中国地质大学武汉化工原理实验报告Word格式文档下载.docx
- 文档编号:15219838
- 上传时间:2022-10-28
- 格式:DOCX
- 页数:11
- 大小:177.77KB
中国地质大学武汉化工原理实验报告Word格式文档下载.docx
《中国地质大学武汉化工原理实验报告Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《中国地质大学武汉化工原理实验报告Word格式文档下载.docx(11页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
2、验证在湍流区内光滑管摩擦阻力系数λ与雷诺数Re关系。
3、将实验所得光滑管的λ-Re曲线关系与Blasius方程相比较。
三、实验内容
1、测定湍流状态下不锈钢管管路压降Δp从而得到λ随Re变化关系
2、测定湍流状态下突扩管的局部压降Δp从而求取局部阻力系数平均值
四、实验原理
1、直管阻力
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会产生摩擦阻力(即直管阻力);
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,会产生局部阻力。
为化简工作难度,同时使实验的结果具有普遍的应用意义,应采用基于实验基础的量纲分析法来对直管阻力进行测量:
流体流动阻力与流体的性质、流体流经处的几何尺寸、流体的运动状态有关:
。
通过一系列的数学过程推导,引入以下几个无量纲数群:
雷诺数
相对粗糙度:
长径比:
整理得到:
令:
为直管阻力系数,则有:
阻力系数与压头损失之间的关系可通过实验测得,上式改写为:
式中:
——直管阻力(J/kg);
——被测管长(m);
——被测管内径(m);
——平均流速(m/s);
——直管中的摩擦阻力系数。
当流体在管径为d的圆形管中流动时,选取两个截面,测出这两个截面的静压强差,即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:
测量
通过改变流速可测出不同Re下的摩擦阻力系数,得到某一相对粗糙度下的关系。
在湍流区内摩擦阻力系数λ=φ(Re,ε/d),对于光滑管,大量实验证明,当Re在3×
103~105的范围内,λ与Re遵循Blasius关系式:
2、局部阻力
流体的边界在局部地区发生急剧变化时,迫使主流脱离边壁而形成漩涡,流体质点间产生剧烈的碰撞,所形成的阻力称为局部阻力。
本实验中采用局部阻力系数法,即流体通过某一件阀门或管件的阻力损失用流体在管路中的动能系数来表示:
——局部阻力;
ξ——局部阻力系数;
(ξ其与流体流过管件的几何形状及流体的Re有关,当Re大到一定值后,ξ与Re无关,为定值)
对于不同的阀门和管径变化,有着不同的局部阻力系数。
其中突扩管局部阻力系数为:
在本实验中,由于管道是水平布置,则局部阻力系数计算式化简为:
(有变径)
p1、p2——上、下游截面压强差,
u1、u2——两个管径内的平均流速,
ρ——流体密度。
五、实验流程和设备
1—水箱2—水泵3—涡轮流量计4—主管路切换阀5—不锈钢管6—突扩管
7—流量调节阀8—变频仪
图1流体阻力实验带控制点工艺流程(不锈钢管、突扩管)
实验介质:
水
研究对象:
不锈钢管,l=1.5m,d=0.021m;
突扩管,d1=0.016m,d2=0.042m;
六、实验操作
1、准备工作及通用操作:
1、开泵。
打开各管路的切换阀门,关闭流量调节阀,按变频仪上绿色按钮启动泵,转速在变化上升(从f=25Hz开始如果变化较慢,则向上递进)。
2、排气。
排尽整个系统的气体,包括设备主管和测压管线中的气体。
具体步骤为:
全开压差传感器排气阀,打开流量调节阀数十秒钟后再关闭,这时流量为零,等待一段时间,观察压差传感器指示读数是否为0(允许存在一定偏差),否则,要重新排气。
导压管排气、测压管线排气:
打开全部测压阀、压差传感器排气阀,查看Δp孔板。
再次打开传感器排气阀,10秒后关闭,重复多次至零点不变,记录Δp孔板。
3、实验测取数据。
打开测量管路的切换阀和测压管线上的切换阀,其余管路的切换阀和测压管线上的切换阀都关闭。
流量由小到大,测取数据。
2、不锈钢管实验:
1、打开传感排气阀并记录ΔP。
2、逐渐逆时针拧流量调节阀从小到大调节流量,3.5m3/h以上通过改变频率调节,流量到指定点待稳定后记录压降。
2、突扩管实验:
将突扩管右侧的阀打开,其他管的球阀全部关闭。
关闭全部阀门,顺时针拧关泵,点击红色按钮消除数据。
7、实验数据表格及计算举例
1.不锈钢管数据表
ΔP0/Kpa
d/m
ρ水
/Kg•m-1
序号1-7,9-11
998.5
0.19
0.021
序号8,12
998.4
