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文本内容:
北京化工大学实验报告课程名称化工原理实验实验日期
2015.
12.3班级姓名同组人:一装置型号下RS-II型一流体阻力实验
一、摘要本实验以水为介质，使用FFRS-H型流体阻力实验装置，测定了水流经直管道、局部管道的阻力系数，Re^lO^lO%实验验证了湍流状态下直管摩擦阻力系数受Re和£总共同影响；层流状态下直管摩擦阻力系数仅是Re的函数，且在双对数坐标系内呈线性关系；局部阻力系数受Re和局部形状影响，尤其局部形状的差异影响远大于Re实验得到的直管道阻力系数关联图与教材P29图1-32接近，满足工程上允许的误差范围，在实际应用中，可适当参考该图数据求取阻力系数，进一步计算流体阻力关键词摩擦阻力系数局部阻力系数Re e/d
二、实验目的
1、掌握测定流体阻力实验的一般实验方法
2、测定直管的一般阻力系数人及突然扩大管和阀门的局部阻力系数
3、验证湍流区内摩擦阻力系数入为雷诺数Re和相对粗糙度的函数
4、将所得光滑管的X-Re方程与Blasius方程相比较
三、实验原理流体在流动过程中，由于粘性会发生相互间的摩擦，从而导致其机械能减少，我们称之为阻力损失计算流体阻力一种方法是测得管路上、下游两个截面的机械能，当没有外加能量时，两者的差值即是阻力损失；另一种方法是通过因次分析，得到一定条件下通用的公式，此法在科学研究和工程计算上应用广泛，具体如下
1、寻找影响流体阻力的因素，共6个h f=td,u,P,U,/,£
12、简化实验，确定函数关系使用因次分析法，将所有变量组合成4个无因次数群雷诺准数Re dup/n相对粗糙度£/d管道长径比1/d能量项h/u2f确定函数关系±=/如，，,刍2u2〃d d对于水平无变径直管道，结合柏努利方程上式变为AP dup£、I u,、rf—=/-------，二丁刀3p4dd2令九=f\dup//£/d可得h=—=A---fd22dNP4III2P式中hf——直管阻力，J・KgT；1——被测管长，m；d——被测管内径，m；u--------平均流速，m*s1入一一摩擦阻力系数4式适用于湍流直管条件下的阻力计算，大量实验表明，当管道内壁非常光滑，即相对粗糙度低于某一数值后，入与Re的关系遵循Blasius关系式X=O.3163/Re0255当流体处于层流状态时，摩擦阻力系数将不受相对粗糙度的影响，由理论推导得,64Z=------Re当流体流经等径管道局部弯头、阀门等，不考虑直管段长度，方程变为以下形式:AP U2hf=—=.P2,2Apg=rp・u22/一hf=P1-2当流体流经突然扩大管道Pl P2时2夕2-Pi+7=1-——称为局部阻力系数，它与流体流过的管件的几何形状及流体的Re数有关，当Re大到一定值后，与Re数无关，为定值用传感器测量压降时，要求主管路和引压管线中的液体必须连续，不能有气泡主管路排气可开大流量阀门，使水大量快速流过管道，将其中气体带走引压管线中的气体可在关闭出口流量调节阀的情况下，打开传感器两侧的排气阀门将其排净，最后注意将排气阀关闭
四、实验流程图图、流体阻力实验流程
11、水箱
2、水泵
3、涡轮流量计
4、层流水槽
5、层流管
6、截止阀
7、球阀
8、光滑管
9、粗糙管
10、突扩管
11、流量调节阀
12、层流调节阀设备尺寸不锈钢管l=L5m,d=
0.021m镀锌钢管l=L5m,d=
0.021m突扩管di=
0.042m,d2=
0.016m截止阀管道d=
0.016m球阀管道d=
0.016m
五、实验操作
1、检查实验器材，关闭所有阀门，启动水泵
2、确定实验管路，打开总阀门和不锈钢管的阀门
3、对主管路和不锈钢管路进行排气，直至管路中观察无气泡且传感器读数为零，表明排气完成，关闭排气阀
4、调节流量为零，待传感器读数稳定后读出压降，作为矫正值，然后从大到小改变流量，测出相应的压降，每设定一个流量时，等待传感器的读数稳定后读数并记录，从小到大依次测出10组数据，并记录相应温度
5、按上述方法分别测量镀锌钢管，突扩管，截止阀（全开），球阀（全开）和不锈钢管在不同流量时的压降其中镀锌钢和不锈钢管测10组数据，突扩管、截止阀和球阀均测6组数据
6、关闭流量调节阀门、停泵，打开传感器两侧排气阀
7、处理数据，完成实验报告
六、实验数据处理.不锈钢管水11=
1.5m d=
0.021m Ap=
0.15Kpa t=
25.4℃水液量/■不错钢w1水温度摩擦网力系序号Z^ftRe iibfuXHtomt•h11/t ftA
17.
1222.52|Zb.
11392120.
0180.
0165.95……盘
6.1217JJ04120450a
380.0175L15；
5.
4312.H
612511018760.
0190.
0181.
3644.I I
9.
08833020.
0200.
0193.
563.33Ji.52mi
621770.
0210.
0202.
6762.76too
25.
4517820.
0220.
0212.21OC A
72.2307r
418390.
0230.
0221.79—
81.76L86OC A
330210.
