化工原理实验流体阻力一、实验目的及任务
1,掌握测定 流体流动阻力 的一般实验方法,
通过实验了解流体流动中 能量损失 的变化规律 。
2,测定直管摩擦阻力系数 λ及突然扩大局部阻力系数 ξ。
3,验证在 流区内 λ 为雷诺数和管子相对粗糙度的函数 。
4,将所得 光滑管 的 λ -Re方程与 Blasius方程相比较 。
5,观察流体流过突然扩大管时 静压 的分布,
确定测定 局部阻力 的最佳测压口位置 。
二、基本原理
1,不可压缩流体 (如水 ),在圆形直管中作稳定流动时,粘性和涡流 的影响产生摩擦阻力。
◆ 流体在流过突然扩大,弯头等管件时,由于运动的速度和方向突然变化,产生 局部阻力,影响阻力的因素较多。
◆ 通常采用 因次分析法,简化实验。
◆ 流体流动阻力与流体的性质,流体流经处的几何尺寸,以及流动状态有关,可表示为,
,,,u,l,dfp
引入无因次数群
du
Re
相对粗糙管子长径比从而得到
d?
dl
d,
d
l,du
u 2
2
2u
dR e,
d
l
◆ 则可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系,这种关系可用实验方法直接测定
2
2u
d
lpH
f
)d( R e,令
m
m
式中,— 直管阻力
— 被测管长
d — 被测管内径
KgJ
l
fH
u— 平均流速
— 摩擦阻力系数
sm
◆ 当流体在圆管中流动时,选两截面,测其间静压强差,即两截面流动阻力 。 找出 静压差 和 的关系式,即可求出 。 改变流速得出不同 Re数的,即得出一相对粗糙度时 的关系 。
Re
◆ 在湍流区内 与 数及管子得相对粗糙度有关,即
Re
)d(R e,f
对于光滑管，大量实验证明，当 数在范围内,与 的关系遵循 Bjasius
关系式，即
Re
53 10103Re
250
31630
.Re
.
对于粗糙管，与 的关系均以图来表示。 Re
2.局部阻力
2
2
u
fH
KgJ
式中,称为局部阻力系数，它与所流过的管件的几何形状及流体的 数有关，当数大到一定值后则 与 数无关，成为定值。
ReRe?
Re
，
3.流体流过突然扩大管时能量的分布演示
◆ 如图所示,流体流过突然扩大管时，各截面间 静压头不同,
随着流速增加这一现象就更为明显 。
联 12页 联 13页
◆ 4点前,由左至右各点的静压头依次有轨律的变小，它表示流体流过细管时的沿程阻力。
◆ 4至 5点,静压差突然变大，在 第五点 上静压头最小，说明能量损失最大。
如上图
◆ 5至 11点,静压头依次增大，且每两点间的压差逐渐增大。
◆ 到达 11点 时,静压头达到最大,出现转折点,由于管子由粗变细,速度降低,其中一部分转化为 静压头,一部分克服局部阻力而 损失掉 了 。
◆ 11点 以后各点的静压头又成有规律的降低,它表示流体流过粗管时的 沿程阻力 。
如前图
◆ 通过上述演示表明,我们可以选择 第四点和 十一点 为扩大管两截面处的测压口,以测定扩大管的局部阻力系数 。
◆ 应指出，测压口开设在距管件一定距离的管子上，这样测出的压头损失包括了 管件和直管 两部分，因此计算时 应扣除直管部分 的压头损失 。
◆ 本实验是测扩大管局部阻力系数,两测压口距离小,与局部阻力相比可以忽略直管段的压头损失 。 精益求精三、装置和流程装置如下图所示
◆ 其中 NO.1管为 不锈钢管，作光滑管用。 NO.2管为 铍锌钢管，作粗糙管用,NO.3为突然扩大管，管子由扩大到 。
mm.5332
mm.5334
mm.5348
mm489
装置流程
◆ 直管阻力的两侧压口间的管长为 4 。 1,2表示 光滑管 的两侧压口,3,4表示 粗糙管 的两侧压口,5,6表示 突然扩大管 的两侧压口 。 流量计
m
的测压口分别以 7,8表示。
◆ 为了保证实验管道能被流体充满，实验流程中安装了 ∏型管，采用 的钢管，上面装有孔板流量计（孔板孔径为 孔流系数 ）
mm.5360
mm.6435
683100,C?
