阻力实验.ppt

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1、化工原理实验福州大学化工原理实验室二九年九月阻力实验实验一流体阻力实验实验一流体阻力实验福州大学化工原理实验室一一 实验目的实验目的二二 实验任务实验任务三三 实验原理实验原理四四 实验流程实验流程五五 操作要点操作要点六六 注意事项注意事项七七 数据处理数据处理八八 报告要求报告要求九九 方案设计方案设计十十 阀门图片阀门图片流体阻力与离心泵联合实验装置学习管路阻力损失学习管路阻力损失 、管路摩擦系数管路摩擦系数、管件局管件局部阻力系数部阻力系数的测定方法，并通过实验了解它们的测定方法，并通过实验了解它们的变化规律，巩固对流体阻力基本理论的认识；的变化规律，巩固对流体阻力基本理论的认识；了解

2、测定摩擦系数的工程意义。了解测定摩擦系数的工程意义。学学会会倒倒U U型型压压差差计计和和孔孔板板流流量量计计的的使使用用方方法法以以及及识识别管路中各个管件，阀门的作用。别管路中各个管件，阀门的作用。学习对数坐标纸的用法。学习对数坐标纸的用法。一、实验目的一、实验目的实验任务（实验任务（1 1）直管摩擦阻力损失随直管摩擦阻力损失随 变化规律的研究变化规律的研究 1-41-4组同学可选择此项任务，也可选任务组同学可选择此项任务，也可选任务(3)(3)实验任务（实验任务（2 2）局部阻力损失机理及减少局部阻力损失若干问题的探讨局部阻力损失机理及减少局部阻力损失若干问题的探讨5-85-8组同学可选

3、择此项任务，也可选任务组同学可选择此项任务，也可选任务(3)(3)实验任务的具体要求请参阅实验教材。实验任务的具体要求请参阅实验教材。二、实验任务二、实验任务实验任务（实验任务（3 3）间接法确定管壁的粗糙度的研究间接法确定管壁的粗糙度的研究1 1、不可压缩流体在圆形管中层流与湍流的沿程损失、不可压缩流体在圆形管中层流与湍流的沿程损失随随ReRe变化规律的研究。变化规律的研究。2 2、实测、实测ReRe曲线与莫迪图比较，探讨其合理性。曲线与莫迪图比较，探讨其合理性。3 3、湍流流动的特征及其流动过程阻力的研究。、湍流流动的特征及其流动过程阻力的研究。也可以从下列任务中自选一个，或根据实验设备也

4、可以从下列任务中自选一个，或根据实验设备所能提供的测试项目，自行拟定研究方向。所能提供的测试项目，自行拟定研究方向。4 4、利用最小二乘法确定突缩管在不同管径比时局部、利用最小二乘法确定突缩管在不同管径比时局部阻力系数经验公式的方法。阻力系数经验公式的方法。5 5、利用因次分析法进行孔板流量计水力特性的研究。、利用因次分析法进行孔板流量计水力特性的研究。二、实验任务二、实验任务三、实验原理三、实验原理1 1、管路阻力损失、管路摩擦系数、管路阻力损失、管路摩擦系数测定原理测定原理 由由于于流流体体粘粘性性的的存存在在，流流体体在在流流动动的的过过程程中中会会发发生生流流体体间间的的摩摩擦擦，从从

5、而而导导致致阻阻力力损损失失。流流体体在在流流经经等等径径直直管管时时产产生生的的阻阻力力损损失失，通通常常称称为为摩摩擦擦损损失失。层层流流时时摩摩擦擦阻阻力力损损失失的的计计算算式式是是由由理理论论推推导导得得到到的的，即即哈哈根泊谡叶公式根泊谡叶公式层流时的摩擦因数为层流时的摩擦因数为 （1）（2）湍流时由于情况复杂得多，未能得出理论式，但湍流时由于情况复杂得多，未能得出理论式，但可以用因次分析方法来找出它们之间的关系。通过因可以用因次分析方法来找出它们之间的关系。通过因次分析方法可知：直管的摩擦系数是雷诺数和管的相次分析方法可知：直管的摩擦系数是雷诺数和管的相对粗糙度的函数，即对粗糙度

