化工原理流体阻力测定实验讲解.docx
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化工原理流体阻力测定实验讲解
实验名称:
流体流动阻力的测定
班级:
xxx
姓名:
xxx
学号:
xxxx
同组人:
xxx
实验日期:
xxx-xxx-xxx
实验摘要
通过测定不同阀门开度下的流体流量Qv,以及测定已知长度l和管径d的光
滑直管和粗糙直管间的压差p,根据公式l2dup2,其中为实验温度
下流体的密度;流体流速u4Qv2,以及雷诺数Redu(为实验温度下d2
流体黏度),得出湍流区光滑直管和粗糙直管在不同Re下的λ值,通过作
Re双对数坐标图,可以得出两者的关系曲线,以及和光滑管遵循的
Blasius关系式比较关系,并验证了湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺数Re和相
对粗糙度/d的函数。
由公式
u22
2p可求出突然扩大管的局部阻力系u12
数,以及由64求出层流时的摩擦阻力系数,再和雷诺数Re作图得出Re
层流管Re关系曲线
关键词:
摩擦阻力系数局部阻力系数雷诺数Re相对粗糙度ε/d
实验目的
1.掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法。
2.测量湍流直管道的阻力,确定摩擦阻力系数
3.测量湍流局部管道的阻力,确定局部阻力系数。
4.测量层流直管道的阻力,确定摩擦阻力系数。
5.验证湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺数Re和相对粗糙度的函数。
6.将所得光滑管的λ-Re方程与Blasius方程相比较。
三、实验原理
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有关,可
表示为pf(d,l,u,,,)
由因次分析法可知:
直管道的阻力损失hff(,,l,
d,,u)
(1-1)
hfdu
l
uf2F(,
u
d,d)
(1-2)
hf(Red,)
lu2d2
lu2J/kg
d2J/kg
(1-3)
式中l——管道长度,m;
d——
管道内径,m;
u——管道平均流速,m/s2
——
管内粗糙度,m
只要确定管道的长度l,内径d,输送流体的平均流速u,以及摩擦阻力
系数,代入方程(1-3)即可确定阻力hf,其中(Re,),参考如表1-1
表1-1摩擦阻力系数及其影响因素关系
/d
0~/d临界点
/d临界点以上
Re
(水力学光滑管)
(粗糙管)
0~2000
64
64
Re
Re
(层流区)
2000~4000
(过渡区)
4000~Re临界点
(湍流区)
0.3163
Blasuis0.25
BlasuisRe0.25
1218.7
1.742lg()dRe
临界点以上
(阻力平方区)
0.3163
BlasuisRe0.25
12
1.742lg()d
根据机械能衡算方程可知,在外加能量he=0时有:
22
hf(gZ1P1u21)(gZ2P2u22)J/kg(1-4)对于水平无变径直管道,根据式(1-3)和式(1-4)可测得摩擦系数:
2dP
测量2(1-5)lu
2、管道局部阻力损失:
2
hfu1J/kg(1-6)
2
只要确定管道局部阻力系数,平均流速u(突扩管对应细管流速u1),代入式(1-6)即可确定局部阻力hf,其中(Re,局部结构)。
对于水平放置管件,根据式(1-4)和式(1-6)可测得局部阻力系数:
(2P1-P2)u2式中ΔP——管道压差,平均流速,
阀门
u1,u2
22Pu2
1-2突扩管1-2u12
Pa;
m/s2;——液体密度,kg/m3
四、实验流程和设备
流体阻力实验带控制点工艺流程
1-水箱2-水泵3-涡轮流量计4-主管路切换阀5-层流管6-截止阀7-球阀8-不锈钢管9-镀锌管10-突扩管11-流量调节阀(闸板阀)12-层流调节阀(针阀)
13-变频仪T101-水温度,℃Q102-水流量,m3·h-1ΔP103-压降,KPa
实验介质:
水(循环使用)
研究对象:
不锈钢管——l=1.500m,d=0.021m,=0.02mm;
镀锌管——l=1.500m,d=0.0215m,=0.10mm;
突扩管——l1=0.02m,d1=0.016m,
l2=0.28m,d2=0.042m,=0.02mm
截止阀——d=0.0205m
球阀——d=0.0205m
层流管——l=1.500m,d=0.0029m
五、实验操作
1)关闭流量调节阀门,50Hz启动泵,再启动软件
2)打开流量调节阀和所有主管路切换阀10s,排净主管路内气体
3)关闭流量调节阀,开截止阀,球阀中间的两个测压阀,再开压差传感器
排气阀门10s,排净引压管路内气体后,关闭截止阀,球阀中间的两个阀门
4)选定测量管的主管路切换阀打开,并关闭其他主管路切换阀
5)只开测量管的两侧压阀门10s,排净气体后,关闭压差传感器排气阀,记录零点ΔP
