化工原理实验 课件

ζ
直角坐标
理论上：
对闸阀：ζ=0.17 (全开)
对弯头：ζ=0.75 (直角标准弯头)
对突缩：A2/A1 0
0.6
0.7
ζ 0.5 0.2
0.15
0.62(本实验)
对数坐标
Re
四、实验操作
1、启动（开车） ●—全关，○—全开
⑴泵启动： 出口阀● →平衡阀○ →启动泵。
若有水流出，说明泵已经正常启动。然后进行压差计排气：
p0Bf
A1 A2
φ19×2
B2
C2 B1 C2 C1C2B2
C1 B1 φ2
B1
B2
而当单位A长1 度的压A1降A2已知A2时（如本实A1验-A已2直知管l直阻管力长ΔB2压P0降B为1C2pa）： C1B1-B2突B缩2阻力
p0 Bf

a
l
b
p0af
测点长3500
测点长400+800
直管阻力系数λ与 局部阻力系数ζ的测定实验
一、实验目的 二、实验装置流程 三、实验原理 四、实验操作 五、实验报告要求 六、特别说明
一、实验目的
1、了解实验实验设备、流程、仪器仪表；
2、掌握流体（水）流经直管、管件或阀门等引起压降（阻 力损失）及阻力系数（直管摩擦系数λ与局部阻力系数ξ） 的变化规律。并将λ(ξ)与Re的关系标绘在双对数坐标上。
测点即长3500pB


2
(u22
u12 ) p fB
测p点'f 长400+800(1=)1200
同理：pC


2
(u22
u12 ) p fC C测 1-点Cp2长'f突2缩 00阻 +4力 00(Σ =26)Δ 00P2
明显：p fB 2 p fC
(3)
p f

l d
u2
2
[Pa]
可知，只要测得ΔPf和管内流速u即可求出直管摩擦系数λ。
(1) 压差损失Δpf的测定
(2) 平均流速 u 的测定
(3) 直管阻力系数测定的结果
（1）压差损失ΔP0af 的确定
根据柏努里方程知，当两测压点处管径一样，且保证两测压点处速度分 布正常时，从教材P37中式1-71可得：
φ努25×里3方程和压差计特征知：
φ A119× AA222 B2
C2 C1C2B2 B1
φ19×2 B2 A1 C2 A2
C1 B1 Aφ1-2A52×直3 管阻力ΔP0 C2
C1B1-B2突B缩
A2
C2
pB ( p1 gz1)
A1-A2直管阻力ΔP0

C1
( p2

gB2zA测 2 )1BB-点 112-AB(2u2长 突22直 缩3u阻 测12管 5)力点0Σ长阻 0Δ3p5P0f1力 0 ΔP0
u
u u
du h t u ht

h h

t t
h t
若要求 εu≤2% 由误差均分原则有：εt≤1% 和εh≤1%
则时间必须满足： t t 0.1 10[S]
t 1%
接水液面高度必须满足： h h 2 0.5 2 100[mm]
水温=
水箱截面积=
直管数据：管长l=
管径d=
局部数据：管长l1=
管长l2=
管径d1=
管径d2=
具体表格见实验讲义。
3、停车
测量数据完毕后，关闭出口阀，开启压差计平衡阀，停泵。
五、实验报告——要求
1、一周后完成上交
学习委员收齐，并按学号排，送到实验室；晚交者自己送到实验室。
2、字迹务必工整，便于认识； 条理务必清晰，按报告格式顺序书写； 卷面务必整洁；
3、结合本实验，初步掌握实验误差来源的分析方法，并估 计实验误差大小。
4、了解U形压差计的使用及计算方法。
二、实验装置流程
1、直管与阀门局部阻力测定 2、直管与突缩局部阻力测定 3、直管与弯头局部阻力测定 4、U型管压差计 5、计量槽 6、阀门与离心泵
1、直管与阀门局部阻力测定
A1
φ25×3
A2
(1)局部Δp’f的一般测定方法—双压差计法
(2)局部Δp’f的特殊测定方法—单压差计法 (3)局部阻力系数ζ测定的结果
与（阀门1）阻力 局A系 1部数Δ测P定’f装的置一般测定方法φ—25×—3 双压差计法
度分以布突正缩常为，例且：之如间图距流离φ 体如从图2右示5向）× 左，3通在过B1突B2缩和。Cφ1分C192布之×有间2 4分B个2别测连压接点一（个C保2压证差各计测。压根点据处柏速C1 B
C2 C1 B2 B1
A1-A2直管阻力ΔP0 测点长3500
B1-B2突缩阻力ΣΔP1 测点长400+800=1200
C1-C2突缩阻力ΣΔP2 测点长200+400=600
图2 直管与突缩阻力系数测定装置
A1
φ19×2
A2
B1
B2
3、直管与弯头局部阻力测定 图2 直管与突缩阻力系数测定装置
A1
由于流道的急剧变化使流动边界层分离，所产生的大量旋涡消耗了机械能。
和直管阻力的沿程均匀分布不同，这种阻力损失是由管件内流道多变所造成。 该问题复杂，一般有两种处理办法：一是阻力系数法，二是当量长度法，本实 验采用阻力系数法：
p
' f

