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1、word化工大学化工原理实验报告实验名称：流体阻力实验班级：某某：学号： 序号：同组人：设备型号：实验日期：一、实验摘要本实验使用UPRS型第4套实验设备，通过测量不同流速下水流经不锈钢管、镀锌管、层流管、突扩管、阀门的压头损失来测定不同管路、局部件的雷诺数与摩擦系数曲线。确定了摩擦系数和局部阻力系数的变化规律和影响因素，验证在湍流区内与雷诺数Re和相对粗糙度的函数。该实验结果可为管路实际应用和工艺设计提供重要的参考。关键词：摩擦系数，局部阻力系数，雷诺数，相对粗糙度二、实验目的1、测量湍流直管的阻力，确定摩擦阻力系数。2、测量湍流局部管道的阻力，确定摩擦阻力系数。3、测量层流直管的阻力，确定
2、摩擦阻力系数。4、验证在湍流区内摩擦阻力系数与雷诺数Re和相对粗糙度的函数5、将所得光滑管的-Re方程与Blasius方程相比拟。三、实验原理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，由于黏性和涡流作用产生摩擦阻力。此外，流体经过突然扩大、弯头等管件时，由于运动速度方向突然变化，也会产生局部阻力。利用量纲分析的方法，流体流动阻力与流体的性质、流体流经处的几何尺寸、流体的运动状态有关，可表示为： 引入无量纲数群：雷诺数： 相对粗糙度： 长径比： 从而得到： 令：，如此 可得阻力系数与压头损失之间的关系，这种关系可通过实验测得。 1式中 直管阻力(J/kg)，被测管长(m)，被测管内径
3、(m)，平均流速(m/s)，摩擦阻力系数。根据机械能衡算方程，实验测量： 2对于水平无变径直管道，结合式1与式2可得摩擦系数：测量当流体在管径为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的压强差，即为流体流过两截面间的流动阻力。通过改变流速可测出不同Re下的摩擦阻力系数，这样便能得到某一相对粗糙度下的关系。由前人经验，当在X围内时，其关系满足Blasius关系式，在层流X围内满足线性关系，见(表1)。表1 摩擦阻力系数与雷诺数关系02000200040004000Re临界点临界点以上(水力光滑管)(粗糙管)2、局部阻力 3将局部阻力系数，平均流速u，代入方程即可确定局部阻力。式
4、中与局部结构关系见表2表2 局部阻力系数与局部结构关系Re4000结构突扩管截止阀球阀=常数=常数对于水平放置条件，根据式13可得局部阻力系数计算式为：无变径和有变径式中，p1 p2为上下游截面压强差，u1 u2为平均流速，为密度四、实验流程与设备图1 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-镀锌钢管；10-突扩管；11-流量调节阀闸阀12-层流管流量阀针阀13-变频仪实验介质：水循环使用研究对象：不锈钢管，; 镀锌管，; 突扩管，l1=0.020m,d1=0.016,l2=0.280m,d2=0.0
5、42; 截止阀，DN20,d=0.021m; 球阀，DN20,d=0.021m; 层流管，;仪器仪表：涡轮流量计，LWGY-25型，0.610m3/h,准确度等级0.5； 温度计，Pt100,0200 压差传感器，WNK3051显示仪表：AI-708等，精度等级0.1。变频仪：西门子MM420型。其他：计算机数据采集和处理，380VAC+220VAC五、实验操作1、准备：1打开电脑，启动“流体阻力实验软件。2连接数据线，并按照要求正确安装相应驱动。2按下控制柜绿色按钮开启控制柜，至实验完毕再按下红色按钮关闭。4开泵，关闭流量调节阀，按变频器上的绿色按钮开启泵，降频至25Hz。5主管路排气：全开
6、流量调节阀、压差传感器排气阀，再关闭流量调节阀约10秒。6测压管线排气：打开全部测压阀、压差传感器排气阀，查看p孔板。7再次打开传感器排气阀，10秒后关闭，重复屡次至零点不变，记录p孔板。2、不锈钢管实验：1重复准备过程的7并记录p孔板。2打开不锈钢管测量管路切换阀，测压阀。3/h以上通过变频器调节，记录数据。3、镀锌管实验：1重复准备过程的7并记录p孔板。2打开镀锌管测量管路切换阀，测压阀。关闭其他切换阀、测压阀。3/h以上通过变频器调节，记录数据。4、球阀、截止阀实验：1重复准备过程的7并记录p孔板。2打开球阀、截止阀测量管路切换阀。关闭其他切换阀、测压阀。3打开球阀两端的测压阀。3/h以