6)全开流量调节阀,通过变频器“▼”键(50Hz→10Hz)改变水流量,测完本组数据后关流量调节阀,10Hz条件下再次检查零点ΔP
7)层流实验调泵20Hz,关阀11打开阀门12排气,水量=总重-量筒净重,软件每次先点“开始计时,停止计时”,输入水量,再点“记录数据”,最后该流量,Δt<120s,ΔP取平均
8)实验结束,关闭流量调节阀,主管路和引压管阀门,开压差传感器排气阀门,停泵
注意事项
1)大多数阀门:
顺时针旋转是关闭,逆时针旋转是打开,平行管道是开,垂直管道是关
2)切换管路时,先开下一组的主管路切换阀,再关闭本组切换阀
3)每切换一组管路,重复4~5步操作,检查记录零点
4)每做完一个点,都通过软件点击“查看数据试验结果”,确定点取舍及分布等
六、原始实验数据表格及计算举例
表1不锈钢管实验数据记录表l=1.500m,d=0.021m,=0.02mm
序
水流量
压降
水温度
序
水流量
压降
水温度
号
Qv(m3/h)
ΔP(kPa)
T(℃)
号
Qv(m3/h)
ΔP(kPa)
T(℃)
1
7.06
19.09
20.2
8
2.00
1.95
20.9
2
7.00
19.03
20.5
9
1.60
1.28
20.9
3
5.10
11.32
20.6
10
1.30
0.86
20.9
4
4.01
7.33
20.8
11
1.00
0.50
20.9
5
3.50
5.79
20.9
12
0.80
0.31
20.9
6
2.80
3.77
20.9
13
0.60
0.05
20.9
7
2.50
3.06
20.9
表2镀锌管实验数据记录表l=1.500m,d=0.0215m,=0.10mm
序
水流量
压降
水温度
序
水流量
压降
水温度
号
Qv(m3/h)
ΔP(kPa)
T(℃)
号
Qv(m3/h)
ΔP(kPa)
T(℃)
1
6.95
26.18
21.5
8
2.00
2.66
21.6
2
5.50
17.88
21.6
9
1.60
1.71
21.6
3
5.01
15.16
21.6
10
1.30
1.17
21.6
4
4.00
9.60
21.6
11
1.01
0.73
21.6
5
3.50
7.41
21.6
12
0.81
0.49
21.7
6
2.80
4.81
21.6
13
0.60
0.30
21.7
7
2.40
3.61
21.6
表3突扩管实验数据记录表
l1=0.02m,d1=0.016m,l2=0.28m,d2=0.042m,=0.02mm
序号
水流量Qv(m3/h)
局部压降ΔP(kPa)
水温度T(℃)
1
1.00
0.27
21.7
2
2.00
0.91
21.6
3
3.00
2.16
21.6
4
4.00
3.84
21.7
5
5.65
7.67
21.8
表4截止阀实验数据记录表d=0.0205m
序号
水流量Qv(m3/h)
局部压降ΔP(kPa)
水温度T(℃)
1
2.00
11.56
22.1
2
3.00
25.56
22.1
3
4.00
45.16
22.1
表5球阀实验数据记录表d=0.0205m
序号
水流量Qv(m3/h)
局部压降ΔP(kPa)
水温度T(℃)
1
2.00
11.56
22.1
2
3.00
25.56
22.1
3
4.00
45.16
22.1
表6层流管实验数据记录表l=1.500m,d=0.0030m
序号
水质量M(g)
时间t(s)
管路压降ΔP(kPa)
水温度T(℃)
1
51.84
120.5
0.25
22.2
2
104.76
80.5
0.75
22.2
3
125.23
60.2
1.25
22.2
4
146.84
55.5
1.53
22.3
5
183.94
50.5
2.30
22.3
6
230.09
45.5
3.95
22.4
七、
实验结果作图及分析
表1——不锈钢管
以第一组数据为例计算
Qv=7.06m3/hΔP=19.09kPaT=20.2℃l=1.500m,d=0.021m,=0.02mm
查表可知在
T=20.2℃时,水的密度ρ=998.1kg/m3,黏度μ=1.000mPa·s
水的流速u
4Qv
47.06
3.1436000.0212ms5.66ms
雷诺数Re
du
998.10.0215.66118647
1.000103
摩擦阻力系数
2dP
lu2
20.02119.0910000.017
998.11.5005.662
Blasius关系式求得Blasuis
0.3163
Re0.25
0.31630.017
1186470.25
表2——镀锌管
以第一组数据为例计算
Qv=6.95m3/hΔP=26.18kPaT=21.5℃l=1.500m,d=0.0215m,=0.10mm
查表可知在T=20.2℃时,水的密度ρ=997.8kg/m3,黏度
μ=0.969mPa?
s
4Qv
水的流速ud2
46.95
1
3.1436000.02152ms
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