化工原理实验讲义-NWNU.pdfVIP

实验一 流体流动阻力的测定 1.1 实验目的 (1) 熟悉测定流体流经直管和管件时的阻力损失的实验组织方法及测定摩擦系数的 工程意义； (2) 学会用因次分析方法解决工程实际问题； (3) 学会压差计、流量计和变频器的使用方法，以及识别管路中各个管件、阀门的 作用。 1.2 基本原理 由于流体粘性的存在， 流体在流动的过程中会发生流体间的摩擦， 从而导致阻力损失。 层流时阻力损失的计算式是由理论推导得到的； 湍流时由于情况复杂得多， 未能得出理论 式，但可以通过实验研究，获得经验的计算式。其研究的基本步骤如下： 1. 寻找影响过程的主要因素 对所研究的过程作初步的实验和经验的归纳，尽可能地列出影响过程的主要因素。对 湍流时直管阻力损失 hf 与诸多影响因素的关系式应为： h f =f (d, u, ρ, μ, l , ε) (1) 2. 因次分析法规划实验 当一个过程受多个变量影响时，通常用网络法通过实验以寻找自变量与因变量的关 系， 以 （1）式为例， 若每个自变量的数值变化 10 次，测取 hf 的值而其他自变量保持不变， 6 个自变量，实验次数将达 106 。为了减少实验工作量，需要在实验前进行规划，以尽可 能减少实验次数。 因次分析法是通过将变量组合成无因次数群， 从而减少实验自变量的个 数，大幅度地减少实验次数，其可以由π定理加以证明： 在物理方程因次一致性的条件下，任何一个方程都可化为无因次方程，无因次方程的 变量总数 =原方程变量总数—基本因次数 , （1）式共有 7 个变量总数，在流体力学范畴， 基本因次共有 3 个，它们是 [L] 、 [M] 、 [T], π定理告诉我们： 无因次数群的个数π =7-3=4 则： π1= [ L] d l l π2= [ L] d 1 π 3= 1 1 3 1 Re [ ML T ] [ ML ][ L ][ LT ] hf hf π 4= 2 2 2 [ L T ] u 因次分析法可以将对（ 1）式的研究转变成对以下（ 2 ）式的 4 个无因次数之间的关系 的研究。 hf du l 即： 2 f ( , , ) （2 ） u d d 其中，若实验设备已定，那么以上（ 2 ）式可写为： 1 2 du l u hf f ( , ) （3） d d 2 若实验设备是水平直管