流體流動(dòng)阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、第 PAGE19 頁 共 NUMPAGES19 頁流體流動(dòng)阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告.實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 專業(yè)：姓名：學(xué)號(hào)：日期：地點(diǎn)：課程名稱：過程工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)流體流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn) 指導(dǎo)老師：成績(jī)：實(shí)驗(yàn)名稱：實(shí)驗(yàn)類型：同組學(xué)生：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、?shí)驗(yàn)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理 六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析p （必填）七、討論、心得一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?裝 1.掌握測(cè)定流體流經(jīng)直管、管件（閥門）時(shí)阻力損失的一般實(shí)驗(yàn)方法。2.測(cè)定直管摩擦系數(shù) 與雷諾準(zhǔn)數(shù) Re的關(guān)系，流體流經(jīng)管件 （閥門）時(shí)的局部阻力系數(shù) ，驗(yàn) 訂 證在一般湍流區(qū) 與 Re的關(guān)系曲線，考察

2、 與 Re 是否相關(guān)。線 3.識(shí)辨組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用 , 獲得對(duì) Re，摩擦系數(shù)，局部阻力系數(shù)的感性認(rèn)識(shí)。二、實(shí)驗(yàn)容和原理 1 流量計(jì)校核 通過計(jì)時(shí)稱重對(duì)渦輪流量計(jì)讀數(shù)進(jìn)行校核。2.Re 數(shù)：3.直管阻力摩擦系數(shù) 的測(cè)定 流體在水平等徑直管中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，阻力損失為：.局部阻力壓力降的測(cè)量方法：測(cè)量管件及管件兩端直管（總長(zhǎng)度 l ）總的壓降 p，減去其直管段的壓降，該直管段的壓降可由直管阻力 p f （長(zhǎng)度 l ）實(shí)驗(yàn)結(jié)果求取。三、主要儀器設(shè)備.Figure 1 實(shí) 1水箱 2 離心泵 3 、11、12、13、14壓差傳感器 引水漏斗 4 溫度計(jì) 21 、22調(diào)節(jié)閥 5渦輪流

3、量計(jì) 16粗糙管實(shí)驗(yàn)段 17 光 滑管實(shí)驗(yàn)段 18 a b c de f g h 閘閥 19 截止閥 20 23 泵出口閥 24 旁路閥（流量校核） 取壓點(diǎn) 表格 1 表格 2， 名稱 類型 直管規(guī)格 管徑 直管段長(zhǎng)度 截止閥 局部阻力 閘閥 閘閥兩端直管（粗糙管）22 ab = 680光滑管不銹鋼管光滑直管 （ mm）21 （mm）ef = 1000粗糙直管 22 bc =1000 粗糙管 鍍鋅鐵管截止閥兩端直管（光滑管）21de = 660四操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟 1.離心泵灌水，關(guān)閉出口閥（ 23），打開電，啟動(dòng)水泵電機(jī)，待電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后，把泵的出口閥（ 23）緩緩開到最大。對(duì)壓差傳感器進(jìn)行

4、排氣，完成后關(guān)閉排氣閥門，使壓差傳感器處于測(cè)量狀態(tài)。32.開啟旁路閥（ 24），關(guān)閉光滑管段閥件，選定最小流量 1.00m /h ，, 記錄最大流量，設(shè)定大于 10個(gè)數(shù)值上等比的流量觀測(cè)值。自大至小，改變流量，每次改變流量，待流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，記錄壓 差、流量、溫度等數(shù)據(jù)。粗糙管段測(cè)量同光滑管段測(cè)量。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉出口閥（ 23）。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理 5.1 流量計(jì)校核 3 -1 儀器讀數(shù)：V1=0.61m h時(shí)，桶的質(zhì)量 m 1 =10.22kg ，水溫 t r =32.1 ， =995.0kg/m 實(shí) 際 流 速 ：偏差 E=(0.71-0.61)/0.61 *100%=16.4%

