化工原理試驗講義 試驗1 流體滾動阻力的測定

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一、試驗目的

1.1.學習管路阻力損失(hf)、管路摩擦系數(shù)（λ）、管件局部阻力系數(shù)（ζ）的測

定方法，并通過試驗了解它們的變化規(guī)律，穩(wěn)定對流體阻力基本理論的認識；2.2.了解與本試驗有關的各種流量測量儀表、壓差測量儀表的結構特點和安裝方

式，把握其測量原理，學會正確使用；3.3.學習對數(shù)坐標紙的用法。

二、試驗任務

1.1.測定流體流過直管的阻力,確定摩擦系數(shù)λ與雷諾數(shù)Re的關系；2.2.測定閥門、管件的局部阻力系數(shù)ζ。

三、試驗原理

由于流體粘性的存在，流體在滾動的過程中會發(fā)生流體間的摩擦，從而導致阻力損失。層流時阻力損失的計算式是由理論推導得到的。湍流時由于狀況繁雜得多，未能得出理論式，但可以通過試驗研究，獲得經(jīng)驗的計算式。其研究的基本步驟如下：

1.尋覓影響過程的主要因素

對所研究的過程作初步的試驗和經(jīng)驗的歸納，盡可能地列出影響過程的主要因素。對湍流時直管阻力損失hf與諸多影響ζ因素的關系式應為：hf=f(d,u,ρ,μ,l,ε)

(1-1)

2.因次分析法規(guī)劃試驗

當一個過程受多個變量影響時，尋常用網(wǎng)絡法通過試驗以尋覓自變量與因變量的關系。以式(1-1)為例，若每個自變量的數(shù)值變化10次，測取hf的值而其他自變量保持不變，共

6

有6個自變量，試驗次數(shù)將達10。為了減少試驗工作量，需要在試驗前進行規(guī)劃，以盡可能減少試驗次數(shù)。因次分析法是通過將變量組合成無因次數(shù)群，從而減少試驗自變量的個數(shù)，大幅度地減少試驗次數(shù)，這可以由π定理加以證明：

因次分析法可以將對式(1-1)的研究變成對以下式(1-2)的4個無因次數(shù)之間的關系的研究。即：

hfu2?f(du?l?,,)?dd（1-2）du?l?u2hf?f(,,)??dd2（1-3）

其中，若試驗設備已定，那么式(1-2)可寫成為：試驗設備是水平直管，式(1-3)又可寫為：

?p若令

du?l?u2?f(,,)???dd2(1-4)

??f(則有

du??,)?d

(1-5)

?plu2?????d2(1-6)

由(1-6)式可知，為了要測定(1-5)式的曲線關系，若裝置已經(jīng)確定，物系也已確定，

那么λ只隨Re而變。試驗操作變量僅是流量，改變流量的手段是調(diào)理閥門的開度，由閥門

開度的變化達到改變流速u的目的，因此在管路中需要安裝一個流量計；在直徑d﹑長度為l的水平直管上，引出二個測壓點，并接上一個測差計：試驗體系確定后，ρ﹑μ是物性參數(shù)，它們只取決于試驗溫度，所以，在試驗裝置中需要安裝測流體的溫度計；再配上水槽﹑泵﹑管件等組建成循環(huán)管路，見教材。四．試驗流程圖(略)

五．試驗步驟

1.1.關閉控制閥，開啟二個平衡閥，引水﹑灌水放氣，關閉功率表，啟動泵。2.2.系統(tǒng)排氣

(1)總管排氣：先將控制閥開足，然后再關閉，重復三次，目的為了使總管中的部分氣體被排走，然后開啟總管排氣閥，開足后再關閉，重復三遍。(2)引壓管排氣：依次分別對4個放氣閥，開﹑關重復三次。

(3)壓差計排氣：關閉二個平衡閥，依次分別開啟4個放氣閥，此時眼睛要凝眸著U型壓差計中的指示劑液面的上升，防止指示劑沖出，開﹑關重復三次。

3.3.檢驗排氣是否完全的方法為：將控制閥開至最大，再關至為零，看U型壓差

計讀數(shù)，若左右讀數(shù)相等，則判斷系統(tǒng)排氣完全；若左右讀數(shù)不等，則重復上述步驟2。

4.4.由于系統(tǒng)的流量計量采用渦輪番量計，其小流量受到結構的限制，因此，從

大流量做起，試驗數(shù)據(jù)比較確鑿。5.5.試驗布點

由于Re在充分湍流區(qū)時，λ～Re的關系是水平線，所以在大流量時少布點，而Re在比較小時,λ～Re的關系是曲線,所以小流量時多布點。先將控制閥開至

2-2

最大，讀取流量顯示儀讀數(shù)F大，然后關至水銀壓差計讀數(shù)0.13ms時，再讀取

2-2

流量顯示儀讀數(shù)F小，在F小和F大2個讀數(shù)之間布10點。當壓差低于0.13ms時，切∩型壓差計顯示壓差；流量計量采用稱重加秒表的計量方法。此時試驗布點布4～5點。

六、本卷須知

1.1.排氣一定要排完全；

2.2.排氣時要注意安全，確保指示劑不被沖出；3.3.試驗數(shù)據(jù)安排合理。

七．原始數(shù)據(jù)

1.1.一次性原始數(shù)據(jù)

ι=m；d=mm；t=℃；d=mm；ζ=次/升；2.2.原始數(shù)據(jù)記錄表

序號12345678910

顯示儀讀數(shù)s

-1

直管阻力壓差計/dm左

右

局部阻力壓差計/dm左

右

八、試驗報告的主要內(nèi)容

1.1.據(jù)試驗數(shù)據(jù)整理成λ(或ζ)-Re數(shù)據(jù)表。在雙對數(shù)坐標紙上繪制λ（或ζ）

-Re曲線。

2.2.確定管件或閥門的阻力系數(shù)。

九、思考題

1.1.為了確定λ與ζ的函數(shù)關系要測定那些數(shù)據(jù)？宜選用什么儀器儀表來測定？

如何處理數(shù)據(jù)？

2.2.為什么要進行排氣操作？如何排氣？為什么操作失誤可能將U形管中的水銀

沖走？

3.3.不同管徑﹑不同水溫下測定的λ－Re數(shù)據(jù)能否關聯(lián)到一條曲線上,為什么?4.4.以