联图
◆ 本实验的第五套和第六套设备的光滑管为的黄铜管,第五套光滑管两侧压口距离为,第六套为,其它均为 。
mm.5328
m2 m3 m4
◆ 本实验共有三套倒 U型压差计和一套正 U型压差计,前者用来测量 直管阻力和突然扩大管 局部阻力,后者用来测量 孔板流量计 压差 。
◆ 实验用水来自高位水槽，水槽内液面距离地面 15米,槽内有 溢流口,流经实验装置的水，
经排水管入地下水池，再由循环水泵送入高位水槽,循环使用 。
四,实验操作要点
1,高位水槽有水 溢流 时才能开始实验,以使系统保持 恒定的位压头 。
2,系统要 派净空气,使液体连续流动 。
设备中和测压管线中的汽体都要排净,检验是否排净的方法是当流体静止时,观察倒 U
型和正 U型压差计中两液面 是否水平 。
3.读数时,注意稳定后 在读,对于直管,
流量调节 由大到小,测取 10组数据,后再 由小到大 测几组数据,以检查数据的重性,突然扩大的局部阻力,测取 3组数据 。
4,每测一根管的数据后，应将流量调节阀 7
关闭，观察压差计的 两液面是否水平,水平时才能更换另一根管子，否则全部数据无效 。
五、报告要求
1.在双对数坐标上标绘出 曲线 。dRe
2.将光滑管的 关系与 Blasius公式进行比较。
Re
3.计算出局部阻力系数? 。
六、思考题
1.为什么高位水槽必须保持 有水益处时 才能作实验？
2.在测量前为什么要将设备中的 空气排尽？怎样才能迅速的排尽？
3.在 不同设备 上 （ 包括相对粗糙度相同的不同管径 ）,不同温度 下测定的 数据是否关联在一条曲线上？
Re
4.以水做工作流体所测得的 关系能否适用于其它种牛顿流体？
Re
5.测出的 直管摩擦阻力 与设备的 放置位置有关系吗？为什么？（管径，管长均一样,
且 ）
321 RRR
6.如果要增长 雷诺数 的范围，应采取那些措施？
完制作人,周 坤 杨小伟牛娅丽 贾海峰指导教师,梁英华 李国江
1,掌握测定 流体流动阻力 的一般实验方法,
通过实验了解流体流动中 能量损失 的变化规律 。
2,测定直管摩擦阻力系数 λ及突然扩大局部阻力系数 ξ。
3,验证在 流区内 λ 为雷诺数和管子相对粗糙度的函数 。
4,将所得 光滑管 的 λ -Re方程与 Blasius方程相比较 。
5,观察流体流过突然扩大管时 静压 的分布,
确定测定 局部阻力 的最佳测压口位置 。
二、基本原理
1,不可压缩流体 (如水 ),在圆形直管中作稳定流动时,粘性和涡流 的影响产生摩擦阻力。
◆ 流体在流过突然扩大,弯头等管件时,由于运动的速度和方向突然变化,产生 局部阻力,影响阻力的因素较多。
◆ 通常采用 因次分析法,简化实验。
◆ 流体流动阻力与流体的性质,流体流经处的几何尺寸,以及流动状态有关,可表示为,
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相对粗糙管子长径比从而得到
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式中,— 直管阻力
— 被测管长
d — 被测管内径
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◆ 当流体在圆管中流动时,选两截面,测其间静压强差,即两截面流动阻力 。 找出 静压差 和 的关系式,即可求出 。 改变流速得出不同 Re数的,即得出一相对粗糙度时 的关系 。
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◆ 在湍流区内 与 数及管子得相对粗糙度有关,即
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3.流体流过突然扩大管时能量的分布演示
◆ 如图所示,流体流过突然扩大管时，各截面间 静压头不同,
随着流速增加这一现象就更为明显 。
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◆ 4点前,由左至右各点的静压头依次有轨律的变小，它表示流体流过细管时的沿程阻力。
