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　實 驗 報 告 專業：

　姓名：

　學號：

　日期：

　地點：

　課程名稱：

　過程工程專業實驗流體流動阻力實驗 指導老師：

　成績：

　實驗名稱：

　實驗類型：

　同組學生：

　 一、實驗目的和要求（必填）

　二、實驗容和原理（必填）

　三、主要儀器設備（必填）

　四、操作方法和實驗步驟

　五、實驗數據記錄和處理 六、實驗結果與分析（必填）

　七、討論、心得

　一、實驗目的和要求 裝 1. 掌握測定流體流經直管、管件（閥門）時阻力損失的一般實驗方法。

　2. 測定直管摩擦系數 λ 與雷諾準數 Re

　的關系，流體流經管件 （閥門）

　時的局部阻力系數 ，驗 訂 證在一般湍流區 λ 與 Re

　的關系曲線，考察 ζ 與 Re 是否相關。

　線 3. 識辨組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用 , 獲得對 Re，摩擦系數λ，局部阻力系數ζ的感性認識。

　二、實驗容和原理 1 流量計校核 通過計時稱重對渦輪流量計讀數進行校核。

　2. Re 數：

　 3. 直管阻力摩擦系數 λ 的測定 流體在水平等徑直管中穩定流動時，阻力損失為：

　.

　4. 局部阻力系數ζ的測定

　 局部阻力壓力降的測量方法：測量管件及管件兩端直管（總長度 l" ）總的壓降 p，減去其直管段的壓降，該直管段的壓降可由直管阻力 p f （長度 l ）實驗結果求取。

　 三、主要儀器設備

　.

　Figure 1 實 1—水箱 2 —離心泵 3 、11、12、13、14—壓差傳感器 —引水漏斗 4 —溫度計 21 、22—調節閥 5—渦輪流量計 16—粗糙管實驗段 17 —光 滑管實驗段 18 a b c de f g h —閘閥 19 —截止閥 20 23 —泵出口閥 24 —旁路閥（流量校核）

　— 取壓點 表格 1 表格 2， 名稱 類型 直管規格 管徑 直管段長度 截止閥 局部阻力 閘閥 閘閥兩端直管（粗糙管）

　22 ab = 680

　 光滑管

　不銹鋼管

　光滑直管 （ mm）

　21 （mm）

　ef = 1000

　 粗糙直管 22 bc =1000 粗糙管 鍍鋅鐵管

　截止閥兩端直管（光滑管）

　21

　de = 660

　 四．操作方法和實驗步驟 1. 離心泵灌水，關閉出口閥（ 23），打開電源，啟動水泵電機，待電機轉動平穩后，把泵的出口閥（ 23）緩緩開到最大。對壓差傳感器進行排氣，完成后關閉排氣閥門，使壓差傳感器處于測量狀態。

　3

　2. 開啟旁路閥（ 24），關閉光滑管段閥件，選定最小流量 1.00m /h ，, 記錄最大流量，設定大于 10個數值上等比的流量觀測值。自大至小，改變流量，每次改變流量，待流動達到穩定后，記錄壓 差、流量、溫度等數據。粗糙管段測量同光滑管段測量。

　3. 實驗結束，關閉出口閥（ 23）。

　五、實驗數據記錄和處理 5.1 流量計校核 3 -1 儀器讀數：

　V1=0.61m ·h

　，空桶質量 m0 =0.46kg

　V2= τ =50.00s

　時，桶的質量 m 1 =10.22kg ，水溫 t r =32.1 ℃，ρ =995.0kg/m 實 際 流 速 ：

　 偏差 E=(0.71-0.61)/0.61 *100%=16.4% 表格 3 光滑管段實驗數據記錄

　No V1/m3 ·h -1 t1/ p11/kpa p12/kPa( 加管件 ) 1 0.95 32.1 0.43 9.8 2 1.21 32 0.66 11.6 3 1.44 31.9 0.84 12.9 4 1.71 31.8 1.14 14.8 5 2.05 31.8 1.55 18.2 6 2.26 31.7 1.83 20.4 7 2.71 31.6 2.52 26.5 8 3.23 31.6 3.34 34.6 9 3.74 31.6 4.32 44.2 3