5、表格 3 光滑管段實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄No V1/m3 h -1 t1/ p11/kpa p12/kPa( 加管件 ) 1 0.95 32.1 0.43 9.8 2 1.21 32 0.66 11.6 3 1.44 31.9 0.84 12.9 4 1.71 31.8 1.14 14.8 5 2.05 31.8 1.55 18.2 6 2.26 31.7 1.83 20.4 7 2.71 31.6 2.52 26.5 8 3.23 31.6 3.34 34.6 9 3.74 31.6 4.32 44.2 3 1表格 4 粗糙管段實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄件 )實(shí)驗(yàn)所用流體為水，的計(jì)算【參考文獻(xiàn)】：p 值 , 插法處

6、理t=20 , ;t=30 , ; t=40 ,t=28 , ; t=29 , ; t=30 , ; t=31 , No 3 -1 V2/m h T2/ P21/kpa P22/kPa( 加管1 0.97 30.4 1.44 1.05 2 1.24 30.3 2.24 1.73 3 1.44 30.2 3.01 2.43 4 1.7 30.1 4.09 3.42 5 2.05 30 5.83 5.03 6 2.37 29.9 7.67 6.72 7 2.77 29.8 10.395 9.25 8 3.2 29.5 13.2 12.5 9 3.82 29.3 19.87 17.71 10 4.4

7、5 29.2 24.93 24.15 11 5.07 28.7 24.83 24.94 t=32 ,No1 -1 u/ms0.6942 3 /kg m995.0 /Pa s0.000766 Re19828.7 0.03946 39.65707 2 0.8842 995.0 0.000768 25205.1 0.03733 28.67032 3 1.0523 995.0 0.000770 29934.5 0.03355 22.38011 4 1.2496 995.1 0.000771 35474.2 0.03228 18.05326 515.35699 6 1.6515 995.1 0.0007

8、73 46788.0 0.02967 14.11610 7 1.9803 995.1 0.000774 55989.6 0.02841 12.70268 8 2.3603 995.1 0.000774 66732.9 0.02651 11.66286 9 2.7330 995.1 0.000774 77269.7 0.02557 11.10278 10表格No6粗糙管段流動(dòng)阻力參數(shù)計(jì)算結(jié)果-1 3 u/ms /kg m/Pa sRe 10.7779 995.6 0.000794 20483.1 0.10038 0.33063 Figure 2 摩擦系數(shù)與 Re 的關(guān)系曲線（ y1 為光滑管摩擦

9、系數(shù)， y2 為粗糙管摩擦系數(shù)）.1 2對(duì)照 Moody圖 ， Figure 3 Moody 圖查得光滑管段 1-Re 圖對(duì)應(yīng)的相對(duì)粗糙度 1/d1=0.002; 粗糙管段 2-Re 圖對(duì)應(yīng)的相對(duì)粗糙度 2/d20.05.絕對(duì)粗糙度： 1=0.002*21=0.42mm ， 20.05*22=1.10mm; 查表 知，中等腐蝕的無縫鋼管絕對(duì)粗糙度： 0.4mm；普通鍍鋅鋼管絕對(duì)粗糙度：.Figure 4 局部阻力系數(shù)與 Re 的關(guān)系曲線（ y1 為光滑管局部阻力系數(shù)， y2 為粗糙管局部阻力系數(shù)）截止閥局部阻力系數(shù) : 1=10.70 閘閥局部阻力系數(shù)：2=1.04 （兩者均取 -Re 曲線上

10、平直部分對(duì)應(yīng)的局部阻力系數(shù)）六實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析p 1.實(shí)驗(yàn)誤差分析p ：1.1 由對(duì)渦輪流量計(jì)的校核知，當(dāng)流速較小時(shí)，流量計(jì)的測(cè)量誤差較大，可達(dá) 16.4%，因而 -Re ， -Re 圖上， Re 值較小時(shí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的誤差較大。1.2 實(shí)驗(yàn)讀數(shù)時(shí)，由于儀表顯示的讀數(shù)值并不穩(wěn)定，液體實(shí)際的流動(dòng)不是不可壓縮的穩(wěn)定流動(dòng)， p，V， t 值隨時(shí)間變化存在一定程度上的波動(dòng)。1.3 溫度傳感器，流量計(jì)，壓差傳感器的儀器測(cè)量誤差不可避免。1.4 調(diào)節(jié)流量時(shí)，流動(dòng)并未完全穩(wěn)定讀數(shù)1.5 計(jì)算局部阻力系數(shù)時(shí)，采用的公式：，合成不確定度相較摩擦阻力系數(shù)測(cè)定時(shí)，引入的不確定度增加了一項(xiàng)，誤差增大。1.6 所用的水不

