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化工原理雷诺实验报告
篇一:化工原理实验报告(流体阻力)
摘要:
本实验通过测定流体在不同管路中流动时的流量qv、测压点之间的压强差ΔP,结合已知的管路的内径、长度等数据,应用机械能守恒式算出不同管路的λ‐Re变化关系及突然扩大管的?-Re关系。从实验数据分析可知,光滑管、粗糙管的摩擦阻力系数随Re增大而减小,并且光滑管的摩擦阻力系数较好地满足Blasuis关系式:?? 。突然扩大管的局部阻力系数随Re的变化而变化。
一、目的及任务
①掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法。
②测定直管的摩擦阻力系数λ及突然扩大管和阀门的局部阻力系数ξ。③验证湍流区内摩擦系数λ为雷诺数Re和相对粗糙度的函数。④将所得光滑管λ-Re方程与Blasius方程相比较。
二、基本原理
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,由于黏性和涡流的作用产生摩擦阻力;流体在流过突然扩大、弯头等管件时,由于流体运动的速度和方向突然变化,产生局部阻力。影响流体阻力的因素较多,在工程上通常采用量纲分析方法简化实验,得到在一定条件下具有普遍意义的结果,其方法如下:
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相关,可表示为:
△p=?(d,l,u,ρ, μ, ε) 引入下列无量纲数群。
雷诺数 Re?相对粗糙度管子长径比从而得到
ld
du?
??
d
??(
du??l
,,) ?dd
?p
?u
2
令???(Re,)
d
?
?p
?
?
ld
?(Re,
?ud)
2
2
可得到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。
hf?
?p
?
??
ld
?
u
2
2
式中
hf
——直管阻力,J/kg;
——被测管长,m; d——被测管内径,m; u——平均流速,m/s; ?——摩擦阻力系数。
当流体在一管径为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间的静压强差,即为流体流过两截面间的流动阻力。根据伯努利方程找出静压强差和摩擦阻力系数的关系式,即可求出摩擦阻力系数。改变流速科测出不同Re下的摩擦阻力系数,这样就可得到某一相对粗糙度下的λ-Re关系。
(1)湍流区的摩擦阻力系数
l
在湍流区内??f(Re,)。对于光滑管,大量实验证明,当Re在3?103~105
d
?
范围内,?与Re的关系式遵循Blasius关系式,即
??

对于粗糙管,?与Re的关系均以图来表示。(2)层流的摩擦阻力系数
??
64Re
2. 局部阻力
hf??
u
2
2
式中,ξ为局部阻力系数,其与流体流过管件的集合形状及流体的Re有关,当Re大到一定值后,ξ与Re无关,为定值。
三、装置和流程
本实验装置如图,管道水平安装,实验用水循环使用。,管径Φ(6×)mm,两测压管之间的距离1m;,管径为Φ(27×3)mm;(27×) mm不锈钢管;(27×) mm镀锌钢管,;,管子由Φ(22×3) mm扩大到Φ(48×3) mm;a1、a2为层流管两端的两测压口;b1、b2为球阀的两测压口;c1、c2表示截止阀的两测压口;d1、d2表示不锈钢管的两测压口;e1、e2表示粗糙管的两测压口;f1、f2表示突然扩大管的两测压口。系统中孔板流量计以测流量。
四、操作要点
①启动离心泵,打开被测管线上的开关阀及面板上与其对应的切换阀,
关闭其他开关阀和切换阀,确保测压点一一对应。②系统要排净气体使液体连续流动。设备和测压管线中的气体都要排净,
检验的方法是当流量为零时,观察U形压差计的两液面是否水平。③读取数据时,应注意稳定后再读数。测定直管摩擦阻力时,流量由大
到小,充分利用面板量程测取10组数据。测定突然扩大管、球阀和截止阀的局部阻力时,各取3组数据。本次实验层流管不做测定。④测完一根管数据后,应将流量调节阀关闭,观察压差计的两液面是否
水平,水平时才能更换另一条管路,否则全部数据无效。同时要了解各种阀门的特点,学会使用阀门,注意阀门的切换,同时要关严,防止内漏。
五、数据处理
(1)、原始数据水温:℃密度:1000kg/m3 粘度:μ=?10?3
2、数据处理
1)不锈钢管,镀锌管以及层流管的