[工学]中南大学09届化工原理实验报告.doc

中南大学化学化工学院 化工原理实验 （2012） 实验报告 学生姓名 学号 专业班级 同组成员 一、流体阻力实验 一、实验目的 1.学习直管摩擦阻力△Pf、直管摩擦系数λ的测定方法。 2.掌握直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间关系及其变化规律。 3.掌握弯头等局部阻力系数ξ测定方法。 4.学习流量流速的几种测量方法和技巧。 5.掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。 二、实验装置 秒表一块、温度计一支。 图1 实验装置实物图 表1 装置管道尺寸一览表 大管 小管 铜管 光滑管尺寸 Ф50×4.6 Ф32×2.9 内径6mm 光滑管取压口间距 m 2.00 1.65 2.00 螺纹管尺寸 Ф25×2.3 螺纹管取压口间距 m 1.65 水槽截面积 大：A1=1.08×0.55m2 ；小：A2=0.55×0.55 m2 实验装置如图1所示。主要部分由水槽，不同管径、材质的管子，各种阀门或管件，孔板流量计、文丘里流量计、皮托测速管等组成。最下边的第五根为内径6mm的细铜管，用于层流流动阻力的测定。 三、实验内容 1 孔板流量计孔流系数的测定 （1-1） 关联Co～Re曲线 2 文丘里流量计的流量系数的测定 （1-2） 关联Cv～Re曲线 3 掌握毕托管测速原理 （1-3） 关联C～Re曲线 4 测定流体在螺纹管内的λ～Re。 5 测定流体在直管内的λ～Re。 6 测定90o标准弯头的局部阻力系数ξ～Re。 7.滞留区摩擦系数的测定，绘制λ～Re关系图。 四、实验原理 l．直管阻力系数测定 直管的摩擦系数是雷诺数和管的相对粗糙度（ε/d）的函数，即λ=Φ（Re，ε/d），因此，相对粗糙度一定，λ与Re有一定的关系。根据流体力学的基本理论，摩擦系数与阻力损失之间存在如下的关系： （1-4） 式中：hf——阻力损失，J/kg； l——管段长度，m； d——管径，m； u——流速，m/s； λ——摩擦系数。 管路的摩擦系数是根据这一理论关系来测定的。对已知长度、管径的直管，在一定流速范围内，测出阻力损失，然后按式（1－4）求出摩擦系数。根据能量衡算方程 （1-5） 在一条等直径的水平管上选取两个截面，测定λ～Re的关系，则这两截面间管段的阻力损失便简化为 （1-6） 两截面间管段的压力差（p1－p2）可用U形管压差计测量，故可计算出hf。 用流量计测定流体通过相应管段的流量，在已知d的情况下流速可以通过式V=πd2u/4计算，由流体的温度可查得流体的密度ρ、粘度μ，因此，对于每一组测得的数据可分别计算出对应的λ和Re，作出lgλ～lgRe图。 2．局部阻力系数测定 根据局部阻力系数的定义： （1-7） 式中：——局部阻力系数。 只要测出流体经过管件时的阻力损失hf以及流体通过管路的流速u，即可算出局部阻力系数，由此可作出lgξ～lgRe图。。不过在测定阻力损失时，测压孔不能在紧靠管件处，否则静压强差难以测准。另外，还有一个重要原因，即管件的阻力损失不仅是流体通过管件的损失，还包括由于流体通过管件时，其前后扰动加强，使得前后一小段管子内管壁摩擦增加的损失。通常测压孔都开设在距管件一定距离的管子上，这样测出的阻力损失包括了管件和直管两部分，因此，计算管件阻力损失时应扣除直管的阻力损失。 五、实验操作 1、孔板流量计系数的测定： 本装置的孔板，管径，d1 = 40.00；孔径，d0 = 24.33，d0/d = 0.6083。查得此孔板的孔流系数如下表： 表2 本装置孔板的孔流系数 Re 104 2×104 3×104 5×104 105 2×105 C0 0.6773 0.6655 0.6609 0.6561 0.6519 0.6506 实际孔流系数还要乘上一管道粗糙度校正系数k2 = 1.0116. 开关适当阀门，使水流流程如图2： 图2 孔板流量计系数测定流程 打开电源开关开启水泵，全开1#阀门，关闭3#阀门，调节2#阀门开度，利用秒表、摆头和计量槽测流量（间隔一定时间，记录计量槽中液体液位），从U形管读取孔板压差示值，计算Re01并由式1-1计算孔板流量计孔流系数C01值，改变2#阀门开度，利用秒表、摆头和计量槽测流量从U形管读取孔板压差示值，计算Re02并由式1-1计算孔板流量计孔流系数C02值，…，如此，得到一组Re01，C01，Re02，C02，…，作出Re～C0曲线。 2、弯头阻力测定： 开关适当阀门，使水流流程如图2。通过阀门调节流量，从最小流量到最大流量，一般测取8～10组数。计算