11、夠潔凈，含較多雜質(zhì)，而實(shí)驗(yàn)中都做純水處理，實(shí)際流體的，值與計(jì)算得到 的值存在一定程度的偏差。.2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析p 2.1.實(shí)驗(yàn)測(cè)得的截止閥與閘閥在全開時(shí)，局部阻力系數(shù)較文獻(xiàn)值均偏大，可能的原因：a.實(shí)際因?yàn)殚y件的制造水平，加工精度不同的原因，不同的閥件的局部阻力系數(shù)在一定圍波動(dòng)；b.實(shí)驗(yàn)用閥件可能存在積垢，腐蝕的問題，導(dǎo)致局部阻力系數(shù)偏大。3.思考題 3.1 在對(duì)裝置做排氣工作時(shí)，是否一定要關(guān)閉流程尾部的出口閥？為什么？ 答：是，由離心泵特性曲線知，流量為零時(shí)，軸功率最小，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷最小，不會(huì)過載燒毀線 圈。3.2 如何檢測(cè)管路中的空氣已經(jīng)被排除干凈？ 答：關(guān)閉出口閥后，打開 U 形管頂部的閥

12、門，利用空氣壓強(qiáng)使 U形管兩支管水往下降，當(dāng)兩支管 液柱水平，證明系統(tǒng)中空氣已被排除干凈。3.3 以水做介質(zhì)所測(cè)得的 Re 關(guān)系能否適用于其它流體？如何應(yīng)用？ 答：能用，因?yàn)槔字Z準(zhǔn)數(shù)是一個(gè)無因次數(shù)群，它允許 d、u、 、變化。3.4.在不同設(shè)備上（包括不同管徑），不同水溫下測(cè)定的 Re 數(shù)據(jù)能否關(guān)聯(lián)在同一條曲線上？答：不可以， , 設(shè)備改變，相對(duì)粗糙度也發(fā)生改變，從而變化。3.5 如果測(cè)壓口、孔邊緣有毛刺或安裝不垂直，對(duì)靜壓的測(cè)量有何影響？ 答：有毛刺，增加額外的阻力損失，安裝不垂直，增加額外的壓差，使測(cè)量誤差增大。七【參考文獻(xiàn)】：p 1.何潮洪，霄 .化工原理（上冊(cè)）.M 科學(xué)：2022 2

13、.時(shí)均 .化學(xué)工程手冊(cè) 上卷 .M 化學(xué)工業(yè)：1996.整篇文章都很出彩。化工原理實(shí)驗(yàn)教案實(shí)驗(yàn)二流體流動(dòng)阻力的測(cè)定實(shí)驗(yàn)二 流體流動(dòng)阻力的測(cè)定難點(diǎn)：因次分析p 方法對(duì)工程實(shí)際問題的分析p 解決； 重點(diǎn)：測(cè)定流體經(jīng)直管和管件時(shí)阻力損失的實(shí)驗(yàn)組織法； 課時(shí)：4學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)講解約1學(xué)時(shí)，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)3學(xué)時(shí)；流體流動(dòng)阻力測(cè)定是化工領(lǐng)域中最重要的實(shí)驗(yàn)之一，是運(yùn)用因次分析p 方法的理論來具體解決復(fù)雜工程問題的實(shí)例，通過實(shí)驗(yàn)掌握工程實(shí)驗(yàn)的基本實(shí)驗(yàn)技能。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.熟悉測(cè)定流體經(jīng)直管和管件時(shí)阻力損失的實(shí)驗(yàn)組織法及測(cè)定摩擦系數(shù)的工程意義；2.學(xué)會(huì)用因次分析p 方法解決工程實(shí)際問題； 3.學(xué)會(huì)壓差計(jì)、流量計(jì)

