化工原理实验一(流体流动阻力的测定)

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1、实验报告课程名称：过程工程原理实验指导老师：成绩：_ 实验名称：流体流动阻力的测定实验类型：验证型同组学生姓名：贾丙西、王建璞、张茜一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的1 掌握测定流体流经直管、管件（阀门）时阻力损失的一般实验方法。2 测定直管摩擦系数 与雷诺准数 Re的关系，验证在一般湍流区内 与Re的关系曲线。3 测定流体流经管件（阀门）时的局部阻力系数 。4 识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。二、实验内容和原理流体通过由直管、管件和阀门等组成的

2、管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在， 要损失一定的机械能。流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。流体通过管件、 阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。1直管阻力摩擦系数 的测定流体在水平等径直管中稳定流通时，由阻力损失公式可求得阻力系数公式：=2d pf lu2其中直管内径 d、直管长度 l已知，流体密度 由测得温度查表可以得到，流体流经l 米直管的压力降 pf由实验测得。流体在管内流动的平均流速u 可通过测定流体流量，再由管径计算得到。公式如下所示：u =V900 ?d2式中： V 为流量计测得的流量，m3/h。可有实验测得。专业： _控制系

3、自动化 _姓名： _潘纤纤 _学号： _3080102755_日期： _2010.11.19_地点：_教十 1208_当管内为湍流时，有雷诺数公式Re=du 式中， Re为雷诺准数，无因次； 为流体粘度，kg/(m ? s)，可通过查手册得知。湍流时 是雷诺数 Re和相对粗糙度d的函数，故可由实验测得的数据作出 Re曲线，并求出相对粗糙度 d。2局部阻力系数 的测定流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数，局部阻力的这种计算方法，称为阻力系数法。公式为： =2 pf u2其中流体密度 由实验时测得温度查表得到，局部阻力压强降 pf由实验直接测得，流体在小

4、截面管中的平均流速u 可有实验直接测得的流量转化得到。三、实验仪器设备实验对象部分由储水箱，离心泵，不同管径、材质的水管，各种阀门、管件，涡轮流量计和倒U 型差压计等组成。管路部分有三段并联长直管，同时在粗糙管直管和光滑管直管上分别装有闸阀和截止阀，用于测定不同种类阀门的局部阻力系数。装置参数如下表所示。名称类型管内径（ mm）测量段长度（mm）光滑管不锈钢管21 1000 粗糙管镀锌铁管22 1000 光滑管局部阻力截止阀21 660 粗糙管局部阻力闸阀22 680 表 3.1 装置参数表四、实验步骤1 开启仪表柜上总电源和仪表电源开关。2 对水泵灌水， 关闭泵出口阀， 启动泵， 待电机转动

5、平稳后，缓缓调整出口阀至最大。3 全开流量调节阀，排除测试管内空气。4 实验从最大流量开始做起，最小流量控制在1m3/h 以上，每次调节流量变化使得本次流量约为上次流量的0.85 倍， 待参数稳定后再读数，同时读取不同流量下的压差、流量和温度等有关参数。5 实验结束，关闭泵出口阀，关闭水泵电机，关闭仪表电源和总电源开关，将实验装置恢复原状。6 根据实验原理，分别绘制出粗糙管和光滑管的 Re曲线，求出两类阀门的 值，并分析实验结果。五、实验数据记录与处理1光滑管 测定与 Re曲线绘制序号流量 V/(m3/h) 直管压差 pf/kPa 温度 t=19.0密度 =998.2kg/m3 黏 度 = 1

6、.005 10- 3Pa/s 1 5.40 8.98 2 4.73 7.07 3 4.04 5.36 4 3.31 3.76 5 2.80 2.78 6 2.43 2.15 7 2.02 1.56 8 1.71 1.15 9 1.48 0.88 10 1.19 0.59 表 5.1 原始数据要计算 和Re，需先由以下公式求得流速u =V3600 d24由以下公式求得=2d pf lu2再由以下公式求得雷诺数ReRe=du 结果如下表所示序号流速u(m/s)直管阻力摩擦系数雷诺数Re1 4.333 0.0201 90377 2 3.795 0.0206 79156 3 3.242 0.0214

7、67621 4 2.656 0.0224 55399 5 2.247 0.0232 46868 6 1.950 0.0238 40673 7 1.621 0.0250 33811 8 1.372 0.0257 28617 9 1.188 0.0262 24779 10 0.955 0.0272 19919 表 5.2 计算结果图 5.1 光滑管 Re曲线对照课本图1-32，读出本曲线对应的相对粗糙度d约为 0.001 2光滑管阀门 值测定序号流量 V/(m3/h) 直管 压 差 pf/kPa 截止阀压差 pf,/kPa 温度 t=19.0密度 =998.2kg/m3 黏 度 = 1.005 1

