化工原理流体流动实验报告

流体力学综合实验装置 流体流动阻力测定（45）

实验报告

姓 名： 学 号： 专 业： 指导老师： 装置号： 日期：

一、实验目的

1．掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法。

2．测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系，验证在一般湍流区内λ与Re的关系曲线。 3．测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数?。 4．学会涡轮流量计的使用方法。

5．识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。

二、基本原理

流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能。流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。 流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为： hf??pf??p1?p2???lu2d2

绪论化工原理课程是化工、制药、生物、环境、 过程控制与装备的一门主干课程，是综合运用 数学、物理、化学、计算技术等基础知识，分 析和解决化工类型生产过程中各种物理操作问 题的技术基础课。 学习绪论，掌握五个方面的内容。

一、化工生产过程与单元操作 二、化工原理课程的研究方法 三、化工原理课程学习的要求 四、化工原理课程的五个重要基本概念 五、化工常用量和单位

一、化工生产过程与单元操作化工生产过程： 用化工的手段将原料加工成产品的生产过程，称为化工生产过程。 化 工产品成千上万，每种产品均有它自己特定的生产过程。由于原料、 产品的多样性及生产过程的复杂性，形成了数以万计的化工生产工艺。

例如：乙炔法制取聚氯乙烯的生产是以乙炔和氯化氢为原料进行加成 反应以制取氯乙烯单体，然后单体在0.8MPa、55℃左右进行聚合反应 获得聚氯乙烯。聚氯乙烯的工艺流程图见图1。

HCL 单 体 合 成加 入 成 分 ( (含有少量杂质 ( 水

碱液

全凝器 氯乙烯(CH2=CHCL)

H2O C2H2(g)含有少量杂质 反应釜 水 液体 压缩冷凝水洗

碱洗(除未反应的 HCL) 精馏塔

杂质

产品

(聚氯乙烯)

高压聚合

聚氯乙烯化工生产过程流程示意图干燥

(聚氯乙烯)

(1)化工生产过程的

绪论化工原理课程是化工、制药、生物、环境、 过程控制与装备的一门主干课程，是综合运用 数学、物理、化学、计算技术等基础知识，分 析和解决化工类型生产过程中各种物理操作问 题的技术基础课。 学习绪论，掌握五个方面的内容。

一、化工生产过程与单元操作 二、化工原理课程的研究方法 三、化工原理课程学习的要求 四、化工原理课程的五个重要基本概念 五、化工常用量和单位

一、化工生产过程与单元操作化工生产过程： 用化工的手段将原料加工成产品的生产过程，称为化工生产过程。 化 工产品成千上万，每种产品均有它自己特定的生产过程。由于原料、 产品的多样性及生产过程的复杂性，形成了数以万计的化工生产工艺。

例如：乙炔法制取聚氯乙烯的生产是以乙炔和氯化氢为原料进行加成 反应以制取氯乙烯单体，然后单体在0.8MPa、55℃左右进行聚合反应 获得聚氯乙烯。聚氯乙烯的工艺流程图见图1。

HCL 单 体 合 成加 入 成 分 ( (含有少量杂质 ( 水

碱液

全凝器 氯乙烯(CH2=CHCL)

H2O C2H2(g)含有少量杂质 反应釜 水 液体 压缩冷凝水洗

碱洗(除未反应的 HCL) 精馏塔

杂质

产品

(聚氯乙烯)

高压聚合

聚氯乙烯化工生产过程流程示意图干燥

(聚氯乙烯)

(1)化工生产过程的

北京化工大学 化工原理实验报告

实验名称：流体阻力实验 班级：化工1305班 姓名：张玮航

学号：2013011132序号： 11 同组人：宋雅楠、陈一帆、陈骏

设备型号：流体阻力-泵联合实验装置UPRSⅢ型-第4套 实验日期： 2015-11-27

北京化工大学化工原理流体阻力实验

一、实验摘要

首先，本实验使用UPRSⅢ型第4套实验设备，通过测量不同流速下水流经不锈钢管、镀锌管、层流管、突扩管、阀门的压头损失来测定不同管路、局部件的雷诺数与摩擦系数曲线。确定了摩擦系数和局部阻力系数的变化规律和影响因素，验证在湍流区内λ与雷诺数Re和相对粗糙度的函数。该实验结果可为管路实际应用和工艺设计提供重要的参考。

结果，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

0.25减小，并且光滑管的摩擦阻力系数较好地满足Blasuis关系式：??0.3163Re。

突然扩大管的局部阻力系数随Re的变化而变化。

关键词：摩擦系数，局部阻力系数，雷诺数，相对粗糙度

二、实验目的

1、掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法：

①测量湍流直管的阻力，确定摩擦阻力系数。 ②测量湍流局部管道的阻力，确定摩擦阻力系数。 ③测量层流直

流体流动 一、填空题：

1.牛顿粘性定律用内摩擦力的表达式为_____________. 用剪应力的表达式为____________. 答案：F=μAdu/dy; τ=μdu/dy

2.当地大气压为750mmHg时,测得某体系的表压为50mmHg,则该体系的绝对压强为_________mmHg, 真空度为_______mmHg. 答案： 800; -50

3.计算流体局部阻力损失的方法有:_______________,_________________,其相应的阻力损失计算公式为_______________,____________________。答案：当量长度法; 阻力系数法;

22

hf =λ(le/d)(u/2g); hf =ζ(u/2g) ;

