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1、实验一：流体流动阻力的测定一、实验目的1掌握测定流体流经直管、管件和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，测定流体流经阀门时的局部阻力系数x。 4学会倒U形压差计的使用方法，识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。二、基本原理 流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统时，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
2、定流动时，阻力损失为： （1-1）即， （1-2）式中： 直管阻力摩擦系数，无因次； d 直管内径，m；流体流经l米直管的压力降，Pa；单位质量流体流经l米直管的机械能损失，J/kg； 流体密度，kg/m3；l 直管长度，m；u 流体在管内流动的平均流速，m/s。滞流(层流)时， （1-3） （1-4）式中：Re 雷诺准数，无因次； 流体粘度，kg/(ms)。湍流时是雷诺准数Re和相对粗糙度（/d）的函数，须由实验确定。由式（2）可知，欲测定，需确定l、d，测定、u、等参数。 l、d为装置参数（装置参数表格中给出）， 、通过测定流体温度，再查有关手册而得， u通过测定流体流量，再由管径计算得到
3、。例如本装置采用转子流量计测流量V（m3/h），且已经校核，则 (1-5)可用U型管、倒置U型管、测压直管等液柱压差计测定，或采用差压变送器和二次仪表显示。（1）当采用倒置U型管液柱压差计时 (1-6)式中：R水柱高度，m。 （2）当采用U型管液柱压差计时 (1-7)式中：R液柱高度，m；指示液密度，kg/m3。根据实验装置结构参数l、d，指示液密度，流体温度t0(查流体物性、)，及实验时测定的流量V、液柱压差计的读数R，通过式(5)、(6)或(7)、(4)和式(2)求取Re和，再将Re和标绘在双对数坐标图上。2局部阻力系数x 的测定 局部阻力损失通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。
4、 (1) 当量长度法 流体流过某管件或阀门时造成的机械能损失看作与某一长度为的同直径的管道所产生的机械能损失相当，此折合的管道长度称为当量长度，用符号表示。这样，就可以用直管阻力的公式来计算局部阻力损失，而且在管路计算时可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，则流体在管路中流动时的总机械能损失 为： (1-8) (2) 阻力系数法 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。即： (1-9)故 (1-10) 式中：x 局部阻力系数，无因次； 局部阻力压强降，Pa；（本装置中，所测得的压降应扣除两测压
5、口间直管段的压降，直管段的压降由直管阻力实验结果求取。） 流体密度，kg/m3； g 重力加速度，9.81m/s2；u 流体在小截面管中的平均流速，m/s。 待测的管件和阀门由现场指定。本实验采用阻力系数法表示管件或阀门的局部阻力损失。根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径d，指示液密度，流体温度t0(查流体物性、)，及实验时测定的流量V、液柱压差计的读数R，通过式(1-5)、(1-6)或(1-7)、(1-10)求取管件或阀门的局部阻力系数x。三、实验装置与流程 1 实验装置实验装置如图1所示： 图1 实验装置流程示意图2.实验流程实验对象部分是由贮水箱，离心泵，不同管径、材质的水管，各种阀门
6、、管件，转子流量计和倒U型压差计等所组成的。管路部分有三段并联的长直管，测定局部阻力部分使用不锈钢管，其上装有待测管件(闸阀)，光滑管直管阻力的测定同样使用内壁光滑的不锈钢管，而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较粗糙的镀锌管。水的流量使用转子流量计测量，管路和管件的阻力采用各自的倒U形压差计测量，流体温度由金属温度计测量。3装置参数装置参数如表1所示。 表1名称材质管内径（mm）测量段长度（cm）管路号管内径局部阻力闸阀1A20.9100光滑管不锈钢管1B20.9100粗糙管镀锌铁管1C21.1100四、实验步骤1启动水泵电机，待电机转动平稳后，把泵的出口阀缓缓开到最大。2对倒U型压差计进行