8、0- 3Pa/s 1 5.40 8.98 80.3 2 4.73 7.07 61.7 3 4.04 5.36 45.3 4 3.31 3.76 30.4 5 2.80 2.78 21.9 6 2.43 2.15 16.3 7 2.02 1.56 11.4 8 1.71 1.15 8.0 9 1.48 0.88 6.0 10 1.19 0.59 3.9 表 5.3 原始数据要计算 ，需先由公式求得流速u =V3600 d24由下述公式求得阀门处压降 pf“ pf= pf- 0.66 pf再由以下公式求得局部阻力系数 =2 pf u2结果如下表序号流速u(m/s)阀门处压降 pf“/kPa局部阻力

9、系数1 4.333 74.37 7.936 2 3.795 57.03 7.934 3 3.242 41.76 7.961 4 2.656 27.92 7.930 5 2.247 20.06 7.960 6 1.950 14.88 7.840 7 1.621 10.37 7.907 8 1.372 7.241 7.707 9 1.188 5.419 7.693 10 0.955 3.511 7.106 表 5.4 值计算结果3粗糙管 测定与 Re曲线绘制序号流量 V/(m3/h) 直管压差 pf/kPa 温度 t=19.0密度 =998.2kg/m3 黏 度 = 1.005 10- 3Pa/s

10、 1 5.64 12.44 2 4.83 9.24 3 4.02 6.43 4 3.45 4.89 5 3.02 3.75 6 2.52 2.63 7 2.12 1.88 8 1.81 1.38 9 1.57 1.04 10 1.29 0.71 表 5.5 原始数据计算方法与使用公式同上，可得到下表：序号流速u(m/s)直管阻力摩擦系数雷诺数Re1 4.123 0.0322 90092 2 3.531 0.0327 77156 3 2.939 0.0328 64221 4 2.522 0.0339 55109 5 2.208 0.0339 48247 6 1.842 0.0342 40250

11、7 1.550 0.0345 33869 8 1.323 0.0348 28909 9 1.148 0.0348 25085 10 0.943 0.0352 20606 表 5.6 计算结果图 5.2 粗糙管 Re曲线对照课本图1-32，无法读出相对粗糙度。4粗糙管截止阀 值测定序号流量 V/(m3/h) 直 管 压 差 pf/kPa 闸 阀 压 差 pf,/kPa 温度 t=19.0密度 =998.2kg/m3 黏度= 1.005 10- 3Pa/s 1 5.64 12.44 17.85 2 4.83 9.24 13.31 3 4.02 6.43 9.35 4 3.45 4.89 7.16

12、5 3.02 3.75 5.54 6 2.52 2.63 3.94 7 2.12 1.88 2.84 8 1.81 1.38 2.13 9 1.57 1.04 1.63 10 1.29 0.71 1.15 表 5.7 原始数据经过类似光滑管局部阻力系数计算方法，得到下表序号流速u(m/s)阀门处压降 pf“/kPa局部阻力系数1 4.123 9.391 1.230 2 3.531 7.027 1.255 3 2.939 4.978 1.155 4 2.522 3.835 1.208 5 2.208 2.99 1.229 6 1.842 2.152 1.271 7 1.550 1.562 1.3

13、03 8 1.323 1.192 1.364 9 1.148 0.923 1.403 10 0.943 0.667 1.525 表 5.4 值计算结果六、实验结果与分析1 Re曲线分析从绘制曲线图形来看，光滑管和粗糙管的曲线在测量范围内无法很好的符合教材上已知的 Re曲线，从实验所得的光滑管的 Re曲线我们大致可以估计出相对粗糙度为 0.001， 但是却无法从粗糙管的 Re曲线中估计相对粗糙度，这也说明实验中存在较大误差。2局部阻力系数 对比分析实验结果为截止阀局部阻力系数 平均值为7.80，闸阀局部阻力系数 平均值为1.59,。从实验结果来看，闸阀局部阻力系数远小于截止阀，符合两类阀门的特性

14、。但是和理论上的局部阻力系数相比误差较大，说明实验中存在较大误差。3误差分析误差可能主要来源于实验仪器的不精确导致的系统误差和测量过程中读数导致的人为误差，比如读数时仪器上显示值不断在变，我们读数时未等流体稳定下来就读取了变化数中的一个值，这就引进了误差，而且环境因素也会导致一定误差。七、实验心得本次实验是进行流体流动阻力的测定，通过本实验，我更加深入的理解了相关的理论知识，从实际操作中巩固并掌握了测定流体流经直管、管件是阻力损失的方法，并进行直管摩擦系数与雷诺准数关系的验证，让我对理论知识有了更彻底的认识，让我将理论知识联系实验，在实验中理解理论知识，强化理论知识。而且，通过本实验的曲线的绘制，使我对origin 软件重新熟悉， 并熟练掌握。 最重要的一点是在实验中对实验仪器的学习研究，因为以前没接触如此一整套系统的实验装置来进行实验，所以也使我们对整套系统开始由了深入的了解和学习，将理论和实际能结合的更加紧密。