4.理想流体是指________________________________；而实际流体是指___________________________。 答案：没有粘性、没有摩擦阻力、液体不可压缩；具有粘性、有摩擦力、液体可压缩、受热膨胀、消耗

能量。

5.牛顿粘性定律表达式为__________

pB pA z1 B A z2 pa ? ? C R 2 H 2? 例1-1 静力学方程应用

如图所示，三个容器A、B、C内均装有水，容器C敞口。密闭容器A、B间的液面高度差为z1=1m，容器B、C间的液面高度差为z2=2m，两U形管下部液体均为水银，其密度?0=13600kg/m3，高度差分别为R=0.2m，H=0.1m，试求容器A、B上方压力表读数pA、pB的大小。 解 如图所示，选取面1-1?、2-2?，显然面1-1?、

?，p2?p2?。 2-2?均为等压面，即p1?p1

再根据静力学原理，得：

1 1? pB??g?z2?H??pa??0gH

?0 于是 pB?pa??0gH??g?z2?H?

1 流体流动

1.1 教学基本要求

本章应掌握的内容：

（1）流体及相应的基本概念；

（2）流体静力学的基本原理及应用； （3）流体动力学的基本原理及应用；

（4）流体流动阻力的相关概念、基本原理及应用； （5）流体流量的测量原理及设备。

（6）液体输送机械的结构特点、工作原理、性能参数、操作、选型及典型设备间的区别，重点掌握离心泵及往复泵；

（7）典型气体输送机械的结构特点、工作原理和操作性能。

1.2 重点内容概要

1.2.1流体及其主要物理性质 1.2.1.1 连续介质假定

气体和液体具有易变形的特征，表现出流动性。气体和液体统称为流体。 液体可视为不可压缩性流体；气体可视为可压缩性流体。

在流体流动的研究中，常将流体视为由无数流体微团（或流体质点）组成的连续介质。这些质点一个紧挨着一个，质点间无空隙，即可认为流体充满其占据的空间，从而可以摆脱复杂的分子运动，从宏观的角度来研究流体在外力作用下的机械运动规律。

1.2.1.2 流体的物理性质 （1）流体的密度

m①定义： ?? kg/m3 （1-1）

V②影响因素： ρ= f (T,P）

对液体：密度随压力变化

1.7 管路计算1.7.1 概述一、管路计算内容和基本关系式

管路计算的目的是确定流量、管径和能量之间的关系。管路计算包括两种类型，即: 设计型计算 是给定输送任务，设计经济合理的输 送管路系统，其核心是管径。该类计算为定解问题，

存在参数优化选择。 操作型计算 是对一定的管路系统求流量或对规定的输送流量计算所需能量。

管路计算基本关系式：连续性方程，柏努力方程(包 括静力学方程)及能量损失计算式(含λ的确定) 由于某些变量间较复杂的非线性关系，除能量计算外， 一般需试差计算或迭代方法求解

二、管路分类1.按管路布局可分为简单管路与复杂管路(包括并 联管路和分支管路)的计算 2.按计算目的有三种命题： ①已知管径、管长、管件和阀门的设置及流体的输 送量，求流体通过管路系统的能量损失，以便进一 步确定输送设备所加入的外功、设备内的压强或设 备间的相对位置等。这一类计算比较容易。

②已知管径、管长、管件和阀门的设置及允许的能量 损失，求流体的流速或流量。 ③已知管长、管件或阀门的当量长度、流体的流量及

允许的能量损失，求管径。后两种情况都存在着共同性问题，即流速u或管径d 为未知，因此不能计算Re值，则无法判断流体的流型， 所以亦不能确定摩擦系数λ。 在这种

专业： 姓名： 学号： 日期：2015 地点：教十 1208 实验报告

课程名称：过程工程原理实验（乙） 指导老师：金伟光 成绩：__________________ 实验名称：流体力学综合实验（一、二） 实验类型：工程实验 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得

1、流体流动阻力的测定实验

1.1 实验目的：

1.1.1 掌握测定流体流经直管、阀门时阻力损失的一般实验方法 1.1.2 测定直管摩擦系数λ与雷诺数 Re的关系，验证在一般湍流区内λ与 Re的关系曲线

1.1.3测定流体流经阀门时的局部阻力系数ζ

1.1.4识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。

1.2 实验装置与流程：

1.2.1 实验装置介绍：

实验对象部分由贮水箱、离心泵、不同管径和材质的水管

第一章 流体流动习题答案

第一章 流体流动 1．若将90kg相对密度为0.83的油品与60kg相对密度为0.71的油品混合，试求混合油的密度。 解：?m?90?60?777(kg/m3)

9060?8307102．试计算空气在-40℃和41kPa(真空度)下的密度和重度，大气压力为1.013×105Pa。

pM(1.013?105?41?103)?29解：????0.902kg/m3 RT8314?(273.15?40) ??0.902?9.81?8.85N/m3?0.902kgf/m3 3．燃烧重油所得的燃料气，经分析测知其中含生8.5%CO2，7.5％02，76％N2，8%H20(均系体积百分率)。试求温度为500℃，压力为1.013×105Pa时，该混合气体的密度。 解：?CO2?pM101300?44??0.693kg/m3 RT8314?(273.15?500)pM101300?32??0.504kg/m3 RT8314?(273.15?500)pM101300?28??0.441kg/m3 RT8314?(273.15?500)pM101300?18??0.284kg/m3 RT8314?(273.15?500)?O?2?N