7、上通过变频器调节，记录数据。5关闭球阀两端测压阀，开启截止阀两端测压阀，重复上述过程，记录数据。5、层流管实验：1重复准备过程的7并记录p孔板。2降低水泵频率。3关闭其他切换阀、测压阀。全开层流管流量阀。4调节层流管路出口阀，改变管路压降，用量桶测量一定时间内流出的液体量，并记录其重量。6、完毕实验，关闭全部阀门，通过变频器关泵，关闭控制柜。六、实验数据表格与计算举例1、湍流不锈钢管数据表P0/kPal/md/m/mm0.08 1.500 0.0205 0.02 序号水流量qv/m3h-1管路压降p/kPa水温度t/水密度/kgm-3水粘度/Pas水流速 u/ms-1雷诺数Re摩擦系数blas
8、ius10.60 0.37 19.5 998.2 0.51 10287 0.031 0.031 20.85 0.62 19.5 998.2 0.72 14573 0.029 0.029 31.00 0.80 19.5 998.2 0.84 17145 0.028 0.028 41.31 1.25 19.5 998.2 1.10 22459 0.026 0.026 51.58 1.72 19.5 998.2 1.33 27088 0.025 0.025 61.98 2.54 19.5 998.2 1.67 33946 0.024 0.023 72.54 3.94 19.5 998.2 2.14
9、43547 0.023 0.022 83.00 5.26 19.6 998.2 2.53 51434 0.022 0.021 94.05 9.06 19.6 998.2 3.41 69435 0.021 0.019 104.98 13.28 19.7 998.2 4.19 85380 0.021 0.019 116.01 18.68 20.0 998.2 5.06 103039 0.020 0.018 127.30 27.02 20.2 998.2 6.15 125155 0.020 0.017 计算示例：以第一组为例1） 流速2） 雷诺数3） 摩擦系数4） 理论摩擦系数2、湍流镀锌管数据表P
10、0/kPal/md/m/mm0.07 1.500 0.0220 0.10 序号水流量qv/m3h-1管路压降p/kPa水温度t/水密度 /kgm-3水粘度/Pas水流速 u/ms-1雷诺数Re摩擦系数blasius10.59 0.33 21.0 998.2 0.43 9426 0.041 0.032 20.78 0.48 21.1 998.2 0.57 12461 0.037 0.030 30.95 0.66 21.2 998.2 0.69 15177 0.036 0.028 41.29 1.05 21.2 998.2 0.94 20608 0.032 0.026 51.60 1.50 21.
11、2 998.2 1.17 25561 0.031 0.025 61.96 2.12 21.2 998.2 1.43 31312 0.029 0.024 72.48 3.20 21.2 998.2 1.81 39619 0.028 0.022 83.02 4.55 21.4 998.2 2.21 48246 0.027 0.021 94.00 7.53 21.6 998.2 2.92 63902 0.026 0.020 104.96 11.23 21.9 998.2 3.63 79239 0.025 0.019 115.95 15.72 22.0 998.2 4.35 95055 0.024 0
12、.018 127.27 23.08 22.5 998.2 5.32 116142 0.024 0.017 计算示例：以第一组为例1） 流速2） 雷诺数3） 摩擦系数4） 理论摩擦系数3、湍流突扩管数据表 P0/kPal1/md1/ml2/md2/m/mm0.05 0.020 0.0160 0.280 0.0420 0.02 序号水流量qv/m3h-1局部压降p2-1/kPa水温度t/水密度 /kgm-3水粘度/Pas水流速 u1/ms-1水流速 u2/ms-1雷诺数Re1局部阻力系数理论值12.00 1.18 22.6 998.2 2.76 0.401 43933 0.83 0.73 22.98 2.64 22.6 998.2 4.12 0.598 65460 0.83 0.73 34.00