序号
水流量
qv/m3•h-1
管路压降
Δp/kPa
水温度
t/℃
水粘度
μ/Pa•s
水流速
u/m•s-1
雷诺数
Re
λ
λ理论
相对误差
1
0.79
0.63
18.50
0.00105
12659
0.0293
0.0298
-1.71%
2
1.10
0.99
18.60
0.88
17626
0.0288
0.0275
4.90%
3
1.28
1.23
1.03
20511
0.0276
0.0264
4.60%
4
2.10
2.50
1.69
33650
0.0228
0.0234
-2.31%
5
2.77
4.12
0.00104
2.22
44813
0.0223
0.0217
2.62%
6
3.50
6.03
2.81
56623
0.0208
0.0205
1.26%
7
4.29
8.64
18.70
3.44
69403
0.0200
0.0195
8
4.71
10.13
19.30
0.00102
3.78
77684
0.0189
3.01%
9
5.17
11.88
0.00103
4.15
84452
0.0190
0.0186
2.66%
10
5.91
15.15
18.80
4.74
96540
0.0187
0.0179
3.96%
11
6.52
17.98
18.90
5.23
106504
0.0182
0.0175
4.10%
12
7.43
22.72
19.10
5.96
121357
0.0178
0.0169
计算示例:
以第一组为例
1)流速
2)雷诺数
3)摩擦系数
4)理论摩擦系数
5)相对误差
2.突扩管数据表
Δp0/kPa
d1/m
d2/m
0.21
0.016
0.042
局部压降
Δp2-1/kPa
水密度ρ/kg•m-3
水粘度
水流速u1/m•s-1
水流速u2/m•s-1
局部阻力系数ζ
1.96
0.67
19.80
997.12
2.71
0.39
0.853
3.00
2.43
0.60
0.720
3.99
4.03
5.52
0.80
0.727
4.98
6.20
6.88
1.00
0.725
局部阻力系数平均值⎺ζ
0.724
局部阻力系数理论值ζ理论
0.731
平均值⎺ζ相对误差
-0.96%
1)流速
2)局部阻力系数
3)理论局部阻力系数
4)平均局部阻力系数由于ζ1偏离过大,舍去,求剩余三项平均值
5)平均值⎺ζ相对误差
八、实验结果作图及分析
进行数据处理后利用Excel软件进行关系曲线的绘制,得到结果如下:
1、对光滑管的实验结果分析:
实验结果基本验证了:
在湍流区,当相对粗糙度一定,光滑管的摩擦阻力系数均随雷诺数Re的增大而减小,当Re增大到一定程度时,有一临界值,λ逐渐趋于一个定值。
此后的流动可以认为进入了阻力平方区。
由图1可知,对于光滑管,实验数值的阻力摩擦系数略大于等于理论值,造成这一结果的原因可能是:
由于长时间使用,管路内部形成了一定程度的腐蚀和结垢,进而造成流体在管路中流动时流体质点与管壁突出部分相互碰撞而增加了流体的能量损失。
由于取点不够,回测了表一中第八组数据,使得水温略高于其他,可能造成的影响:
不同温度会影响流体粘度、密度从而改变雷诺系数、摩擦阻力系数,因此所测定的λ-Re数据不能关联到一条直线上。
但是因为影响较小,仍能近似于满足λ-Re关系。
2、对突扩管的实验结果分析
在湍流的不同流速下,扩管的局部阻力系数为定值。
实验测得数据与理论值相差甚小。
九、思考题
1.在测量前为什么要将设备中的空气排净?
怎样才能迅速地排净?
答:
(1)在测定流体流动阻力中,排出设备中气体的目的在于使得流体连续稳定地流动,因为气泡的存在会影响压力差的测量从而导致偏差。
(2)逆时针调节流量调节阀到最大程度,用大量水冲洗设备中管路以此快速排净气体。
2.在不同设备、不同温度下测定的λ-Re数据能否关联在一条曲线上?
不能。
不同设备即使粗糙度相同,根据公式:
,不同温度会影响流体粘度、密度从而改变雷诺系数、摩擦阻力系数,因此所测定的λ-Re数据不能关联到一条直线上。
3.以水为工作流体所测得的摩擦阻力系数与雷诺数的关系是否适用于其他流体
可以适用于牛顿型流体,但不适用于非牛顿型流体。
因为后者不满足牛顿粘性定律,必将不满足关系。
而对于牛顿流体,即使工作流体改变,由于雷诺数的已经包含流体的特质(密度、粘度),此关系仍然适用。
4.测出的直管摩擦阻力与设备的放置状态有关吗?
为什么?
测出的直管摩擦阻力与设备的放置状态无关。
(a)假设管路水平:
在1-1’和2-2’截面间伯努利方程可知:
因为直径相同,u1=u2z1=z2
所以
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 中国地质大学 武汉 化工 原理 实验 报告