6、的函数，即 因因此此，相相对对粗粗糙糙度度一一定定，与与Re Re 有有一一定定的的关关系系。根根据据流流体体力力学学的的基基本本理理论论，摩摩擦擦系系数数与与阻阻力力损损失失之之间间存在如下的关系（范宁公式）：存在如下的关系（范宁公式）：（3）（4）三、实验原理三、实验原理管路的摩擦系数是根据上述理论关系来测定的。管路的摩擦系数是根据上述理论关系来测定的。对对已已知知长长度度、管管径径的的直直管管，在在一一定定流流速速范范围围内内，测测出出阻阻力力损损失失，然然后后按按式式（4 4）求求出出摩摩擦擦系系数数。那那么么如如何何测出呢？根据能量恒算方程测出呢？根据能量恒算方程在一条等直径的水平管

7、上选取两个截面，这两截面间管在一条等直径的水平管上选取两个截面，这两截面间管段的阻力损失便简化为段的阻力损失便简化为 （5）三、实验原理三、实验原理（6）两截面间管段的压力差两截面间管段的压力差 可用可用倒倒U U形管压差计形管压差计测量，故可计算出。测量，故可计算出。由于直管的摩擦系数是雷诺数和管的相对粗糙度的由于直管的摩擦系数是雷诺数和管的相对粗糙度的函数，所以要测函数，所以要测ReRe的的关系曲线，只要先固定实验的关系曲线，只要先固定实验的三、实验原理三、实验原理装置和物系，那么装置和物系，那么只随只随ReRe而变。实验操作变量仅是而变。实验操作变量仅是流量，改变流量的手段是调节阀门的开

8、度，由阀门开流量，改变流量的手段是调节阀门的开度，由阀门开度的变化达到改变流速度的变化达到改变流速u u的目的，因此在管路中需要的目的，因此在管路中需要安装一个流量计，本实验装置用的是安装一个流量计，本实验装置用的是孔板流量计孔板流量计，采，采用角接法引出二个测压点，并接上一个压差计测定孔用角接法引出二个测压点，并接上一个压差计测定孔板压差。流量根据流体通过孔板时的孔板压差，按下板压差。流量根据流体通过孔板时的孔板压差，按下式计算式计算 （7）式中式中C C1 1、C C2 2为校正系数，每套设备都不一样，具体数为校正系数，每套设备都不一样，具体数据请看实验室黑板。据请看实验室黑板。三、实验原

9、理三、实验原理 在已知管径在已知管径 d d 的情况下可算出流速的情况下可算出流速 u u。实验体实验体系确定后，系确定后，、是物性参数，它们只取决于实验是物性参数，它们只取决于实验温度，所以，在实验装置中需要安装测流体的温度，所以，在实验装置中需要安装测流体的温度温度计计。由流体的温度可查得流体的密度、粘度，因此，。由流体的温度可查得流体的密度、粘度，因此，对于每一组测得的数据可分别计算出对应的对于每一组测得的数据可分别计算出对应的 、和和 ReRe。三、实验原理三、实验原理从从以上分析可知：以上分析可知：2 2、局部阻力系数测定、局部阻力系数测定根据局部阻力系数的定义：根据局部阻力系数的定

10、义：只要测出流体经过管件时的阻力损失只要测出流体经过管件时的阻力损失 以及流以及流体通过管路的流速体通过管路的流速 ，即可计算出局部阻力系数，即可计算出局部阻力系数 。不过在测定阻力损失时，测压孔不能紧靠在管件处，。不过在测定阻力损失时，测压孔不能紧靠在管件处，否则静压强难以测准。否则静压强难以测准。三、实验原理三、实验原理 另外，还有一个重要原因，即管件的阻力损失不仅是另外，还有一个重要原因，即管件的阻力损失不仅是流体通过管件的损失，还包括由于流体通过管件时，其流体通过管件的损失，还包括由于流体通过管件时，其前后一小段管子内管壁摩擦增加的损失。通常测压孔都前后一小段管子内管壁摩擦增加的损失。

