先打开流程尾部的出口阀，是流体稳定流动后，再关闭出口阀可以形成较高压差以利于气体的排出。

2）如何检测管路中的空气已经被排净？

当连接软管以及传感器的出口管中没有气泡后，关闭流量调节阀，看压差计的读数是否为零，如果为零，则说明气体已经排空。否则要继续排气。

3）以水作介质所测得的λ~Re关系能否适用于其他流体，如何应用？

影响曲线的因素在于密度和黏度，所以把水介质下的曲线换算成其他流体的密度和黏度则可以依旧使用。

4）在不同设备上（包括不同管径），不同水温下测定的λ~Re数据能否关联在同一曲线上？

可以关联在同一曲线上。

5）如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响？

根据U型压差计的原理，这样的偏差会使静压的测量值偏大。

Ⅱ离心泵特性曲线测定

一、实验目的

1）了解离心泵结构与特性，熟悉离心泵的使用；

2）测定离心泵在恒定转速下的操作特性，做出特性曲线；

3）了解差压变送器、涡轮流量计等仪器仪表的工作原理和使用方法。二、试验流程与装置

装置图见流体流动阻力测定实验的装置图

三、基本原理

离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程H、轴功率N及效率η与泵流量Q之前的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。由于泵内流动复杂，不能使用理论方法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。