0240.
0231.
4191.24LOH|Zb.
1232650.026o.as
0.99汨O.Sfi
100.76_____1____oc■M2a pen
0.
0290.61以第一组数据为例，计算过程如下:t水二20℃,查表得P
998.2kg/m3u
1.005mPa.st水二30℃,查表得P
995.7kg/m3u
0.801mPa.s
5.95m/s_4*7,42用内插法可得:t水=
25.4℃,P=用
6.85kg可3,
0.89484mPa.s3600*n*
0.0212雷诺数Re=—u
1392120.021*
5.95*
996.
8530.89484*10-摩擦阻力系数人二半=2*
0.021*
22.52-
0.15*103/l.5*
5.952*
996.85=
0.018lu2PX Blasius=配懈=
0.3163/139212025e
0.016流速u
5.79/s4q4*
7.42236007rd3600*n*
0.0212雷诺数Re
2、镀锌钢管du l=P L5m d=
0.021m Ap=
0.06Kpa t水=
22.7℃摩擦阻力系序号雷诺数Re入Blasius流量压降数人流速q m/h pkPau m/s
17.
2136.
420.
0301279825.
790.
01726.
1326.
320.
0301088124.
920.
01735.
2019.
020.
031923044.
170.
01844.
2012.
550.
031745533.
370.
01953.
277.
900.
032580452.
620.
02062.
755.
720.
033488142.
210.
02172.
253.
910.
033399391.
810.
02281.
782.
600.
035315961.
430.
02491.
281.
460.
037227211.
030.
026100.
740.
620.
045131360.
590.030以第一组数据为例，计算过程如下用内插法可得t水=
22.7℃,P=
997.6kg/m3u=
0.954mPa.s摩擦阻力系数入学学=2*
0.摩擦
36.42-
0.06*103/I.5*
5.79*
997.6=
0.03lu2PX Blasius=维祟=
0.3163/127982025=
0.017Re.突扩管；水3di=
0.016m d=
0.042m Ap=
0.12Kpa t=
26.9℃2局部阻力流量/m3•序号压降水温/℃雷诺数系数C理论流速流速/kPa ReiC ulu2h-
1132.
2426.
9764670.
720.
734.
140.
6022.
021.
0226.
9514880.
720.
732.
790.
4131.
020.
2626.
9259990.
720.
731.
410.20以第一组数据为例，计算过程如下用内插法可得t水=
26.9℃,P=
996.5kg/m3U=
0.8642mPa.s流速5二=4*
3.36/3600*n*
0.0155二生14m/s3600712口穴流速厂痂/=4*
3.36/36*n*
0.042^=
0.60m/s雷诺数Re二限
0.0155*
4.14*
996.5/
0.8642*1-3=76467局部阻力系数7=1-——A=l-[
0.602+2*
2.12^103/
996.5/
4.
1420.72ulz2u2+—水流量/m3•球阀压降水温度局部阻力系序号雷诺数流速Re U/kPa/℃数？h
13.
021.
6525.
9769040.
4312.
6722.
060.
9025.
9524580.
471.
8231.
040.
3625.
9264840.
570.92,球阀全开水4d=
0.02m Ap=
0.12Kpa t=
25.9℃理论二1一空J1一d/d2=1-
0.
01670.04222=
0.73A大2雷诺数Re=剋隆
0.02*
2.67*
996.7/
0.8846*10-3二76904=
2.67m/s局部阻力系数=生=2*
1.53*
107996.7*
2.672=
0.43P u2查表知理论二
0.
64.截止阀（全开）水5d=
0.02m Ap=
0.012Kpa t=
25.5℃以第一组数据为例，计算过程如下:用内插法可得t^
25.9℃,P流速=的=
996.7kg/m3口二
0.8846mPa.sn=九4*
3.021236007rd3600*2*0,02水流量/m3•截止阀压降局部阻力系序号雷诺数流速Re uh-1/kPa水温度/℃数？
13.
0231.
2425.
5616068.
762.
6722.
0614.
9025.
5420228.
941.
8231.
054.
0625.
5214199.
170.93以第一组数据为例，计算过程如下流速u二
2.67m/s兀口*4q4*
3.02用内插法可得t水=
25.5℃,P=
996.8kg/m3□=
0.8642mPa.s36003600*
0.022雷诺数Re=—=
0.02*
2.67*
996.8/
0.8642*10-3=61606口局部阻力系数二生局部L12*103/
996.8*
2.672=
8.762P u查表知理论=
6.
801、不锈钢管与镀锌钢管的摩擦阻力系数均随雷诺数的增大而减小，当雷诺数增加到一定值后，阻力系数减小的程度变缓，由于管壁中的突出物已完全暴露在湍流之中，流动进入阻力平方区此时阻力系数人与雷诺数Re无关
2、当Re相同时，不锈钢管与镀锌钢管的摩擦阻力系数明显不同，且后者高于前者，因为摩擦阻力系数由雷诺数与粗糙度共同决定，雷诺数Re相等时，相对粗糙度£/d越大，摩擦系数人则越大
3、在湍流区内，光滑管人与雷诺数Re基本符合Blasius方程结果分析:参考资料
1、化工原理实验杨祖荣主编化学工业出版社
2、化工原理陈敏恒丛德滋方图南齐鸣斋主编化学工业出版社。
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