11、通常测压孔都开设在距管件一定距离的管子上，这样测出的阻力损失开设在距管件一定距离的管子上，这样测出的阻力损失包括了管件和直管两部分，因此，计算管件损失时应扣包括了管件和直管两部分，因此，计算管件损失时应扣除直管的阻力损失。（本套实验设备由于管径或测压点除直管的阻力损失。（本套实验设备由于管径或测压点的距离不同，无法计算出可以参比的直管阻力损失，故的距离不同，无法计算出可以参比的直管阻力损失，故按不扣除直管阻力损失的方法计算）。按不扣除直管阻力损失的方法计算）。三、实验原理三、实验原理水箱水箱离离心心泵泵孔板孔板流量计流量计管路管路切切换阀换阀 No1-No7No1-No7测量管路测量管路 稳流

12、罐稳流罐 流流量量调调节节阀阀流体阻力实验流程图流体阻力实验流程图1 层流管层流管,61.2mm的不锈钢管的不锈钢管,测压点间距测压点间距l=1.5m；2 离心泵性能测定附线，为离心泵性能测定附线，为483mm的不锈钢管；的不锈钢管；3 球阀与截止阀，为球阀与截止阀，为273.5mm的不锈钢管；的不锈钢管；4 光光滑滑管管,273.5mm的的不不锈锈钢钢管管，测测压压点点间间距距l=1.5m；5 粗粗糙糙管管,26.22.75mm的的镀镀锌锌管管，测测压压点点间间距距l=1.5m；6 突然扩大管，为突然扩大管，为223mm 483mm的不锈钢管的不锈钢管.四、实验流程介绍四、实验流程介绍用用离

13、离心心泵泵将将水水箱箱内内的的清清水水打打入入系系统统中中，经经孔孔板板流流量量计计计计量量后后，通通过过管管路路切切换换阀阀门门进进入入相相应应的的测测量量管管路路，在在管管内内的的流流动动压压头头损损失失，可可由由压压差差传传感感器器或或倒倒U U型型压压差差计计测测量量。实实验验中中，可可以以通通过过调调节节流流量量调调节节阀阀测测定定不不同流量下的压头损失。同流量下的压头损失。五、操作要点五、操作要点1 1、启动泵、启动泵：首先，检查出口阀是否已关闭：首先，检查出口阀是否已关闭（为什么（为什么?）在出口阀关闭的情况下，在计算机上点击离心在出口阀关闭的情况下，在计算机上点击离心泵启动按钮

14、即可启动泵。泵启动按钮即可启动泵。2 2、排气：、排气：在实验开始前，系统要先排净气体，使液体在实验开始前，系统要先排净气体，使液体连续流动连续流动（为什么？）（为什么？）。（1 1）管路排气：）管路排气：先将流量切换阀和流量调节阀打开，先将流量切换阀和流量调节阀打开，将管路内的气体排净；将管路内的气体排净；（2 2）测压管排气：）测压管排气：开启测量面开启测量面板上相应的压降切换阀，使倒板上相应的压降切换阀，使倒U U型型压差计及压差传感器与系统相连。压差计及压差传感器与系统相连。关闭进水阀，打开排水阀和放空关闭进水阀，打开排水阀和放空阀，将引压管和压差计内的水和阀，将引压管和压差计内的水和