u2
2
[Pa]
可知，只要测得ΔP’f和管内流速u即可求出局部阻力系数ζ。 而管内平均流速u在前述测量直管时已测出。
φ19×2 可A以1 说，所有的Aφ 局2 部1阻9× 力损2失B，1φ均19可×2由此方法测出。
A2
A2 B1
图 （21）局直 部管 ΔP与 ’f 的阀 特殊门测阻 定方力 法—系—数 单压测 差定 计法装置
当管径未发图生2变直化管，与且已突知缩该阻直力管系的数阻测力定损装失（置如本实验测弯头和阀门的局部阻力
2、完成实验讲义P87页思考题，相当于预习报告 在题下预留的空白处简要答题。
时间安排
2012安全环科化原实验安排.doc
实验完毕后打开。
600
水
2、液面读法
566
水银液面是凸面，应从上切位置
液面差 水银
读数，且读数值应精确到最小刻度
内，最后一位数是估读（如图）。
500
当管内流速很大时，液面上下
波动剧烈。读数时应以波动最高的
上、下位置中间估读。
5、计量槽
出口上 弯摆头
计量槽
导流管 液面计
放水阀
1、测量时计量槽应和秒表结合使用；
ΔPC
测点长40
ΔPB
C1-C2突缩 测点长20
与突缩图 阻 由以 力2上系3数式直 测得定：管 装p置'f与 (2突 图pC 2缩 直pB管)阻 与2 突力 (u22缩系 阻u12 )力数 系数测 测定定 装置装置
根据管径分别可计算出u2、u1，由此测出两个U型管压差计读数ΔPB和ΔPC[Pa]， 既可计算出流体流经突缩处的局部阻力损失ΔP0’。
φ19×2
A2
B1
A1 A2
A1-A2直管阻力ΔP0 测点长2700
B2 B2 B1
B1-B2弯头阻力ΣΔP1 测点长700+300=1000
图3 直管与弯头阻力系数测定装置
4、U型管压差计
平衡阀
1、平衡阀 作用：排气、防水银冲出
操作：排气时打开，让引压管内
B2 B1 流体流动而带走气泡；测量时关闭；
确定的。
图2 直管与突缩阻力系数测定装置
图2 直管与突缩阻力系数测定装置 图3 直管与弯头阻力系数测定装置
（3） 局部阻力系数ζ的测定结果
在某一流速下，根据以上测出的流速u和压差损失ΔP’f，可计算出 对应流速下管件的局部阻力系数ζ和雷诺数Re：
Re du
需测出水温求得水的ρ、μ。
测出不同流速下，对应的Re—ζ值，在半双对数坐标中作关系图：
2、计量（接水）前，计量槽中必须 应有一液面读数，将水放净是错误的。
3、液面计读数与水银压差计不同的 是应读管内水的凹底切面。
4、摆头与卡表必须同步。
5、若计量槽内液体未满还可以继续 下次接水，可将上次接水后的液面高 度作为本次初始液面高度。注意水不 能溢出。
6、阀门与离心泵操作
1、阀门操作 铜闸阀；（如左图） 逆时针为开，顺时针为关。 在用常力将阀门开到最大（或关到最
小后），不可再特别加力钮大（或钮紧） 以求得流量再大（或关死），这样不但达 不到效果反而会损坏阀门。
2、离心泵操作 不锈钢离心泵（其原理第2章讲解） 启动时，应先关闭出口阀再启动。 停泵时，也应先关闭出口阀再停泵。
三、实验原理
1、直管阻力系数λ的测定
流体在管路中流动，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免的会产生机械 能损耗。流体在圆形直管内作定常稳定流动时的摩擦阻力损失为：
A1A1--AA2直2管直 阻力管 ΔP阻 0 力ΔP0B1-B2弯头阻力ΣΔP1
测测点 点长长 27003500
测点长700+300=10Δ00PB
这种方法是结合已知可测出直管的阻力损失情况下应用
C1-C2突缩阻力
的，显然比双压差计法要简单些，但其测量结果的数据精度
测点长200+400
与双压差计是完全一样的，因为其结果还是由两个压差计来
p0 f