◆ 4至 5点,静压差突然变大，在 第五点 上静压头最小，说明能量损失最大。
如上图
◆ 5至 11点,静压头依次增大，且每两点间的压差逐渐增大。
◆ 到达 11点 时,静压头达到最大,出现转折点,由于管子由粗变细,速度降低,其中一部分转化为 静压头,一部分克服局部阻力而 损失掉 了 。
◆ 11点 以后各点的静压头又成有规律的降低,它表示流体流过粗管时的 沿程阻力 。
如前图
◆ 通过上述演示表明,我们可以选择 第四点和 十一点 为扩大管两截面处的测压口,以测定扩大管的局部阻力系数 。
◆ 应指出，测压口开设在距管件一定距离的管子上，这样测出的压头损失包括了 管件和直管 两部分，因此计算时 应扣除直管部分 的压头损失 。
◆ 本实验是测扩大管局部阻力系数,两测压口距离小,与局部阻力相比可以忽略直管段的压头损失 。 精益求精三、装置和流程装置如下图所示
◆ 其中 NO.1管为 不锈钢管，作光滑管用。 NO.2管为 铍锌钢管，作粗糙管用,NO.3为突然扩大管，管子由扩大到 。
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装置流程
◆ 直管阻力的两侧压口间的管长为 4 。 1,2表示 光滑管 的两侧压口,3,4表示 粗糙管 的两侧压口,5,6表示 突然扩大管 的两侧压口 。 流量计
m
的测压口分别以 7,8表示。
◆ 为了保证实验管道能被流体充满，实验流程中安装了 ∏型管，采用 的钢管，上面装有孔板流量计（孔板孔径为 孔流系数 ）
mm.5360
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◆ 本实验的第五套和第六套设备的光滑管为的黄铜管,第五套光滑管两侧压口距离为,第六套为,其它均为 。
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◆ 本实验共有三套倒 U型压差计和一套正 U型压差计,前者用来测量 直管阻力和突然扩大管 局部阻力,后者用来测量 孔板流量计 压差 。
◆ 实验用水来自高位水槽，水槽内液面距离地面 15米,槽内有 溢流口,流经实验装置的水，
经排水管入地下水池，再由循环水泵送入高位水槽,循环使用 。
四,实验操作要点
1,高位水槽有水 溢流 时才能开始实验,以使系统保持 恒定的位压头 。
2,系统要 派净空气,使液体连续流动 。
设备中和测压管线中的汽体都要排净,检验是否排净的方法是当流体静止时,观察倒 U
型和正 U型压差计中两液面 是否水平 。
3.读数时,注意稳定后 在读,对于直管,
流量调节 由大到小,测取 10组数据,后再 由小到大 测几组数据,以检查数据的重性,突然扩大的局部阻力,测取 3组数据 。
4,每测一根管的数据后，应将流量调节阀 7
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五、报告要求
1.在双对数坐标上标绘出 曲线 。dRe
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3.计算出局部阻力系数? 。
六、思考题
1.为什么高位水槽必须保持 有水益处时 才能作实验？
2.在测量前为什么要将设备中的 空气排尽？怎样才能迅速的排尽？
3.在 不同设备 上 （ 包括相对粗糙度相同的不同管径 ）,不同温度 下测定的 数据是否关联在一条曲线上？
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4.以水做工作流体所测得的 关系能否适用于其它种牛顿流体？
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5.测出的 直管摩擦阻力 与设备的 放置位置有关系吗？为什么？（管径，管长均一样,
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完制作人,周 坤 杨小伟牛娅丽 贾海峰指导教师,梁英华 李国江
