化工原理实验指导书B5（终稿） - 图文

化工原理实验指导书

?Pf?直管阻力引起的压强降，Pa； l?管长，m；

u?流速，m / s；

??流体的密度，kg / m3；

2

??流体的粘度，N·s / m。

直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间有一定的关系，这个关系一般用曲线来表示。在实验装置中，直管段管长l和管径d都已固定。若水温一定，则水的密度ρ和粘度μ也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降?Pf与流速u（流量V）之间的关系。

根据实验数据和式（1.2）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（1.3）计算对应的Re，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与Re的关系曲线。

2、局部阻力系数?的测定

流体流经管件、阀门、弯头、管道突然扩大或缩小时产生的阻力称为局部阻力。局部阻力通常由两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。本实验采用阻力系数法。即：

h?f??P'f?u2 （1.4） ??2?2??P'f ????????u2 （1.5）

??式中??局部阻力系数，无因次；

?Pf'?局部阻力引起的压强降，Pa； h'f?局部阻力引起的能量损失，J／kg。

局部阻力引起的压强降?Pf' 可用下面的方法测量：在一条各处直径相

等的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在其上、下游开两对测压口a-a'

和b-b＇，见图1.1。各测压口位置满足关系式：

ab＝bc a′b′＝b′c′ 则有：

△Pf，a b ＝△Pf，bc △Pf，a＇b＇= △Pf，b＇c＇

在a-a′之间列柏努利方程式：

Pa－Pa＇ =2△Pf，a b+2△Pf，a＇b＇+△P′f （1.6）

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在b-b＇之间列柏努利方程式：

Pb－Pb＇=△Pf，bc+△Pf，b＇c＇+△P＇f

=△Pf，a b+△Pf，a＇b＇+△Pf （1.7） 联立式(1.6)和(1.7)，得到

?Pf'＝2(Pb－Pb＇)－(Pa－Pa＇)

为了实验方便，称(Pb－Pb＇)为近点压差，称(Pa－Pa＇)为远点压差。

＇

图1.1 局部阻力测量取压口布置图

四、实验装置及流程

1、实验装置及流程

实验装置及流程如图1.2所示。

图1.2 流体阻力实验装置流程示意图

1-水箱；2-水泵；5,16-缓冲罐；6,14-测局部阻力近端阀；7,15-测局部阻力远端阀；

8,17-粗糙管测压阀；9,21-光滑管测压阀；10-局部阻力阀；12-压力传感器；13-涡轮流量计；19-光滑管阀； 20-粗糙管阀；22-小转子流量计；23-大转子流量计；24-阀门；25-水箱放水阀；26-倒U型管放空阀；27-倒U型管；28,30-倒U型管排水阀；29,31-倒U型管连通阀

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水泵2将储水槽1中的水抽出,送入实验系统,首先经玻璃转子流量计22测量流量,然后送入被测直管段测量流体流动的光滑管或粗糙管的阻力,或测量局部阻力后回到储水槽, 水循环使用。被测直管段流体流动阻力△p可根据其数值大小分别采用变送器12或空气—水倒置∪型管27来测量。

2、设备的主要技术数据:

(1) 被测光滑直管段: 管径 d=0.0083 (m) 管长 L=1.68(m) 材料: 不锈钢管

被测粗糙直管段: 管径 d=0.0100 (m) 管长 L=1.68(m) 材料: 不

锈钢管

(2) 被测局部阻力直管段:管径 d=0.015(m) 管长 L=1.2(m) 材料: 不锈钢管

(3) 压力传感器: 型号:LXWY 测量范围: 200 kPa (4) 直流数字电压表: 型号: PZ139 测量范围: 0 ～ 200 kPa (5) 离心泵: 型号: WB70/055 流量: 8(m/h)

扬程: 12(m) 电机功率: 550(W)

(6) 玻璃转子流量计: 型号: LZB—40 测量范围:100～1000(L/h)

LZB—10 10～100(L/h) 精度: 1.5

2.5

3

五、实验方法及步骤

1、向储水槽内注水,直到水满为止。

2、按下电源的绿色按钮，通电预热数字显示仪表10—15分钟，记录数字表的初始值。

3、检查阀门，关闭流量调节阀24和小转子流量计阀门，关闭倒U型管下部的放水阀28、30。其余阀门全开。

4、按下离心泵的启动按钮，启动离心泵。开启流量调节阀24，将流量慢慢调至最大，向管路中注水，赶尽管路中气体。

5、管路中气体被认为基本赶尽后，先关闭倒U型管上部的放空阀26，再将流量调节阀24关闭，然后关倒U型管测压连通阀29、31。此时再慢慢旋开倒U型管上部的放空阀26，分别打开下部放水阀28、30，使液柱高度差降至中点附近时马上关闭放水阀28、30，关放空阀26。之后旋开倒U型管左右两个连通阀29、31，若空气—水倒置∪型管内两液柱的高度差为零,

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则说明系统内无气泡存在,否则重新排气。

6、测定光滑管阻力时，关闭粗糙管阀门20和局部阻力阀门10，全开阀19及测压阀9、21，启动离心泵，调节流量。测取数据的顺序可从大流量至小流量,反之也可。流量可按等比级数规则，一般测15～20组数。建议流量读数在40L／h之内不少于4个点，以便得到滞流状态下的λ—Re关系。在能用倒置∪形管测压差时，尽量不用差压数字表测压差。使用压差数字表测量压差时，关闭倒U型管的连通阀。

7、测定粗糙管阻力时，关闭光滑管阀门19和局部阻力阀门10，全开粗糙管阀门20和测压阀8、17。调节流量测定压差，一般测15～20组数据。

8、测定局部阻力时，关闭阀门19和20，全开阀门10及近端阀6、14或远端阀7、15。调节流量测量远端、近端压差，一般测取4～5组数据。

9、待数据测量完毕,关闭流量调节阀,停泵，切断电源。 六、注意事项

1、启动离心泵之前关闭泵出口阀。

2、实验中注意关闭应关闭的阀门，防止流体同时经过直管测量及局部阻力测量两条管路。

3、注意排净系统和压差测量系统中的气泡。

4、在测定流量范围内，流量应按等比级数原则分布实验点。 5、流量调节后须经一定的稳定时间，方可记录测取各参数。 6、在用压差传感器测量压差时，必须关闭连通倒U型管的阀门，否则影响测量数值。

7、测定小流量阻力时，使用倒U形管压差计测量压差。

8、为保护压差传感器，最大流量不要超过1000L/h,并且调节流量要缓慢。

9、停泵前必须关闭流量调节阀门。

七、报告内容

1、将实验原始数据和数据整理结果列在表格中，并以其中一组数据为例写出计算过程。

2、在双对数坐标纸上标绘光滑直管和粗糙直管λ～Re 关系曲线。 3、将所标绘的λ～Re曲线与教材给出的曲线进行比较。 4、画出ξ～Re的关系曲线，算出ξ的平均值。

八、思考题

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