15、气排出；关闭放空阀和排水阀，气排出；关闭放空阀和排水阀，打开进水阀，使水重新进入压差打开进水阀，使水重新进入压差计，完成排气操作。计，完成排气操作。放空阀放空阀进水阀进水阀排水阀排水阀五、操作要点五、操作要点如何检验测试系统内的空气已经被排除干净？如何检验测试系统内的空气已经被排除干净？关闭流量调节阀，检查倒关闭流量调节阀，检查倒U U型压差计两端的液面。型压差计两端的液面。若相平，则可以开始实验，若不平，则需要重新排气。若相平，则可以开始实验，若不平，则需要重新排气。如果倒如果倒U U型压差计液面已调平，但仪表显示的数型压差计液面已调平，但仪表显示的数值不为零，需进行仪表调零。值不为零，需进

16、行仪表调零。3 3、读取数据：、读取数据：要系统稳定后再读数。测取要系统稳定后再读数。测取1010组左右的组左右的数据，层流管的流量用量筒及秒表测取。数据，层流管的流量用量筒及秒表测取。五、操作要点五、操作要点4 4、测测完完一一套套管管路路的的数数据据后后，关关闭闭流流量量调调节节阀阀，再再次次检检查查倒倒U U型型压压差差计计的的液液面面是是否否相相平平。然然后后重重复复以以上上步步骤，测取其他管路的数据。骤，测取其他管路的数据。要使测试点分布合理，可以利用形管压差计的要使测试点分布合理，可以利用形管压差计的量程来分布测试点，并要按对数规律量程来分布测试点，并要按对数规律（为什么？）（为什

17、么？）。对于双对数坐标：对于双对数坐标：若若若若则则则则五、操作要点（数据点分布）五、操作要点（数据点分布）若要测若要测10个数据，可以利用装置中的哪个部件个数据，可以利用装置中的哪个部件使测试点分布合理？使测试点分布合理？220mm520mm例如例如:当流量为零时，两液面所处刻度为当流量为零时，两液面所处刻度为220mm，当流量最大时，其中一边液面所处刻度为当流量最大时，其中一边液面所处刻度为520mm序号序号 压差计压差计(mm)两点两点之之间的差间的差1520432477393438364402335369316338287310258285249261211024020220若若若若则

18、则则则从上表可看出，流量小时，点取密一些，流量大时点取疏一些。从上表可看出，流量小时，点取密一些，流量大时点取疏一些。实验时最小值可取实验时最小值可取240mm（为什么？）为什么？）1.1.泵应当在流量调节阀关闭的情况下启动。泵应当在流量调节阀关闭的情况下启动。2.2.系统要先排净气体，以使流体能够连续流动。系统要先排净气体，以使流体能够连续流动。3.3.为为了了避避免免传传感感器器进进水水而而损损坏坏，应应缓缓慢慢打打开开流流量量调节阀。调节阀。六、操作注意事项六、操作注意事项密度密度：可查表或按下式计算：可查表或按下式计算流量流量：流速流速：雷诺数雷诺数：阻力损失阻力损失：粘度粘度：可查表

19、或按下式计算：可查表或按下式计算七、数据处理七、数据处理注意与的区别注意与的区别1 1、光滑管和粗糙管的、光滑管和粗糙管的摩擦系摩擦系数：数：也可直接从也可直接从R R、V V来计算来计算 2 2、球阀、截止阀和孔板的局部阻力系数、球阀、截止阀和孔板的局部阻力系数 也可直接从也可直接从R R、V V来计算来计算 七、数据处理七、数据处理由由于于突突扩扩管管存存在在动动能能的的损损失失，所所以以计计算算方方法法与与球球阀阀等等有有所所不不同同，（压压差差计计示示值值在在大大管管一一侧侧高高于于小小管管一一侧，即）侧，即）3 3、突扩管局部阻力的计算、突扩管局部阻力的计算七、数据处理七、数据处理理

