化工原理基本实验.doc

化工原理基本实验 3.1 流体流动阻力的测定 3.1.1 实验目的 (1) 学习管路阻力损失(hf)、管路摩擦系数(λ)、管件(阀件)局部阻力系数(ζ)的测定方法，并通过实验了解它们的变化规律，巩固对流体阻力基本理论的认识； (2) 了解与本实验有关的各种流量测量仪表、压差测量仪表的结构特点和安装方式，掌握其测量原理，学会其使用方法。 3.1.2 实验原理 实际流体沿直管壁面流过时因粘性引起剪应力，由此产生的阻力损失称为直管阻力损失。流体流过管件、阀门或突然扩大(缩小)时造成边界层分离，由此产生的阻力称为局部阻力。上述两种阻力的测定原理如下： (1) 直管阻力损失 为了测定流体流过长为l、内径为d的直管的阻力损失，在其两端安装一个U形管压差计。在压差计的上、下游取压面1-1与2-2间列伯努利方程： (3-1) 对于水平等径直管，有，，所以 (3-2) 流体流过直管的压降由压差计测定，即 (3-3) 于是 (3-4) 因为，所以在某一流量下摩擦系数可按下式计算： (3-5) 式中：、——分别为直管阻力压差计指示剂及流体的密度；R——U形压差计读数。 根据因次分析，流体在直管内湍流流动时摩擦系数为雷诺准数Re和管子相对粗糙度(ε/d)的函数，即 (3-6) (2) 局部阻力 根据局部阻力系数法，流体流过管件或阀门的阻力损失为 (3-7) 式中：、——分别为局部阻力压差计指示剂及流体的密度；——U形压差计读数。 所以，在某一流量下阀件或者管件的局部阻力系数可按下式计算： (3-8) 根据式(3-4)~(3-8)，实验的组织方法是：在待测的直管段、管件(如大小头、90o弯头等)或者阀门(如闸阀、球阀等)两端安装U形管压差计，在管路下游安装出口阀，在直管段安装流量计，再配以温度计、管件、水槽等部件组成循环管路。 3.1.3 实验装置与流程 本实验装置由离心泵、涡轮流量计、水槽、U形压差计等组成，其流程如图3-1所示。 图3-1 流体流动阻力实验装置 1—水槽；2—离心水泵；3—流量计；4—温度计；5—阀件或管件；6—直管； 7—底阀；8—控制阀；9—引水阀；10，11—排气阀；12—平衡阀；13—总管排气阀 3.1.4 实验步骤 (1) 关闭控制阀，打开2个平衡阀，引水﹑灌泵、放气，关闭功率表，启动泵。 (2) 排出管路系统的气体。 a. 总管排气：先将控制阀全开，再关闭，如此反复3次，目的是排走总管中的部分气体；然后打开总管排气阀，开启后再关闭，如此反复3次。 b. 引压管排气：开启控制阀，对每个压差计的2个排气阀，先同时开启再同时关闭，共反复3次。 c. 压差计排气：关闭2个平衡阀，对每个压差计的2个排气阀，先同时开启后同时关闭，共反复3次。注意：在开启排气阀时眼睛要注视U型压差计中的指示剂液面，防止指示剂冲出。 (3) 检验排气是否彻底。 检验方法：将控制阀全开，再全关，观察U型压差计读数，若左右读数相等，则可判断系统排气彻底；若左右读数不等，则重复步骤(2)。 (4) 记录数据。 注意：a. 由于系统的流量采用涡轮流量计计量，其小流量受到结构的限制，所以从大流量做起，实验数据比较准确。b. 由于Re在充分湍流区时，λ～Re的关系是水平线，所以在大流量时宜少布点；而Re比较小时，λ～Rem 管径： mm 指示剂： 阀门或管件类型： 管径： mm 指示剂： 水温 ： ℃ 序号 显示仪读数 直管阻力压差计 局部阻力压差计 左 右 左 右 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3.1.7 实验报告要求 (1) 将实验数据整理成λ~Re数据表，在双对数坐标纸上绘制λ~Re曲线。 (2) 确定管件或阀门的阻力系数。 3.1.8 思考题 (1) 如何选择U形压差计的指示液？ (2) 流量调节阀为何安装在出口处的下端? (3) 为