化工原理实验

实验1 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l的测定方法。

⒉掌握直管摩擦系数l与雷诺数Re之间关系及其变化规律。

⒊学习压强差的几种测量方法和技巧。

⒋掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。

二、实验内容

⒈测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数l。

⒉测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数l与雷诺数Re之间关系曲线和关系式。

三、实验原理

流体在管道内流动时，由于流体的粘性作用和涡流的影响会产生阻力。流体在直管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和管道摩擦系数有关，它们之间存在如下关系。

h f = = （1-1）

λ= （1-2）

Re = （1-3）式中：

管径，m ；

直管阻力引起的压强降，Pa；

管长，m；

流体的密度，kg / m3；

流体的粘度，N·s / m2。

直管摩擦系数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（1-2）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（1-3）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、实验装置

该实验与离心泵性能测定实验、流量计性能测定实验共用图1所示的实验装置流程图。

⒈本实验共有六套装置。

光滑管阻力系数流程：A→B（C→D）→E→F→G→H→J→M→N→P；

粗糙管阻力系数流程：A→B（C→D）→E→F→G→H→K→L→O→P；

（C→D）：流量小于2 m3/h 时流程。

⒉流量由转子流量计和涡轮流量计测量。

⒊直管段压强降的测量：差压变送器或者用空气—水倒置U形管直接测取压差值。

图1 流动过程综合实验流程图

⑴—离心泵；⑵—大流量调节阀；⑶—小流量调节阀；⑷—被标定流量计；⑸—转子流量计；⑹—倒U管；⑺⑻⑽—数显仪表；⑼—涡轮流量计；⑾—真空表；⑿—流量计平衡阀；⒁—光滑管平衡阀；⒃—粗糙管平衡阀；⒀—回流阀；⒂—压力表；⒄—水箱；⒅—排水阀；⒆—闸阀；⒇—截止阀；a—出口压力取压点；b—吸入压力取压点；1-1’—流量计压差；2-2’—光滑管压差；3-3’—粗糙管压差；4-4’—闸阀近点压差； 5-5’—闸阀远点压差；6-6’—截止阀近点压差；7-7’—截止阀远点压差；J-M—光滑管；K-L—粗糙管

五、实验方法

⒈按下电源的绿色按钮，使数字显示仪表通电预热，调节第2～7路差压变送器的零点，关闭流量调节阀⑵⑶和回流阀⒀，打开平衡阀

⒁⒃。旋开倒置U形管左右旋钮，检查导压管内是否有气泡存在。若倒置U形管内液柱高度差为零，表明导压管内无气泡存在；若不为零，则表明导压管内存在气泡，需要进行排气操作。

⒉按下离心泵的绿色按钮，启动离心泵；若导压管内有气泡，开启流量调节阀⑵⑶，使阀门⒆⒇全开，排出管路和导压管路内的气泡。在流量为0时，慢慢旋开倒U管上部的放空阀，使两边液柱降至中间时马上关闭，使管内形成气水柱，并检查两边液柱是否水平；若空气—水倒置∪形管内两液柱的高度差不为0，则说明系统内仍有气泡存在，应重复上述的排气操作。赶净气泡方可测取数据。另外，还需检查压差数字显示器2～7路是否为零。

⒊若导压管内无气泡，则可进行下列数据测量。

⒋光滑管阻力测定：关闭截止阀⒇和平衡阀⒁⒃，全开闸阀⒆，通过阀⑶调节流量，从最小流量到最大流量，一般测取10组数，建议流量读数在40L／h之内不少于4个点；并且能用空气—水倒置∪形管测压差△P时不用差压变送器（第2路）测压差。

⒌粗糙管阻力测定：关闭闸阀⒆（平衡阀⒁⒃仍关闭），全开截止阀⒇；小于2 m3/h时，通过阀⑶调节流量；大于2 m3/h时，通过阀⑵调节流量。从小流量到最大流量，一般测取10组数，用第3路压差传感器测量。

⒍在水箱中测取水温。

⒎待数据测量完毕, 继续其它实验或关闭流量调节阀，切断电源。

六、注意事项

⒈启动离心泵之前，必须检查流量调节阀⑵⑶是否关闭。

⒉实验前必须弄清差压变送器和倒置U形管之间的连接。用压差传感器测量时必须关闭通倒置U形管的阀门。

⒊赶气时，务必先打开平衡阀，但测数据时则必须关闭平衡阀。

⒋测光滑管时关闭截止阀⒇，同理，测粗糙管时关闭闸阀⒆。

七、报告内容

⒈将实验数据和数据整理结果列在表格中，并以其中一组数据为例写出计算过程。

⒉在合适的坐标系上标绘光滑直管和粗糙直管λ—Re 关系曲线。

⒊根据所标绘的λ—Re曲线，求本实验条件下滞流区的λ—Re 关系式，并与理论公式比较。

⒋回答如下思考题：

⑴本实验用水为工作介质做出的λ一Re曲线，对其它流体能否使用？为什么？

⑵本实验是测定等直径水平直管的流动阻力，若将水平管改为流体自下而上流动的垂直管，从测量两取压点间压差的倒置U形管读数R到△P f的计算过程和公式是否与水平管完全相同?为什么?

⑶为什么采用差压变送器和倒置U形管并联起来测量直管段的压差？何时用变送器?何时用倒置U形管?操作时要注意什么？

八、设备主要参数