文档介绍：北京化工大学化工原理实验报告实验名称:流体阻力实验班级:姓名:学号:序号:同组人:设备型号:实验日期:一、实验摘要本实验使用UPRSⅢ型第4套实验设备,通过测量不同流速下水流经不锈钢管、镀锌管、层流管、突扩管、阀门的压头损失来测定不同管路、局部件的雷诺数与摩擦系数曲线。确定了摩擦系数和局部阻力系数的变化规律和影响因素,验证在湍流区内λ与雷诺数Re和相对粗糙度的函数。该实验结果可为管路实际应用和工艺设计提供重要的参考。关键词:摩擦系数,局部阻力系数,雷诺数,相对粗糙度二、实验目的1、测量湍流直管的阻力,确定摩擦阻力系数。2、测量湍流局部管道的阻力,确定摩擦阻力系数。3、测量层流直管的阻力,确定摩擦阻力系数。4、验证在湍流区内摩擦阻力系数λ与雷诺数Re和相对粗糙度的函数5、将所得光滑管的λ-Re方程与Blasius方程相比较。三、实验原理 1、直管摩擦阻力不可压缩流体在圆形直管中做稳定流动时,由于黏性和涡流作用产生摩擦阻力。此外,流体经过突然扩大、弯头等管件时,由于运动速度方向突然变化,也会产生局部阻力。利用量纲分析的方法,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,可表示为:引入无量纲数群:雷诺数:相对粗糙度:长径比:从而得到:令:,则可得阻力系数与压头损失之间的关系,这种关系可通过实验测得。(1) 式中—直管阻力(J/kg),—被测管长(m),—被测管内径(m),—平均流速(m/s),—摩擦阻力系数。根据机械能衡算方程,实验测量:(2) 对于水平无变径直管道,结合式(1)与式(2)可得摩擦系数:测量当流体在管径为d的圆形管中流动时选取两个截面,用U形压差计测出这两个截面的压强差,即为流体流过两截面间的流动阻力。通过改变流速可测出不同Re下的摩擦阻力系数,这样便能得到某一相对粗糙度下的关系。由前人经验,当在~范围内时,其关系满足Blasius关系式,在层流范围内满足线性关系,见(表1)。表1摩擦阻力系数与雷诺数关系0~~40004000~Re临界点临界点以上(水力光滑管)\(粗糙管)\2、局部阻力 (3)将局部阻力系数,平均流速u,代入方程即可确定局部阻力。式中与局部结构关系见表2表2局部阻力系数与局部结构关系(Re>4000)结构突扩管截止阀球阀=常数=常数对于水平放置条件,根据式(1)(3)可得局部阻力系数计算式为:(无变径)和(有变径) 式中,p1p2为上下游截面压强差,u1u2为平均流速,ρ为密度四、实验流程与设备图1流体阻力实验带控制点工艺流程1-水箱;2-水泵;3-涡轮流量计;4-主管路切换阀;5-层流管;6-截止阀;7-球阀;8-不锈钢管;9-镀锌钢管;10-突扩管;11-流量调节阀(闸阀)12-层流管流量阀(针阀)13-变频仪实验介质:水(循环使用)研究对象:不锈钢管,l=,d=; 镀锌管,l=,d=; 突扩管,l1=,d1=,l2=,d2=; 截止阀,DN20,d=;球阀,DN20,d=; 层流管,l=,d=;仪器仪表:涡轮流量计,LWGY-25型,~10m3/h,; 温度计,Pt100,0~200℃, 压差传感器,WNK3051型,-20~100kPa,显示仪表:AI-708等,。变频仪:西门子MM420型。其它:计算机数据采集和处理,380VAC+220VAC五、实验操作1、准备: 1)打开电脑,启动“流体阻力实验”软件。 2)连接数据线,并按照要求正确安装相应驱动。 2)按下控制柜绿色按钮开启控制柜,至实验结束再按下红色按钮关闭。 4)开泵,关闭流量调节阀,按变频器上的绿色按钮开启泵,降频至25Hz。 5)主管路排气:全开流量调节阀、压差传感器排气阀,再关闭流量调节阀约10秒。 6)测压管线排气:打开全部测压阀、压差传感器排气阀,查看Δp孔板。7)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Δp孔板。2、不锈钢管实验: 1)重复准备过程的7)并记录Δp孔板。 2)打开不锈钢管测量管路切换阀,测压阀。 3)打开流量调节阀从小到大调节流量,,记录数据。3、镀锌管实验: 1)重复准备过程的7)并记录Δp孔板。 2)打开镀锌管测量管路切换阀,测压阀。关闭其它切换阀、测压阀。 3)打开流量调节阀从小到大调节流量,,记录数据。4、球阀、截止阀实验: 1)重复准备过程的7)并记录Δp孔板。 2)打开球阀、截止阀测量管路切换阀。关闭其它切换阀、测压阀。 3)打开球阀两端的测压阀。 4)打开流量调节阀从小到大调节流量,,记录数据。 5)关闭球阀两端测压阀,开启截止阀两端测压阀,重复上述过程,记录数据。5、层流管实验: 1)重复准备过程的7)并记录Δp孔板。 2)降低水泵频率。3)关闭其它切换阀、测压阀。全开层流管流量阀。 4)调节层流管路出口阀,改变管路压降,用量桶测量一定时