化工原理实验报告

本科生实验报告 实验课程 学院名称 专业名称 学生姓名 学生学号 指导教师 实验地点 实验成绩 曾英 、曹语晴 测试楼 化工原理 材料与化学化工学院 二〇 年 月 二〇 年 月 实验一 一、实验目的 管路流体阻力的测定 同组实验同学: 研究管路系统中的流体流动和输送,其中重要的问题之一,是确定流体在流动过 程中的能量损耗。 流体流动时的能量损耗(压头损失) ,主要由于管路系统中存在着各种阻力。管 路中的各种阻力可分为沿程阻力(直管阻力)和局部阻力两大类。 本实验的目的,是以实验方法直接测定摩擦系数λ 和局部阻力系数ζ 。 二、实验原理 当不可压缩流体在圆形导管中流动时, 在管路系统内任意二个截面之间列出机械 能 衡算方程为 gZ1 ? 2 P1 u 1 P u2 ? ? gZ 2 ? 2 ? 2 ? h f ? 2 ? 2 J ? kg?1 ?1? m液柱 或 Z1 ? 2 P1 u 1 P u2 ? ? Z2 ? 2 ? 2 ? Hf ?g 2g ?g 2g ?2? 式中;Z—一流体的位压头,m 液柱; P——流体的压强,Pa; U—一流体的平均流速,m·s-1 h;—一单位质量流体因流体阻力所造成的能量损失,J·kg-1 Hf—一单位重量流体因流体阻力所造成的能量损失,即所谓压头损失,m 液 柱; 符号下标 1 和 2 分别表示上游和下游截面上的数值。 假若: (1)水作为试验物系,则水可视为不可压缩流体; (2)试验导管是按水平装置的,则 Z1=Z2; (3)试验导管的上下游截面上的横截面积相同,则 u1=u2. 因此(1)和(2)两式分别可简化为 P1 ? P2 ? P ? P2 Hf ? 1 ?g hf ? J ? kg-1 m水柱 ?3? ?4? 由此可见,因阻力造成的能量损失(压头损失) ,可由管路系统的两截面之间的压力 差(压头差)来测定。 当流体在圆形直管内流动时,流体因摩擦阻力所造成的能量损失(压头损失) , 2 有如下一般关系式: hf ? P1 ? P2 l u2 ? ?? ? ? d 2 J ? kg?1 ?5? 或 P1 ? P2 l u2 Hf ? ? ?? ? ?g d 2g m水柱 ?6? 式中;d—一圆形直管的管径,m; l—一圆形直管的长度,m; λ —一摩擦系数, 【无因次】 。 大量实验研究表明:摩擦系数又与流体的密度ρ 和粘度μ ,管径 d、流速 u 和管 壁粗糙 度ε 有关。应用因次分析的方法,可以得出摩擦系数与雷诺数和管壁相对粗糙度ε /d 存在 函数关系,即 ?? ? ? ? f ? Re, ? d? ? ?7? 通过实验测得λ 和 Re 数据,可以在双对数坐标上标绘出实验曲线。当 Re<2000 时,摩擦系数λ 与管壁粗糙度ε 无关。当流体在直管中呈湍流时,λ 不仅与雷诺数 有关,而且与管壁相对粗糙度有关。 当流体流过管路系统时,因遇各种管件、阀门和测量仪表等而产生局部阻力, 所造成 的能量损失(压头损失) ,有如下一般关系式: u2 h ?? 2 ' f J ? kg ?1 或 H 'f ? ? u2 2g m液柱 式中:u—一连接管件等的直管中流体的平均流速,m· s-1; ζ —一局部阻力系数【无因次】 。 由于造成局部阻力的原因和条件极为复杂,各种局部阻力系数的具体数值,都 需要通 过实验直接测定。 三、实验装置 本实验装置主要是由循环水系统(或高位稳压水槽) 、试验管路系统和高位排气 水槽 串联组合而成,每条测试管的测压口通过转换阀组与压差计连通。 压差由一倒置 U 形水柱压差计显示。孔板流量计的读数申另一倒置 U 形水柱压 3 差 计显示。该装置的流程如图 2-1 所示。 图 2-1 管路流体阻力实验装置流程 1.循环水泵;2.光滑试验管 3.粗糙试验管 4.扩大与缩小试验管;5.孔板流量 计;6.阀门;7.转换阀组;8.高位排气水槽. 试验管路系统是由五条玻璃直管平行排列,经 U 形弯管串联连接而成。每条直 管上 分别配置光滑管、粗糙管、骤然扩大与缩小管、阀门和孔板流量计。每根试验管测 试段长 度月两测压口距离均为 0.6m。流程图中标出符号 G 和 D 分别表示上游测压口(高 压侧) 和下游测压口 低压侧) 。测压口位置的配置,以保证上游测压口距 U 形弯管接口的 距离, 以及下游测压口距造成局部阻力处的距离,均大于 50 倍管径。 作为试验用水,用循环水泵或直接用自来水由循环水槽送入试验管路系统,由 下而上 依次流经各种流体阻力试验管,最后流人高位排气水槽。由高位排气水槽溢流出来 的水, 返回循环水槽。 水在试验管路中的流速,通过调节阀加以调节。流量由试验管路中的孔板流量 计测 量,并由压差计显示该数。 四、实验方法 实验前准备工作须按如下步骤顺序进行操作: (1)先将水灌满循环水槽,然后关闭试验导管入口的调节阀,再启动循环水 4 泵。待泵运转正常后,先将试验导管中的旋塞阀全部打开,并关闭转换阀组中的全 部旋塞,然后缓慢 开启试验导管的入口调节阀。当水流满整个试验导管,并在高 位排气水槽中有溢流水排出 时,关闭调节阀,停泵。 (2) 检查循环水槽中的水位, 一般需要再补充些水, 防止水面低于泵吸入口。 (3)逐一检查并排除试验导管和联接管线中可能存在的空气泡。排除空气泡 的方法是,先将转换阀组中被检一组测压口旋塞打开,然后打开倒置 U 形水柱压差 计顶部的放空阀,直至排尽空气泡再关闭放空阀。必要时可在流体流动状态下,按 上述方法排除空气泡。 (4)调节倒置 U 形压差计的水柱高度。先将转换阀组上的旋塞全部关闭,然后打开 压差计顶部放空阀, 再缓慢开启转换阀组中的放空阀, 这时压差计中液面徐徐下降。 当压差计中的水柱高度居于标尺中间部位时,关闭转换阀组中的放空阀。为了便于 观察,在临实验前,可由压差计项部的放空处,滴入几滴红墨水,将压差计水

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