14、的使用方法；4.學(xué)會(huì)識(shí)別組成管路中各個(gè)管件，閥門并了解其作用。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1.測(cè)定特定/ d條件下直管摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系。 2.測(cè)定流體流經(jīng)閥門和彎頭時(shí)的阻力系數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)原理由于流體粘性的存在，流體在流動(dòng)的過程中會(huì)發(fā)生流體間的摩擦，從而導(dǎo)致阻力損失。層流時(shí)阻力損失的計(jì)算式是由理論推導(dǎo)得到的；湍流時(shí)由于情況復(fù)雜得多，未能得出理論式，但可以通過實(shí)驗(yàn)研究，獲得經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算式。1、直管阻力采用因次分析p 法規(guī)劃實(shí)驗(yàn)： （1）影響過程的主要因素hf =f (d, u, l,) 湍流時(shí)直管阻力損失hf與的大小取決于流體的物性（密度、粘度）、流動(dòng)狀況（流速u）及流道的幾何尺寸和形狀（內(nèi)直徑d、長(zhǎng)度l、管

15、壁粗糙程度），若每個(gè)自變量的數(shù)值變化10次，測(cè)取hf的值而其它自變量保持不變，6個(gè)自變量，根據(jù)正交網(wǎng)絡(luò)法規(guī)劃，實(shí)驗(yàn)次數(shù)將達(dá)10。6化工原理實(shí)驗(yàn)教案實(shí)驗(yàn)二流體流動(dòng)阻力的測(cè)定2、因次分析p 法規(guī)劃實(shí)驗(yàn)因次分析p 法是通過將變量組合成無因次數(shù)群，從而研究無因次數(shù)群之間的關(guān)系，大大減少實(shí)驗(yàn)自變量的個(gè)數(shù) ，大幅度地減少實(shí)驗(yàn)次數(shù) 。在物理方程因次一致性的條件下，任何一個(gè)方程都可化為無因次方程；原方程共有7個(gè)變量；它們的因次分別為：d - L；u - LT； ML；- ML113T；- L；h f - LT，其中有L、M、T 3個(gè)基本因次；根據(jù)無因122次方程的變量總數(shù)等于原方程變量總數(shù)和基本因次數(shù)之差，可

16、得無因次數(shù)群的個(gè)數(shù)=7-3=4個(gè)。即h f =f (d, u, l,) 4 =f（1，2，3）式中：1LL LdLd23MLTMLLLT1131Re14LTu22hfhf2由因次分析p 法可將對(duì)h f =f (d, u, l,)的研究轉(zhuǎn)化成對(duì)無因次數(shù)群4 =f（1，2，3）之間關(guān)系的研究，即：dulf(,)2uddhf實(shí)驗(yàn)工作量將從106次實(shí)驗(yàn) 103次實(shí)驗(yàn)，若實(shí)驗(yàn)設(shè)備已定，則：dulu2hff(,)dd2 實(shí)驗(yàn)次數(shù)又將從103次實(shí)驗(yàn) 102次實(shí)驗(yàn)，從而，實(shí)驗(yàn)工作量大大降低。若實(shí)驗(yàn)設(shè)備是水平直管，阻力損失表現(xiàn)為壓強(qiáng)的降低，即：Pdulu2f(,)dd2 2 化工原理實(shí)驗(yàn)教案實(shí)驗(yàn)二流體流動(dòng)阻力的