　[1]

　10 4.5 31.4 6.11 60.8 11 5.25 31.2 7.99 79.5 12 5.39 31.1 8.22 83.6

　表格 4 粗糙管段實驗數據記錄

　件 )

　實驗所用流體為水，ρ，μ的計算參考文獻值 , 插法處理

　t=20 , ;t=30 , ; t=40 ,

　 t=28 , ; t=29 , ; t=30 , ; t=31 , No 3 -1 V2/m ·h T2/ P21/kpa P22/kPa( 加管1 0.97 30.4 1.44 1.05 2 1.24 30.3 2.24 1.73 3 1.44 30.2 3.01 2.43 4 1.7 30.1 4.09 3.42 5 2.05 30 5.83 5.03 6 2.37 29.9 7.67 6.72 7 2.77 29.8 10.395 9.25 8 3.2 29.5 13.2 12.5 9 3.82 29.3 19.87 17.71 10 4.45 29.2 24.93 24.15 11 5.07 28.7 24.83 24.94

　 t=32 ,

　 表格 5. 光滑管段流動阻力參數計算結果

　 No

　1 -1 u/m·s

　0.6942 3 ρ /kg ·m

　995.0 μ/Pa ·s

　0.000766 Re

　19828.7 λ

　0.03946 δ

　39.65707 2 0.8842 995.0 0.000768 25205.1 0.03733 28.67032 3 1.0523 995.0 0.000770 29934.5 0.03355 22.38011 4 1.2496 995.1 0.000771 35474.2 0.03228 18.05326 5

　1.4980

　995.1

　0.000771

　42527.6

　0.03054

　15.35699 6 1.6515 995.1 0.000773 46788.0 0.02967 14.11610 7 1.9803 995.1 0.000774 55989.6 0.02841 12.70268 8 2.3603 995.1 0.000774 66732.9 0.02651 11.66286 9 2.7330 995.1 0.000774 77269.7 0.02557 11.10278 10

　3.2883

　995.2

　0.000778

　92593.1

　0.02498

　10.52757 11 3.8364 995.3 0.000781 107587.3 0.02400 10.11264 12 3.9387 995.3 0.000782 110232.9 0.02342 10.10460

　 表格

　No

　 6

　 粗糙管段流動阻力參數計算結果

　-1 3 u/m·s ρ/kg ·m

　μ/Pa ·s

　Re

　λ

　δ 1

　0.7779 995.6 0.000794 20483.1 0.10038 0.33063

　 2 0.9945 995.6 0.000796 26130.6 0.09555 0.51107 3 1.1549 995.6 0.000797 30282.7 0.09520 0.66783 4 1.3634 995.7 0.000799 35676.9 0.09282 0.77871 5 1.6441 995.7 0.000801 42934.0 0.09098 0.87851 6 1.9007 995.7 0.000802 49530.1 0.08955 0.92170 7 2.2215 995.8 0.000804 57766.5 0.08884 0.97242 8 2.5664 995.8 0.000809 66310.9 0.08453 1.15510 9 3.0636 995.9 0.000813 78825.6 0.08928 0.98338 10 3.5689 995.9 0.000815 91632.9 0.08255 1.21348 11 4.0661 996.0 0.000823 103289.4 0.06333 1.03868

　Figure 2 ．摩擦系數λ與 Re 的關系曲線（ y1 為光滑管摩擦系數， y2 為粗糙管摩擦系數）

　 .

