中国地质大学武汉化工原理试验报告.docx
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1、序号成绩中国地质大学(武汉)实验报告实验名称:流体流动阻力的测定班 级:034131班组长姓名:张元星专 业: 材料化学组序号:1组员姓名:刘雨桐、刘伟、刘光悦设备型号:流体阻力-泵联合实验装置 UPRSin型-第4套实验日期:2016-4-8一、实验摘要本实验通过改变流速,测定不同流速下水流经不锈钢管的管路压降,以此计算摩擦阻力系数,进而绘制雷诺数与摩擦系数曲线进而与Blasius曲线比较,验证:湍流区,光滑管摩擦阻力系数随 Re增大而减小,且摩擦阻力系数较好地满 足 Blasuis 关系式:0.316螳25。同样地,通过改变流速,由管路压降最终计算出突扩管的局部阻力系数,验证:不同流速下,
2、局部阻力系数为定值,从而求取平均值。关键词:摩擦阻力系数,局部阻力系数,雷诺数二、实验目的1、掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法: 测量湍流直管的阻力,确定摩擦阻力系数。测量湍流局部管道的阻力,确定摩擦阻力系数。2、验证在湍流区内光滑管摩擦阻力系数 人与雷诺数Re关系。3、将实验所得光滑管的方Re曲线关系与Blasius方程相比较。三、实验内容1、测定湍流状态下不锈钢管管路压降 Ap从而得到人随Re变化关系 2、测定湍流状态下突扩管的局部压降 Ap从而求取局部阻力系数平均值四、实验原理1、直管阻力不可压缩流体在圆形直管中做稳定流动时,由于黏性和涡流的作用会产生摩 擦阻力(即直管阻力);流体
3、在流过突然扩大、弯头等管件时,由于流体运动的 速度和方向突然变化,会产生局部阻力。为化简工作难度,同时使实验的结果具 有普遍的应用意义,应采用基于实验基础的量纲分析法来对直管阻力进行测量:流体流动阻力与流体的性质、流体流经处的几何尺寸、流体的运动状态有关:p f d,l, , , ,u。通过一系列的数学过程推导,引入以下几个无量纲数群:Re雷诺数du相对粗糙度:不长径比:d整理得到:p du lF,d,d令:Re,:d为直管阻力系数,则有:2Red 7o阻力系数与压头损失之间的关系可通过实验测得,上式改写为:2Hf一d 2式中:Hf 直管阻力(J/kg);1被测管长(m);d被测管内径(m);
4、u 平均流速(m/s);直管中的摩擦阻力系数。当流体在管径为d的圆形管中流动时,选取两个截面,测出这两个截面的静 压强差,即流体流过两截面间的流动阻力。 根据伯努利方程找出静压强差和摩擦 阻力系数的关系式,即可求出:2d p2测量u通过改变流速可测出不同 Re下的摩擦阻力系数,得到某一相对粗糙度下的Re关系。在湍流区内摩擦阻力系数人4(Re, 例,对于光滑管,大量实验证明,当Re在3 M03105的范围内,入与Re遵循Blasius关系式:0.3163Blasius 025Re2、局部阻力流体的边界在局部地区发生急剧变化时,迫使主流脱离边壁而形成漩涡,流 体质点间产生剧烈的碰撞,所形成的阻力称
5、为局部阻力。本实验中采用局部阻力 系数法,即流体通过某一件阀门或管件的阻力损失用流体在管路中的动能系数来 表小:2Hf J2式中:Hf 局部阻力;士局部阻力系数;(E其与流体流过管件的几何形状及流体的Re有关,当Re大到一定值后,E与Re无关,为定值)对于不同的阀门和管径变化,有着不同的局部阻力系数。其中突扩管局部阻 力系数为:2I A.4在本实验中,由于管道是水平布置,则局部阻力系数计算式化简为:22 pU2II -2-(有变径)Ui式中:P1、p2上、下游截面压强差,U1、U2两个管径内的平均流速,流体密度五、实验流程和设备A1水箱 2水泵 3一涡轮流量计 4主管路切换阀5不锈钢管 6突扩
6、管7流量调节阀 8一变频仪图1流体阻力实验带控制点工艺流程(不锈钢管、突扩管) 实验介质:水研究对象:不锈钢管,l=1.5m,d=0.021m;突扩管,di=0.016m,c2=0.042m;六、实验操作1、准备工作及通用操作:1、开泵。打开各管路的切换阀门,关闭流量调节阀,按变频仪上绿色按钮 启动泵,转速在变化上升(从f=25Hz开始如果变化较慢,则向上递进)。2、排气。排尽整个系统的气体,包括设备主管和测压管线中的气体。具体 步骤为:全开压差传感器排气阀,打开流量调节阀数十秒钟后再关闭, 这时流量 为零,等待一段时间,观察压差传感器指示读数是否为 0(允许存在一定偏差): 否则,要重新排气
7、。导压管排气、测压管线排气:打开全部测压阀、压差传感器 排气阀,查看Ap孔板。再次打开传感器排气阀,10秒后关闭,重复多次至零点 不变,记录Ap孔板。3、实验测取数据。打开测量管路的切换阀和测压管线上的切换阀,其余管 路的切换阀和测压管线上的切换阀都关闭。流量由小到大,测取数据。2、不锈钢管实验:1、打开传感排气阀并记录 A Po2、逐渐逆时针拧流量调节阀从小到大调节流量,3.5m3/h以上通过改变频率 调节,流量到指定点待稳定后记录压降。2、突扩管实验:1、打开传感排气阀并记录AP0将突扩管右侧的阀打开,其他管的球阀全部 关闭。2、逐渐逆时针拧流量调节阀从小到大调节流量,3. 5m3/ h以
8、上通过改变频率调节,流量到指定点待稳定后记录压降。关闭全部阀门,顺时针拧关泵,点击红色按钮消除数据七、实验数据表格及计算举例1.不锈钢管数据表A P0/Kpad/mP水/ Kg ?m-1序号 1-7, 9- 11998.50.190.021序号8,12998.4序 号水流量 qv/m 3?h-1管路压降Ap/kPa水温度t/C水粘度a /Pa?s水流速,c -1 u/m?s雷诺数Re人人理论相对误差10.790.6318.500.001050.63126590.02930.0298-1.71%21.100.9918.600.001050.88176260.02880.02754.90%31.2
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