1 水 空
p读
1 指示液密度 流体密度
水 空气倒U管：p0 f

水 水
空 空
p读
p读
水银 水正U管：p0 f

汞 水 水 空
p读
13600 1000 10001 p读
12.6p读
（2） 平均流速u的测量
h
1%
（3） 直管阻力系数的测定结果
在某一流速下，根据以上测出的流速u和压差损失Δpf，可计算出对 应流速下管内的直管阻力系数λ和雷诺数Re：
Re du
需测出水温求得水的ρ、μ。 测出不同流速下，对应的Re—λ值，在双对数坐标中作关系图：
λ
对数坐标 对数坐标
Re
2、局部阻力系数的测定
B2
A1 A2
A1-A2直管阻力ΔP0 测点长3500
φ25×3
B1
B2 B1
B1-B2阀门阻力ΣΔP1 测点长400+600=1000
图1 直管与阀门阻力系数测定装置
A1
φ25×3
A2
2、直管与突缩局部图阻1 直力管与测阀门定阻力系数测定装置
A1
φ25×3
A2
φ19×2 B2 A1 A2
C2
C1 B1 φ25×3
⑵排气：出口阀○ →平衡阀●→出口阀●。
若U形管内水银面平齐，说明管路气已排净，可以进行以下数据测量：
2、数据测量
⑴数据测量点分布按直管压差计读数进行：[ 应成倍增加]
直管压差计：ΔP0[HgPa] = 100, 200, 400, 800, 1600, 3200, 最大 ⑵所测量原始数据：
实验装置套数：
这不尽给阅读者一个好心情，还足以反映一个人的气质、作风、 态度和修养的综合表现。
3、实验结果的表达方式
数据表格、图一组可以一样，可以打印。
表格
坐标图
4、对分析讨论的要求
分析讨论
第一次实验需特别说明的事项
1、注意实验室内安全
2、请尽量不要带书包和多余的东西 如果带书包，请将书包放置在实验室内规定
的桌子上，不得背书包作实验。
系一数个A）压1 时差，计可。采根用据此柏方努法里。方分程布和有压差2个φ计测2特5×压征3点知（：保证各测压点处速度分布正常），连接A2
pBf ( p1 gz1φ ) (2p25φ× 1g9×z322 )
φ19×2 B2A2
即
pBf
p0Bf

p
' f
得：p
' f
pBf
qV

h2
Hale Waihona Puke Baidu1 t
A0

h t

A0
u qV A0 h A1 A1 t
A0 计量槽横截面积 0.09[m2 ]
A1 测量管道横截面积
[m / s]
摆头
液位计
导
计量槽
流
管
流量的测量有经典法（称重法、体积法）和直
接流量计两种。本实验采用体积法测量：
放水阀
测流速u时，误差分析的具体应用：
( p1 gz1) ( p2 gz2 ) p f
根据 U 型管特征，U型管中指示液所示压差ΔP0[Pa]既为流体流经两测 压点处的阻力损失ΔP0af。
p0af ( p1 gz1) ( p2 gz2 ) p0 f
根据 U 型管压差计测压特点，其实际值与指示值的关系为：