20、论推导的突然扩大的阻力系数为理论推导的突然扩大的阻力系数为 由实验得到的突扩管的阻力系数为由实验得到的突扩管的阻力系数为 将实验值与理论推导的数值进行比较，结果是将实验值与理论推导的数值进行比较，结果是否一致？否一致？为什么？为什么？七、数据处理七、数据处理数据处理注意事项数据处理注意事项1 1、对计算示例的要求、对计算示例的要求（1 1）将计算示例放在附录部分。）将计算示例放在附录部分。（2 2）每种计算类型只要处理其中一组数据。）每种计算类型只要处理其中一组数据。第一类：光滑管或者粗糙管第一类：光滑管或者粗糙管第二类：球阀、截止阀或孔板第二类：球阀、截止阀或孔板第三类：突扩管第三类：突扩管

21、（3 3）同同组组同同学学应应取取不不同同组组数数据据进进行行处处理理。否否则则按按计计算算雷同扣分。雷同扣分。（4 4）每每一一计计算算过过程程都都应应包包括括：公公式式、数数据据代代入入、答答案案和单位。和单位。数据处理注意事项数据处理注意事项2 2、对双对数坐标绘图的要求、对双对数坐标绘图的要求按按教教师师提提供供的的坐坐标标纸纸进进行行绘绘图图(大大小小最最好好不不要要重重新新调调整整)。坐坐标标的的刻刻度度、名名称称和和单单位位自自己己标标上上。可可参参考考下页的实验结果示意图。下页的实验结果示意图。对对数数坐坐标标的的分分度度值值不不可可以以随随意意划划分分。例例如如右右图图横横坐

22、坐标标的的刻刻度度顺顺序序依依次次为为1 1、2 2、3 3、410410，或或1010、2020、3010030100，而而不不能能是是1 1、5 5、1010、1515等。等。实验结果实验结果Re关系图关系图横 坐 标 不够 合 理，知 道 为 什么吗？八、实验报告要求八、实验报告要求实验报告按小论文格式撰写。由于这是第一次按实验报告按小论文格式撰写。由于这是第一次按论文格式写报告，故对以下部分都做了较详细的说明。论文格式写报告，故对以下部分都做了较详细的说明。论文题目论文题目姓名年级专业学号姓名年级专业学号摘摘要要 撰撰写写摘摘要要的的目目的的是是让让读读者者一一目目了了然然本本文文研研

23、究究了了什什么么问问题题，用用什什么么方方法法，得得到到什什么么结结果果，这这些些结结果果有有什什么么重重要要意意义义，一一般般写写几几十十个个字字即即可可。具具体体写写法法如如：本本文文利利用用，详详细细分分析析了了，主主要要结结果果。或本文讨论了或本文讨论了，结果表明：，结果表明：。等都可以用。等都可以用。关键词关键词（3-53-5个）个）前言前言这一部分可包括以下内容：这一部分可包括以下内容：（1 1）研究背景和目的：说明从事该项研究的理由。）研究背景和目的：说明从事该项研究的理由。（2 2）研研究究方方法法：指指研研究究采采用用的的实实验验方方法法或或实实验验途途径径。前言中只提及方法

24、的名称即可，无须展开细述。前言中只提及方法的名称即可，无须展开细述。（3 3）研研究究的的意意义义等等。例例如如，阻阻力力产产生生的的原原因因，测测阻阻力力的的意意义义，拟拟采采用用的的测测定定方方法法，测测定定方方法法的的理理论依据等。应扣住论文的题目和主题来写。论依据等。应扣住论文的题目和主题来写。八、实验报告要求八、实验报告要求八、实验报告要求八、实验报告要求一实验方法一实验方法1 1、实验所用设备、装置和仪器等。需给出示意图。、实验所用设备、装置和仪器等。需给出示意图。2 2、实验方法和过程，说明实验所采用的是什么方法，实、实验方法和过程，说明实验所采用的是什么方法，实验过程是如何进行

