中国地质大学(武汉)化工原理实验报告.docx

序号成绩中国地质大学（武汉）实验报告实验名称：流体流动阻力的测定班级：034131班组长姓名： 张元星专业： 材料化学 组序号：1组员姓名：刘雨桐、刘伟、刘光悦设备型号：流体阻力-泵联合实验装置UPRSⅢ型-第4套实验日期：2016-4-8一、实验摘要本实验通过改变流速，测定不同流速下水流经不锈钢管的管路压降，以此计算摩擦阻力系数，进而绘制雷诺数与摩擦系数曲线进而与Blasius曲线比较，验证：湍流区，光滑管摩擦阻力系数随Re增大而减小，且摩擦阻力系数较好地满足Blasuis关系式：。同样地，通过改变流速，由管路压降最终计算出突扩管的局部阻力系数，验证：不同流速下，局部阻力系数为定值，从而求取平均值。关键词：摩擦阻力系数，局部阻力系数，雷诺数二、实验目的1、掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法：①测量湍流直管的阻力，确定摩擦阻力系数。②测量湍流局部管道的阻力，确定摩擦阻力系数。2、验证在湍流区内光滑管摩擦阻力系数λ与雷诺数Re关系。3、将实验所得光滑管的λ-Re曲线关系与Blasius方程相比较。三、实验内容1、测定湍流状态下不锈钢管管路压降Δp从而得到λ随Re变化关系2、测定湍流状态下突扩管的局部压降Δp从而求取局部阻力系数平均值四、实验原理1、直管阻力不可压缩流体在圆形直管中做稳定流动时，由于黏性和涡流的作用会产生摩擦阻力（即直管阻力）；流体在流过突然扩大、弯头等管件时，由于流体运动的速度和方向突然变化，会产生局部阻力。为化简工作难度，同时使实验的结果具有普遍的应用意义，应采用基于实验基础的量纲分析法来对直管阻力进行测量：流体流动阻力与流体的性质、流体流经处的几何尺寸、流体的运动状态有关：。通过一系列的数学过程推导，引入以下几个无量纲数群：雷诺数相对粗糙度：长径比：整理得到：令：为直管阻力系数，则有：。阻力系数与压头损失之间的关系可通过实验测得，上式改写为：式中：——直管阻力(J/kg)；——被测管长(m)；——被测管内径(m)；——平均流速(m/s)；——直管中的摩擦阻力系数。当流体在管径为d的圆形管中流动时，选取两个截面，测出这两个截面的静压强差，即流体流过两截面间的流动阻力。根据伯努利方程找出静压强差和摩擦阻力系数的关系式，即可求出：测量通过改变流速可测出不同Re下的摩擦阻力系数，得到某一相对粗糙度下的关系。在湍流区内摩擦阻力系数λ=φ（Re,ε/d），对于光滑管，大量实验证明，当Re在3×103~105的范围内，λ与Re遵循Blasius关系式：2、局部阻力流体的边界在局部地区发生急剧变化时，迫使主流脱离边壁而形成漩涡，流体质点间产生剧烈的碰撞，所形成的阻力称为局部阻力。本实验中采用局部阻力系数法，即流体通过某一件阀门或管件的阻力损失用流体在管路中的动能系数来表示：式中：——局部阻力；ξ——局部阻力系数；（ξ其与流体流过管件的几何形状及流体的Re有关，当Re大到一定值后，ξ与Re无关，为定值）对于不同的阀门和管径变化，有着不同的局部阻力系数。其中突扩管局部阻力系数为：在本实验中，由于管道是水平布置，则局部阻力系数计算式化简为：（有变径）式中：p1 、p2——上、下游截面压强差，u1 、u2——两个管径内的平均流速，ρ——流体密度。五、实验流程和设备1—水箱 2—水泵 3—涡轮流量计 4—主管路切换阀 5—不锈钢管 6—突扩管7—流量调节阀 8—变频仪图1 流体阻力实验带控制点工艺流程（不锈钢管、突扩管）实验介质：水研究对象：不锈钢管，l=1.5m,d=0.021m;突扩管， d1=0.016m,d2=0.042m;六、实验操作准备工作及通用操作：1、开泵。打开各管路的切换阀门，关闭流量调节阀，按变频仪上绿色按钮启动泵，转速在变化上升（从f=25Hz开始如果变化较慢，则向上递进）。2、排气。排尽整个系统的气体，包括设备主管和测压管线中的气体。具体步骤为：全开压差传感器排气阀，打开流量调节阀数十秒钟后再关闭，这时流量为零，等待一段时间，观察压差传感器指示读数是否为0（允许存在一定偏差），否则，要重新排气。导压管排气、测压管线排气：打开全部测压阀、压差传感器排气阀，查看Δp孔板。再次打开传感器排气阀，10秒后关闭，重复多次至零点不变，记录Δp孔板。3、实验测取数据。打开测量管路的切换阀和测压管线上的切换阀，其余管路的切换阀和测压管线上的切换阀都关闭。流量由小到大，测取数据。2、不锈钢管实验：1、打开传感排气阀并记录ΔP。2、逐渐逆时针拧流量调节阀从小到大调节流量，3.5m3/h以上通过改变频率调节，流量到指定点待稳定后记录压降。2、突扩管实验：1、打开传感排气阀并记录ΔP。将突扩管右侧的阀打开，其他管的球阀全部关闭。2、逐渐逆时针拧流量调节阀从小到大调节流量，3.5m3/h以上通过改变频率调