化工原理实验报告

1、摘要：本实验通过测定流体在不同管路中流动时的流量qv、测压点之间的压强差P,结合已知的管路的内径、长度等数据，应用机械能守恒式算出不同管路的入-Re变化关系及突然扩大管的-Re关系。从实验数据分析可知，光滑管、粗糙管的摩擦阻力系数随Re增大而减小，并且光滑管的摩擦阻力系数较好地满足Blasuis关系式：0.3163JRe0.25。突然扩大管的局部阻力系数随Re的变化而变化。一、目的及任务掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法。 测定直管的摩擦阻力系数入及突然扩大管和阀门的局部阻力系数E。 验证湍流区内摩擦系数入为雷诺数Re和相对粗糙度的函数。 将所得光滑管入-Re方程与Blasius方程相比较

2、。二、基本原理1. 直管摩擦阻力不可压缩流体，在圆形直管中做稳定流动时，由于黏性和涡流的作用产生摩擦阻力；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，产生局部阻力。影响流体阻力的因素较多，在工程上通常采用量纲分析方法简化实验，得到在一定条件下具有普遍意义的结果，其方法如下：流体流动阻力与流体的性质，流体流经处的几何尺寸以及流动状态相关，可表示为：P=?（d,l,u,p,卩，）引入下列无量纲数群。雷诺数Re相对粗糙度一d管子长径比丄d从而得到弋（也，丄）udd令（Req）2(Rea号可得到摩擦阻力系数与压头损失之间的关系,定。可得到摩擦阻力系数与压头损失之间的关系,定。这

3、种关系可用实验方法直接测hfhfplu2d2式中hf直管阻力，J/kg；i被测管长，md被测管内径，mu平均流速，m/s;摩擦阻力系数。当流体在一管径为d的圆形管中流动时，选取两个截面，用U形压差计测出这两个截面间的静压强差，即为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，即可求出摩擦阻力系数。改变流速科测出不同Re下的摩擦阻力系数，这样就可得到某一相对粗糙度下的入-Re关系。（1）湍流区的摩擦阻力系数在湍流区内f（Re,）。对于光滑管，大量实验证明，当Re在3103105d范围内，与Re的关系式遵循Blasius关系式，即0.3163Re025对于粗糙管，与

4、Re的关系均以图来表示。（2）层流的摩擦阻力系数64Re2. 局部阻力hf式中，E为局部阻力系数，其与流体流过管件的集合形状及流体的Re有关,当Re大到一定值后，E与Re无关，为定值。三、装置和流程本实验装置如图，管道水平安装，实验用水循环使用。其中No.1管为层流管，管径（6X1.5）mm,两测压管之间的距离1mNo.2管安装有球阀和截止阀两种管件，管径为（27X3）mmNo.3管为（27X2.75）mm不锈钢管；No.4为（27X2.75）mm镀锌钢管，直管阻力的两测压口间的距离为1.5m；No.5为突然扩大管，管子由（22X3）mm扩大到（48X3）mm；a1、a2为层流管两端的两测压口

5、；b、b2为球阀的两测压口；C1、C2表示截止阀的两测压口；d1、d2表示不锈钢管的两测压口；e1、e2表示粗糙管的两测压口；f1、f2表示突然扩大管的两测压口。系统中孔板流量计以测流量。ftr厂Nd19片811L1I&170占一n-23亡唧bJ11111一nNo.3Clc?二It四、操作要点 启动离心泵，打开被测管线上的开关阀及面板上与其对应的切换阀，关闭其他开关阀和切换阀，确保测压点一一对应。 系统要排净气体使液体连续流动。设备和测压管线中的气体都要排净，检验的方法是当流量为零时，观察U形压差计的两液面是否水平。 读取数据时，应注意稳定后再读数。测定直管摩擦阻力时，流量由大至叨、，充分利用

6、面板量程测取10组数据。测定突然扩大管、球阀和截止阀的局部阻力时，各取3组数据。本次实验层流管不做测定。 测完一根管数据后，应将流量调节阀关闭，观察压差计的两液面是否水平，水平时才能更换另一条管路，否则全部数据无效。同时要了解各种阀门的特点，学会使用阀门，注意阀门的切换，同时要关严，防止内漏。五、数据处理(1)、原始数据水温：24.3C密度：1000kg/m3粘度：卩=1.3051031）、不锈钢管d=21mml=1.50m序号12345678910v/m.h-14.003.703.40:3.11；2.82:2.492.211.931.61:1.19：3）、突然扩大di=15.5mmli=14

7、0mm2=42.0mmb=280mmP/kPa7.186.245.424.633.913.142.552.031.490.902）、镀锌钢管d=21.5mml=1.50m序号12345678910v/m.h-14.003.683.423.102.792.512.201.901.621.29P/kPa10.458.897.726.395.244.293.342.531.901.304）、层流管d=2.9mml=1.00mv/m.h-13.802.791.68P/kPa4.102.050.702、数据处理v/m.h-14.333.833.53.132.331.67P/kPa2.352.221.94