　[1] [2]

　對照 Moody圖 ， Figure 3 ． Moody 圖

　查得光滑管段λ 1-Re 圖對應的相對粗糙度ε 1/d1=0.002; 粗糙管段λ 2-Re 圖對應的相對粗糙度ε 2/d2>0.05. 絕對粗糙度：ε 1=0.002*21=0.42mm ，ε 2>0.05*22=1.10mm; 查表 知，中等腐蝕的無縫鋼管絕對粗糙度：ε ~0.4mm；普通鍍鋅鋼管絕對粗糙度：ε：

　0.1~0.15mm

　 . Figure 4 ．局部阻力系數ζ與 Re 的關系曲線（ y1 為光滑管局部阻力系數， y2 為粗糙管局部阻力系數）

　 截止閥局部阻力系數 : ζ1=10.70 閘閥局部阻力系數：ζ

　2=1.04 （兩者均取ζ -Re 曲線上平直部分對應的局部阻力系數）

　查文獻，知截止閥在全開時ζ =6.4 ，閘閥在全開時ζ =0.17

　 六．實驗結果與分析 1. 實驗誤差分析：

　1.1 由對渦輪流量計的校核知，當流速較小時，流量計的測量誤差較大，可達 16.4%，因而λ -Re ，ζ -Re 圖上， Re 值較小時，實驗數據點的誤差較大。

　1.2 實驗讀數時，由于儀表顯示的讀數值并不穩定，液體實際的流動不是不可壓縮的穩定流動， Δ p，V， t 值隨時間變化存在一定程度上的波動。

　1.3 溫度傳感器，流量計，壓差傳感器的儀器測量誤差不可避免。

　1.4 調節流量時，流動并未完全穩定讀數

　 1.5 計算局部阻力系數時，采用的公式：

　，合成不確定度相較摩擦阻力系數測定時，引入的不確定度增加了一項，誤差增大。

　1.6 所用的水不夠潔凈，含較多雜質，而實驗中都做純水處理，實際流體的μ，ρ值與計算得到 的值存在一定程度的偏差。

　.

　2. 實驗結果分析 2.1.

　實驗測得光滑管的絕對粗糙度ε 1=0.42mm, 在給出的參考圍 ~0.4mm，粗糙管的絕對粗糙度>1.10mm,偏大，可能原因水管使用較久由于污垢腐蝕而造成絕對粗糙度偏大 2.2

　 實驗測得的截止閥與閘閥在全開時，局部阻力系數較文獻值均偏大，可能的原因：

　a. 實際因為閥件的制造水平，加工精度不同的原因，不同的閥件的局部阻力系數在一定圍波動；

　b. 實驗用閥件可能存在積垢，腐蝕的問題，導致局部阻力系數偏大。

　3. 思考題 3.1 在對裝置做排氣工作時，是否一定要關閉流程尾部的出口閥？為什么？ 答：是，由離心泵特性曲線知，流量為零時，軸功率最小，電動機負荷最小，不會過載燒毀線 圈。

　3.2 ．如何檢測管路中的空氣已經被排除干凈？ 答：關閉出口閥后，打開 U 形管頂部的閥門，利用空氣壓強使 U形管兩支管水往下降，當兩支管 液柱水平，證明系統中空氣已被排除干凈。

　3.3 ．以水做介質所測得的λ～ Re 關系能否適用于其它流體？如何應用？ 答：能用，因為雷諾準數是一個無因次數群，它允許 d、u、ρ 、μ變化。

　3.4.

　在不同設備上（包括不同管徑），不同水溫下測定的λ～ Re 數據能否關聯在同一條曲線上？

　答：不可以， , 設備改變，相對粗糙度也發生改變，從而λ變化。

　3.5 ．如果測壓口、孔邊緣有毛刺或安裝不垂直，對靜壓的測量有何影響？ 答：有毛刺，增加額外的阻力損失，安裝不垂直，增加額外的壓差，使測量誤差增大。七．參考文獻 [1]. 何潮洪，霄 . 化工原理（上冊）

　. [M] 科學：

　2013 [2]. 時均 . 化學工程手冊 上卷 .[M] 化學工業：

　1996

　.

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