7、排气和调零，使压差计两端在带压且零流量时的液位高度相等。3实验时先缓缓开启调节阀，调节流量，让流量从0.4到4m3/h范围内变化。每次改变流量，待流动达到稳定后，分别记下压差计左右两管的液位高度，两高度相减的绝对值即为该流量下的差压。注意正确读取不同流量下的压差和流量等有关参数。4装置确定时，根据和u的实验测定值，可计算和，在等温条件下，雷诺数Re=du/=Au，其中A为常数，因此只要调节管路流量，即可得到一系列Re的实验点，从而绘出Re曲线。5实验结束，关闭出口阀，停止水泵电机，清理装置。五、实验数据处理根据上述实验测得的数据填写到下表：实验日期： 实验人员： 学号： 温度： 装置号： 直管
8、基本参数： 光滑管径 粗糙管径 局部阻力管径 序号流量(m3/h)光滑管mmH2O粗糙管mmH2O局部阻力mmH2O左右压差左右压差左右压差六、实验报告 1根据粗糙管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出Re曲线，对照化工原理教材上有关曲线图，即可估算出该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。 2根据光滑管实验结果，对照柏拉修斯方程，计算其误差。 3根据局部阻力实验结果，求出闸阀全开时的平均值。 4对实验结果进行分析讨论。 七、思考题 1在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的出口阀?为什么? 2如何检测管路中的空气已经被排除干净? 3以水做介质所测得的Re关系能否适用于其它流体?如何应用? 4在不同设
9、备上(包括不同管径)，不同水温下测定的Re数据能否关联在同一条曲线上? 5如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响?实验二：雷诺演示实验一、实验目的观察流体在管内流动的两种不同流型。 二、基本原理流体流动有两种不同型态，即层流(滞流)和湍流(紊流)。流体作层流流动时，其流体质点作直线运动，且互相平行；湍流时质点紊乱，流体内部存在径向脉动，但流体的主体向同一方向流动。雷诺准数是判断流动型态的准数，若流体在圆管内流动，则雷诺准数可用下式表示： （21）式中，Re雷诺准数，无因次； d管子内径，m； u流体流速，ms； 流体密度，kgm3； 流体粘度；Pas。 对于一定温度的流体，
10、在特定的圆管内流动，雷诺准数仅与流体流速有关。本实验通过改变流体在管内的速度，观察在不同雷诺准数下流体流型的变化，一般认为Re4000时。流动为湍流；2000Re4000时，流动处于过渡区，或层流或湍流。 三、 实验装置与流程实验装置如图1-15所示。主要由贮水槽、玻璃试验导管、转子流量计以及移动式镜面不锈钢实验台等部分组成。 实验前，先将水充满带溢流装置的贮水槽，打开转子流量计后的调节阀，先将系统中的气泡排尽。 示踪剂采用有色墨水，它由有色墨水贮瓶经连接软管和注射针头，注入试验导管。注射针头位于试验导管入口向里约15厘米（设计为可调）处的中心轴位置。 图2-1 流体流动现象演示实验装置 1贮
11、水槽 2. 有色墨水贮瓶3. 试验导管4. 转子流量计5. 移动式实验台 四、演示操作1、层流试验时，先稍开启调节阀，将流量从0慢慢增大至所需要的值。再调节有色墨水贮瓶的注射器开关，排尽管中的气泡并调节开关的大小至适宜位置，使有色墨水的注人流速与试验导管中主体流体水的流速相适应，一般略低于水的流速为宜。待流动稳定后记录水的流量。此时，在试验导管的轴线上，就可观察到一条平直的有色细流，好象一根拉直的有色直线一样。 2、湍流缓慢地加大调节阀的开度，使水流量平稳地增大。玻璃导管内的流速也随之平稳地增大。可观察到：玻璃导管轴线上呈直线流动的有色细流，开始发生波动。随着流速的增大，红色细流的波动程度也随
12、之增大，最后断裂成一段段的红色细流。当流速继续增大时，红墨水进入试验导管后。立即呈烟雾状分散在整个导管内，进而迅速与主体水流混为体，使整个管内流体染为一色。实验三：离心泵性能特性曲线测定实验一、实验目的1）了解离心泵结构与特性，学会离心泵的操作。2）测定恒定转速条件下离心泵的有效扬程(H)、轴功率(N)、以及总效率（）与有效流量(V)之间的曲线关系。3）测定改变转速条件下离心泵的有效扬程(H)、轴功率(N)、以及总效率（）与有效流量(V)之间的曲线关系。4）学会轴功率的两种测量方法：马达天平法和功率表法。5）了解压力传感器和变频器的工作原理和使用方法。6）学会采用变频器调节泵流量的操作方法。7）学会化工原理实验软件库（组态软件MCGS和VB实验数据处理软件系统）的使用。二、基本原理离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下扬程H、轴功率N