25、的，操作上应注意什么问题等。要验过程是如何进行的，操作上应注意什么问题等。要突出重点，只写关键性步骤。突出重点，只写关键性步骤。二实验数据处理二实验数据处理1 1、列出与论文主题相关的实验原始数据记录表，其余的、列出与论文主题相关的实验原始数据记录表，其余的数据可放在附录部分。数据可放在附录部分。2 2、以某一组数据为例进行计算。计算过程放在附录中，、以某一组数据为例进行计算。计算过程放在附录中，计算结果汇成一表放在论文中。计算结果汇成一表放在论文中。（注意事项见数据处理部分）（注意事项见数据处理部分）3 3、画出相关的曲线关联图、画出相关的曲线关联图八、实验报告要求八、实验报告要求三实验结果

26、与讨论三实验结果与讨论通过数据处理，得到什么结果，比如通过数据处理，得到什么结果，比如Re的关的关系式，不同条件下阻力大小的比较、所得结果与文系式，不同条件下阻力大小的比较、所得结果与文献资料的比较是否一致等，并对结果进行分析和讨献资料的比较是否一致等，并对结果进行分析和讨论，提出你的看法与建议。论，提出你的看法与建议。参考文献参考文献 参照实验讲义参照实验讲义P8P8的格式（一定要规范）的格式（一定要规范）附录附录 附录是在论文末尾作为正文主体的补充项目，附录是在论文末尾作为正文主体的补充项目，并不是必需的。对于某些数量较大的重要原始数据、并不是必需的。对于某些数量较大的重要原始数据、篇幅过

27、大不便于作正文的材料（如计算过程等）可篇幅过大不便于作正文的材料（如计算过程等）可作为附录，放在附录部分。作为附录，放在附录部分。八、实验报告要求八、实验报告要求实实验验报报告告的的最最后后一一页页是是教教师师签签过过名名的的实实验验原原始始数数据记录表。据记录表。由由于于探探讨讨和和研研究究的的重重点点不不一一样样，具具体体形形式式应应主主要要根根据据作作者者的的意意图图和和文文章章内内容容决决定定，不不可可能能也也不不应应该该规规定定一一个个统统一一的的形形式式，作作为为学学生生实实验验论论文文，至至少少应应包括以上内容。包括以上内容。实实验验报报告告的的装装订订顺顺序序为为：封封面面、论

28、论文文正正文文、附附录录，实验原始数据记录表。装订位置在左侧。实验原始数据记录表。装订位置在左侧。九、实验方案设计的格式九、实验方案设计的格式实验名称：实验名称：流体阻力实验流体阻力实验实验小组成员：实验小组成员：方案设计时间：方案设计时间：一一.实验方案设计思路实验方案设计思路二二.实验所需仪器、设备实验所需仪器、设备 三三.实验应测试的参数实验应测试的参数四四.实验步骤实验步骤 五五.实验注意事项实验注意事项要测哪些参数，为什么要测哪些参数，为什么？（用公式表达）？（用公式表达）原始数据记录表（应包原始数据记录表（应包括符号和单位）括符号和单位）实验设计方案实验设计方案,用用A4A4复印纸

29、书写。复印纸书写。纸张左侧留纸张左侧留2 2cmcm装订位置。装订位置。十、部分阀门图片十、部分阀门图片截截止止阀阀摘自摘自http:/www.yongjiu-浙浙江江永永嘉嘉永永久久阀阀门门制制造造有有限限公公司司十、部分阀门图片十、部分阀门图片球球阀阀摘自摘自http:/www.yongjiu-浙江永嘉永久阀门制造有限公司浙江永嘉永久阀门制造有限公司止止 回回 阀阀十、部分阀门图片十、部分阀门图片摘摘自自http:/www.yongjiu-浙浙 江江 永永 嘉嘉 永永 久久 阀阀 门门 制制 造造 有有 限限 公公 司司十、部分阀门图片十、部分阀门图片针针 形形 阀阀摘自摘自http:/www.yongjiu-浙江永嘉永久阀门制造有限公司浙江永嘉永久阀门制造有限公司十、部分阀门图片十、部分阀门图片闸闸闸闸阀阀摘摘自自