制药化工原理：流体阻力实验

1、化工原理实验,流体阻力,一、实验目的及任务,1、掌握测定流体流动阻力的一般实验方法，通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。 2、测定直管摩擦阻力系数及突然扩大局部阻力系数,3、验证在流区内为雷诺数和管子相对粗糙度的函数。 4、将所得光滑管的Re方程与Blasius方程相比较。 5、 观察流体流过突然扩大管时静压的分布，确定测定局部阻力的最佳测压口位置,二、基本原理,1、 不可压缩流体(如水),在圆形直管中作稳定流动时,粘性和涡流的影响产生摩擦阻力。 流体在流过突然扩大,弯头等管件时,由于运动的速度和方向突然变化,产生局部阻力,影响阻力的因素较多。 通常采用因次分析法,简化实验,流体流动阻力

2、与流体的性质,流体流经处的几何尺寸,以及流动状态有关,可表示为,引入无因次数群,则可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系，这种关系可用实验方法直接测定,令,式中： 直管阻力 被测管长 d 被测管内径,u平均流速 摩擦阻力系数,当流体在圆管中流动时，选两截面，测其间静压强差，即两截面流动阻力。找出静压差和 的关系式，即可求出 。改变流速得出不同Re数的 ，即得出一相对粗糙度时 的 关系,在湍流区内 与 数及管子得相对粗糙度有关，即,对于光滑管，大量实验证明，当 数在 范围内， 与 的关系遵循Bjasius关系式，即,对于粗糙管，与 的关系均以图来表示,2.局部阻力,式中： 称为局部阻力系数，它与所

3、流过的管件的几何形状及流体的 数有关，当 数大到一定值后则 与 数无关，成为定值,3.流体流过突然扩大管时能量的分布演示,4点前，由左至右各点的静压头依次有轨律的变小，它表示流体流过细管时的沿程阻力,4至5点，静压差突然变大，在第五点上静压头最小，说明能量损失最大,如上图,5至11点，静压头依次增大，且每两点间的压差逐渐增大,到达11点时，静压头达到最大，出现转折点，由于管子由粗变细，速度降低，其中一部分转化为静压头，一部分克服局部阻力而损失掉了,11点以后各点的静压头又成有规律的降低，它表示流体流过粗管时的沿程阻力,如前图,通过上述演示表明，我们可以选择第四点和十一点为扩大管两截面处的测压口

4、，以测定扩大管的局部阻力系数,应指出，测压口开设在距管件一定距离的管子上，这样测出的压头损失包括了管件和直管两部分，因此计算时应扣除直管部分的压头损失,本实验是测扩大管局部阻力系数，两测压口距离小，与局部阻力相比可以忽略直管段的压头损失,精益求精,三、装置和流程,装置如下图所示,其中NO.1管为 不锈钢管，作光滑管用。NO.2管为 铍锌钢管，作粗糙管用，NO.3为突然扩大管，管子由 扩大到,装置,流程,为了保证实验管道能被流体充满，实验流程中安装了型管，采用 的钢管，上面装有孔板流量计（孔板孔径为 孔流系数,联图,本实验的第五套和第六套设备的光滑管为 的黄铜管，第五套光滑管两侧压口距离为 ，第

5、六套为 ，其它均为,本实验共有三套倒U型压差计和一套正U型压差计，前者用来测量直管阻力和突然扩大管局部阻力，后者用来测量孔板流量计压差,实验用水来自高位水槽，水槽内液面距离地面15米，槽内有溢流口，流经实验装置的水，经排水管入地下水池，再由循环水泵送入高位水槽，循环使用,四 、实验操作要点,1. 高位水槽有水溢流时才能开始实验，以使系统保持恒定的位压头,2. 系统要派净空气，使液体连续流动。设备中和测压管线中的汽体都要排净，检验是否排净的方法是当流体静止时，观察倒U型和正U型压差计中两液面是否水平,3.读数时，注意稳定后在读，对于直管，流量调节由大到小，测取10组数据，后再由小到大测几组数据，以检查数据的重性，突然扩大的局部阻力，测取3组数据,4. 每测一根管的数据后，应将流量调节阀7关闭，观察压差计的两液面是否水平，水平时才能更换另一根管子，否则全部数据无效,五、报告要求,1.在双对数坐标上标绘出 曲线,2.将光滑管的 关系与Blasius公式进行比较,六、思考题,1.为什么高位水槽必须保持有水益处时才能作实验,2.在测量前为什么要将设备中的空气排尽？怎 样才能迅速的排尽,3.在不同设备上（包括相对粗糙度相同的不同管径），不同温度下测定的 数据是否关联在一条曲线上,