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1、装 订 线专业： 姓名： 学号： 日期： 地点： 实验报告课程名称： 过程工程原理实验(乙）指引教师: 成绩：_实验名称: 流体力学综合实验流体流动阻力的测定 同组学生姓名: 实验类型: 流体力学实验 一、实验目的和规定(必填)二、实验内容和原理(必填）三、实验材料与试剂（必填) 四、实验器材与仪器(必填)五、操作措施和实验环节(必填) 六、实验数据记录和解决七、实验成果与分析(必填） 八、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措施;2. 测定直管摩擦系数与雷诺准数的关系，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
2、系数;4. 识辨构成管路的多种管件、阀门，并理解其作用。二 实验原理 流体通过由直管、管件（如扩大管、三通和弯头等)和阀门等构成的管路系统时,由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能。流体流经直管时所导致的机械能损失成为直管阻力损失。流体通过管件、阀门时由于流体运动方向和速度大小的变化所引起的机械能损失成为局部阻力损失。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动时,阻力损失为：(） ()公式中: 直管阻力摩擦系数,无因次； 直管内径，m;装 订 线 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/; 流体密度，kg/m; 直管长度,m; u流体在
3、管内流动的平均速度，m/s;滞流(层流)时：(3） ()式中:R雷诺准数,无因次；流体粘度,k/（）。湍流时是e和相对粗糙度（/d)的函数,须由实验测定。由(2)可是,要测定,需要拟定l、d,测定、u、等参数。l、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,通过测定流体流量，再由管径计算得到。本装置流量采用涡轮流量计或转子流量计测量，则（）式中:V流量计测得的流量，m3/。 可用U型管、倒置U型管、测压直管等液柱压差计测定，或采用压差变送器和二次仪表显示。根据实验装置构造参数l、,批示液密度0,流体温度t0(查流体物性、),以及实验时测定的流量、，求取e和,再将R和
4、标绘在双对数坐标图上。局部阻力系数的测定流体通过某一管件或者阀门时的机械能损失表达为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数，局部阻力的这种算法,叫做阻力系数法。即:装 订 线(6）故： ()式中:单位质量流体流经某一管件或阀门时的机械能损失,J/g； 局部阻力系数，无因次； 局部阻力压强降,a；（本装置中,所测得的压强降应扣除阀门二端两侧压口间直管段的压降,直管段的压降由相应管路的直管阻力实验成果求取); 流体密度,kg3； g重力加速度,9.m/s2； u流体在小截面管中的平均流速,m/s。根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径d,流体温度t0(查流体物性、),以及实验时测定的流量、,通过式
5、(6）或(7）,求取管件(阀门)的局部阻力系数。三 实验仪器 .实验装置 实验对象部分由贮水箱、离心泵,不同管径、材质的水管,多种阀门、管件,涡轮流量计和倒型压差计等所构成。管路部分有三段并联长直管,自上而下分别为用于测定直管层流阻力、粗糙管直管阻力系数、光滑管直管阻力系数。同步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。水的流量使用转子流量计或涡流流量计测量,管路直管阻力和阀门的局部阻力采用相应的倒型压差计或压差传感器测量。 .实验流程：实验装置流程图如图1中箭头所示。 3装置参数装 订 线 装置参数如下表所示。名称类型管内径(m)测量段长度(mm)光
6、滑管不锈钢管21100粗糙管镀锌铁管220光滑管局部阻力截止阀216粗糙管局部阻力闸阀22680层流管不锈钢管6图1 流体力学综合实验装置装置流程示意图四 实验环节1. 启动仪表柜上的总电源、仪表电源开关;2. 一方面对水泵进行灌水,然后关闭泵出口阀，启动水阀，待电机转动平稳后,把泵的出口阀缓缓开到最大;3. 全开流量调节阀,以排除测试管路内的空气。当采用型压差计（或倒U型压差计）测量压差时,应先对U型压差计（或倒型压差计）进行排气和调零,使压差计两端在带压且零流量时的液位高度相等。本装置选用差压变送器测量压差,当使用差压变送器测量压差时，也应先对差压变送器两侧的引压管进行排气操作;装 订 线
7、4. 实验从最大流量开始做起,最小流量控制在.53/h以上，每次流量为上次的0.5倍,流量变化后，要待流动达到稳定后再读数,实验时同步读取不同流量下的压差、流量和温度等有关参数;5. 装置拟定期,根据P和u的实验测定值，可以计算和,在等温条件下，雷诺数R=u=Au,其中为常数,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；6. 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，将实验装置恢复原样。五 实验数据记录及解决实验原始数据如实验原始数据登记表。1.直管阻力摩擦系数的测定水温21，此时水的密度 ,其粘度光滑管(d21，000m)序号流量V/（h）直管压
8、差pf Pa流速u（/s)雷诺数Re118.54120.2128693864050.0174033.712.8.02246349352.530.0218502.72.52.0384554962.2621.81002478571.931.40024729911.640.9120.02429粗糙管(d=2m,=100mm)169.27003899514971.73.6039480944.238.64.090399689026.4250.0359053.4.82.3.4647256293351.841421447292.42.0.173677.61.681.3600403391.0.81170038
9、269在双对数坐标轴上绘出两条e曲线如下：装 订 线光滑管的Re曲线(舍弃误差较大的第、组数据)由流体力学有关知识可知:当100e1时，光滑管的摩擦系数满足柏拉修斯经验公式:，而测量成果为：,有一点差距。查化工原理教材莫狄（My）图,可得该粗糙管的相对粗糙度/d约为0.0004，则其绝对粗糙度约为0.0084mm。粗糙管的Re曲线(舍弃误差较大的第8、9组数据）装 订 线由流体力学有关知识可知:实验成果也各经验公式存在某些误差。查化工原理教材莫狄（Mody）图，可得该粗糙管的相对粗糙度约为0.01,则其绝对粗糙度约为=0.22mm。2.局部阻力系数的测定水温t=1,此时水的密度,其粘度光滑管
10、截止阀(d=m,l=60m)序号流量V/(m3/h)直管压差 /Pa阀压差pf Pa流速u/(s)平均值5.185693.3412.4910.2982.38.4083.110.37433.71478729810.28743.63.53.231252.67.592531106.26.9218.18110.5871，931.411.1.5510.06881.6408.329.155粗糙管 闸阀(d2m,l=80m)装 订 线5.86.0339.2.26025224971179.93630734.38.7.7302743.626.25.3.650653.05458.72.20.2606293.2.7
11、41.89.272.192.41.960.2461.861.68.3.365601180.9170.20(注：在计算截止阀局部阻力系数时舍弃误差较大的第8组数据)即实验测得该截止阀全开时的局部阻力系数为10.98,该闸阀全开时的局部阻力系数为0.252。六 实验结论及误差分析实验结论：本次实验可以有效地测定该管路的Re曲线、估算管路相对粗糙度并计算阀门的局部阻力系数。实验测得光滑管的相对粗糙度为/00,则其绝对粗糙度约为=.084m；粗糙管的相对粗糙度为/=001,则其绝对粗糙度约为=2测得截止阀全开时的局部阻力系数为1.98,闸阀全开时的局部阻力系数为=0.252。结论分析:在作光滑管和粗糙管的R曲线时均将流量最小的两组数据舍弃,用此时的数据计算出来