17、測(cè)定所以duf(,)2ldPud2其中在實(shí)驗(yàn)裝置和物系已確定的情況下，摩擦系數(shù)只隨Re而變，實(shí)驗(yàn)操作變量?jī)H是流量，通過閥門的開度改變流量，用流量計(jì)測(cè)定流速，由壓差計(jì)測(cè)定壓差，用溫度計(jì)測(cè)定物系溫度，從而確定和。四、實(shí)驗(yàn)裝置光滑直管為不銹鋼管，管徑20.5mm，測(cè)壓點(diǎn)間長(zhǎng)度2m；粗糙直管為鍍鋅管，管徑20.5mm，測(cè)壓點(diǎn)間長(zhǎng)度2m；兩根管并聯(lián)，通過球閥控制，直管和彎頭的壓強(qiáng)損失使用水銀壓差計(jì)測(cè)定，閘閥的壓強(qiáng)損失通過氯仿壓差計(jì)測(cè)定。3 化工原理實(shí)驗(yàn)教案實(shí)驗(yàn)二流體流動(dòng)阻力的測(cè)定實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為自來水，置于水箱內(nèi)循環(huán)使用，通過離心泵輸送，用流量計(jì)測(cè)定流速，用出口控制閥調(diào)節(jié)流量（注意：出口控制閥的安裝位置，流量

18、調(diào)節(jié)閥一般不設(shè)在吸入側(cè)，以免在關(guān)小閥門使發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，也不宜裝在離泵很遠(yuǎn)的出口線上否則，在調(diào)節(jié)閥前面管段內(nèi)若有積存空氣時(shí)會(huì)發(fā)生泵的喘振，通常在靠近出口的管上安裝流量調(diào)節(jié)閥）。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：對(duì)照實(shí)驗(yàn)流程圖，熟習(xí)實(shí)驗(yàn)裝置及流程，識(shí)別組成管路中各個(gè)管件、閥門、壓差計(jì)并了解其作用；檢查軸承潤(rùn)滑情況，用手轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)軸節(jié)看其是否轉(zhuǎn)動(dòng)靈活；同時(shí)將水箱充水至80。2、打開壓差計(jì)平衡閥、四個(gè)引壓閥和切換閥；關(guān)閉各放氣閥和離心泵的出口控制閥，啟動(dòng)電。（為什么？離心泵在啟動(dòng)時(shí)關(guān)閉出口閥門，可使軸功率低，以免電機(jī)燒壞；同時(shí)，在出口閥全開的情況下開動(dòng)離心泵，管內(nèi)流量瞬間達(dá)到最大值，壓差計(jì)也會(huì)隨著迅速上升，這樣很

19、可能導(dǎo)致壓差計(jì)中的指示液被沖走）。3、系統(tǒng)排氣（為什么？氣體的存在會(huì)影響壓力傳遞，導(dǎo)致測(cè)量誤差）。 管路排氣：先將控制閥開足然后再關(guān)閉，重復(fù)三次，排走總管中的大部分氣體，然后打開總管排氣閥，開足然后再關(guān)閉，重復(fù)三次。（注意平衡閥處于開啟狀態(tài)） 引壓管排氣：依次分別對(duì)六個(gè)放氣閥，開關(guān)重復(fù)三次，應(yīng)保持平衡閥在開啟狀態(tài)。 壓差計(jì)排氣：關(guān)閉平衡閥，緩慢旋動(dòng)壓差計(jì)上放氣閥排除壓差計(jì)中的氣泡，注意：此時(shí)眼睛要注視著U型壓差計(jì)中的指示液面的上升，先排進(jìn)壓管，后排低壓管（嚴(yán)防壓差計(jì)中水銀沖走），排氣完畢。4、檢驗(yàn)排氣是否徹底。（如何檢驗(yàn)？將出口控制閥打開至最大，再關(guān)閉出口閥，看U型壓差計(jì)讀數(shù)，若左右讀數(shù)相等，說明排氣徹底，若左右讀數(shù)不等，重復(fù)上述3排氣順序。4 化工原理實(shí)驗(yàn)教案實(shí)驗(yàn)二流體流動(dòng)阻力的測(cè)定5、實(shí)驗(yàn)布點(diǎn)（如何布點(diǎn)？將控制閥開至最大，讀取流量顯示儀讀數(shù)F大，然后關(guān)至水銀壓差計(jì)差值約0.08時(shí)，再讀取流量顯示儀讀數(shù)F小，確定流量范圍，在F大和F小之間布1214個(gè)點(diǎn)，其中在大流量時(shí)少布點(diǎn)，小流量時(shí)多布點(diǎn)