8、1.641.170.811）不锈钢管，镀锌管以及层流管的雷诺数和摩擦阻力系数用以下公式计算雷诺数Rehfhfp丄u!d2式中hf直管阻力，J/kg；i被测管长，md被测管内径，mu平均流速，m/s；摩擦阻力系数。du2）突然扩大管的雷诺数及摩擦阻力系数由以下公式计算雷诺数Re2如十辰Uf-U：）摩擦阻力系数码3、数据处理结果如下表所示直管阻力数据处理记录表不序号v/m/h-1hfv/m/s-1Re入B入147.183.20796367032.070.0195350.01965823.76.242.96736662004.660.0198430.020044锈33.45.422.72676956

9、977.260.0204110.02047343.114.632.49419152117.430.0208390.020934钢52.82Q3.912.26161447257.610.0214040.0214536P2.49P3.141.99695741727.460.0220470.022131：管72.212.551.772437035.220.0227290.02280181.932.031.54784232342.970.0237250.02358691.611.491.29120526980.410.0250240.0246810P1.19P0.90.95436919942.040.

10、0276670.026617序号v/m/h-1P/kPav/m/sRehf入1410.453.06049165473.1810.450.031982镀2P3.68P8.892.81565160235.338.89:0.03214633.427.722.6167255979.577.720.032321锌43.16.392.3718850741.726.390.03256152.795.242555.240.032964管62.514.291.92045841084.424.290.0333457:2.2P3.34P1.6832736010.25：3.340.03379

11、281.92.531.45373331099.762.530.03431991.621.91.23949926516.641.90.035452101.291.30.98700821115.11.30.038254层序号V(mL/s)T/CP/kPav(m/s)Re入14.3326.12.35180.6560491893.0780.033807流23.8326.12.21740.5803511674.6460.03821733.526.21.93530.5298861529.0250.041857管4r3.13r26.31.64060.4743741368.841：0.04675552.332

12、6.41.17260.3532571019.350.06278561.6726.50.8120.252327728.10690.087899突然序号v1(m/s)v2(m/s)RehfE扩大15.5940690.76189131840.834.0882430.72016824.1072240.55938923377.432.0420220.739351管32.4731670.33683614076.730.6992980.752793数据处理示例：1、光滑管：T=20.0C时水的密度1000Kg/m3，粘度1.005mPa?s以光滑管第4组数据为例：qv=3.11m3/hP=4.63kPad=

13、21.0mm1=1.50mhf=P4qvd243.11/360022.495454ReduO.212495454WOO52117.431.005102dP320.020839Re0.2552117.4才250.0209342、粗糙管:以粗糙管第4组数据为例：qv3.1m/h4qv43.122.373081Redu1.0051050741.72攀2O.。2156.3910；0.0325283、突然扩大管:以第1组数据为例：qv3.80m%P4.1036kpad115.5mml1140mmd242.0mml2280mm-J.Y-20.720168u210005.59406924、层流管：以第4组数

14、据为例：qv3.13mL/sP1.6406kPav0.474374m/sd=2.9mml=1.00mRedu1.005101368.841巳2O.O。29佃06130.046755lu110000.474374由上述数据可以得到以下图形:0035匚光滑管Biasills曲线003-0.025-002-1IFRBrIFE|F.TI1IF|T11FIFl|-R1FFinrR|l1FllBri|lliri2000。300004000Q500006000070Q0Q1IFRBrIFE|F.TI1IF|T11FIFl|-R1FFinrR|l1FllBri|lliri2000。300004000Q5000

15、06000070Q0Q层流T?0.090QB007U加；0肿rvefrjeirr|rrvgTiaFvirwiHir*F|Ttrn|Re七、实验结果分析：由上面图表中的数据信息可以得出以下结论:1当Re4000时，流动进入湍流区，摩擦阻力系数入随雷诺数Re的增大而减小。至足够大的Re后，入-Re曲线趋于平缓；2、实验测出的光滑管入-Re曲线和利用Blasius关系式得出的入-Re曲线比较接近，说明当Re在3103105范围内，入与Re的关系满足Blasius关系式，即0.3163/Re025;3、突然扩大管的局部阻力系数随流量的减小而增大；4、在Re2000范围内，流体流动为层流，实验所得层流管的摩擦阻力系数入随Re的变化趋势与公式里特性曲线相差较远，可能原因是在调节Re流量和时间控制中未把握好，人为造成了实验误差，并且流量过大，导致流体并非层流状态。八、思考题在测量前为什么要将设备中的空气排净？怎样才能迅速地排净？答：排气是为了保证流体的连续流动。先打开出口阀排除管路中的气体，然后关闭出口阀，打开U形压差计下端的排气阀。1. 在不同设备、不同温度下测定的入-Re数据能否关联在一条曲线上？答：只要相对粗糙度相同，入-Re数据就能关联到一条曲线上。2. 以水为工作流体所测得的