【2017年整理】实验讲义(化工原理).doc

实验一、雷诺实验 一、实验目的 了解管内流体质点的运动方式，认识不同流动形态的特点，掌握判别流型的准则。 观察圆直管内流体作层流、过渡流、湍流的流动型态。观察流体层流流动的速度分布。 二、实验内容 1. 以红墨水为示踪剂，观察圆直玻璃管内水为工作流体时，流体作层流、过渡流、湍流时的各种流动型态。 观察流体在圆直玻璃管内作层流流动的速度分布。 三、实验装置 实验装置流程如图1-1所示。 图1-1 雷诺实验装置 1 溢流管；2 墨水瓶；3 进水阀；4示踪剂注入管 5水箱；6 水平玻璃管；7 流量调节阀 实验管道有效长度: L＝600 mm 外径: Do＝30 mm 内径: Di＝24.5 mm 孔板流量计孔板内径: do＝9.0 mm 四、实验步骤 1. 实验前的准备工作 (1) 实验前应仔细调整示踪剂注入管4的位置，使其处于实验管道6的中心线上。 (2) 向红墨水储瓶 2 中加入适量稀释过的红墨水，作为实验用的示踪剂。 (3) 关闭流量调节阀7，打开进水阀3，使水充满水槽并有一定的溢流，以保证水槽内的液位恒定。 (4) 排除红墨水注入管4中的气泡，使红墨水全部充满细管道中。 2. 雷诺实验过程 (1) 调节进水阀，维持尽可能小的溢流量。轻轻打开阀门7，让水缓慢流过实验管道。 (2) 缓慢且适量地打开红墨水流量调节阀，即可看到当前水流量下实验管内水的流动状况（层流流动如图1-2所示）。用体积法（秒表计量时间、量筒测量出水体积）可测得水的流量并计算出雷诺准数。因进水和溢流造成的震动，有时会使实验管道中的红墨水流束偏离管的中心线或发生不同程度的摆动；此时, 可暂时关闭进水阀3，过一会儿，即可看到红墨水流束会重新回到实验管道的中心线。 图1-2 层流流动示意图 (3) 逐步增大进水阀3和流量调节阀7的开度，在维持尽可能小的溢流量的情况下提高实验管道中的水流量，观察实验管道内水的流动状况（过渡流、湍流流动如图1-3所示）。同时，用体积法测定流量并计算出雷诺准数。 图1-3 过渡流、湍流流动示意图 3．流体在圆管内流动速度分布演示实验 首先将进口阀 3打开，关闭流量调节阀7。打开红墨水流量调节阀，使少量红墨水流入不流动的实验管入口端。再突然打开流量调节阀7，在实验管路中可以清晰地看到红墨水流动所形成的，如图1-4所示的速度分布。 图1-4 速度分布示意图 4. 实验结束时的操作 关闭红墨水流量调节阀，使红墨水停止流动。 关闭进水阀 3，使自来水停止流入水槽。 待实验管道冲洗干净，水中的红色消失时,关闭流量调节阀7。 若日后较长时间不用，请将装置内各处的存水放净。 五、注意事项 做层流流动时,为了使层流状况能较快地形成，而且能够保持稳定。第一，水槽的溢流应尽可能的小。因为溢流大时，上水的流量也大，上水和溢流两者造成的震动都比较大，影响实验结果。第二，应尽量不要人为地使实验装置产生任何震动。为减小震动，若条件允许，可对实验架进行固定。 实验二、流体流动阻力测定实验 一、实验目的 ⒈ 学习直管摩擦阻力△Pf、直管摩擦系数?的测定方法。 ⒉ 掌握不同流量下摩擦系数?与雷诺数Re之间关系及其变化规律。 ⒊ 学习压差传感器测量压差，流量计测量流量的方法。 ⒋ 掌握对数坐标系的使用方法。 二、实验内容 ⒈ 测定既定管路内流体流动的摩擦阻力和直管摩擦系数?。 ⒉ 测定既定管路内流体流动的直管摩擦系数?与雷诺数Re之间关系曲线和关系式。三、实验原理 流体在圆直管内流动时，由于流体的具有粘性和涡流的影响会产生摩擦阻力。流体在管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和摩擦系数有关，它们之间存在如下关系。 hf = = λ= Re = 式中：管径，m ； 直管阻力引起的压强降，Pa； 管长，m； 管内平均流速，m / s； 流体的密度，kg / m3； 流体的粘度，N·s / m2。 摩擦系数λ与雷诺数Re之间有一定的关系，这个关系一般用曲线来表示。在实验装置中，直管段管长l和管径d都已固定。若水温一定，则水的密度ρ和粘度μ也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降△Pf与流速u（流量V）之间的关系。 根据实验数据和式6-2可以计算出不同流速（流量V）下的直管摩擦系数λ，用式6-3计算对应的Re，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与Re的关系曲线。