.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11姓名：学号：2011011 序号：同组人：设备型号：流体阻力-泵联合实验装置UPRSⅢ型-第套实验日期：2013-11-4一、实验摘要本实验使用104实验室UPRS Ⅲ型第7套实验设备，测量了水流经不锈钢管、镀锌管、突扩管、阀门、层流管的阻力损失。

确定了摩擦系数和局部阻力系数的变化规律和影响因素。

该实验提供了一种测量实际管路阻力系数的方法，其结果可为管路实际应用和工艺设计提供重要的参考。

关键词：流量，压降，雷诺数，摩擦系数，局部阻力系数二、实验目的1、测量湍流直管道的阻力，确定摩擦阻力系数。

2、测量湍流局部管道的阻力，确定局部阻力系数。

3、测量层流直管道的阻力，确定摩擦阻力系数。

三、实验原理1、直管道和局部管道阻力损失ef h u p gZ u p gZ h +++-++=)2()2(22222111ρρ (1)其中h e =0,z 1=z 2,所以测出管道上下游截面的静压能、动能，代入方程即可求得阻力。

2、根据因次分析法可得：（1）直管道阻力损失22u d l h f ⋅=λ……(2)。

其中，l 为管道长度，d 为管道内径，u 为管内平均流速。

只要测定l ，d ，u ，和λ，代入方程即可求得阻力h f 。

其中，λ的理论值计算方法为：25.0Re3163.0=湍流λ ； Re64=层流λ。

对于水平无变径直管道，根据式（1）、（2）可得到摩擦系数的计算方法为221)(2ul p p d ⋅⋅-=ρλ测量。

（2）管道局部阻力损失221u h f⋅=ζ……（3）。

其中，ζ为管道局部阻力系数，u 为平均流速（突扩管对应细管流速u 1）。

将ζ和u 代入方程即可求得局部阻力h f 。

其中，ζ的理论值计算方法为：221)1(A A -=突扩管ζ ;常数截止阀=ζ；常数球阀=ζ。

对于水平放置的管件，根据式（1）、（3）可得到局部阻力系数的计算方法为221)2up p ⋅-=ρζ（阀门；211222)(2-1u p p u ρζ-+=突扩管。

四、实验流程和设备流体阻力实验带控制点工艺流程1、水箱2、水泵3、涡轮流量计4、主管路切换阀5、层流管6、截止阀7、球阀8、不锈钢管9、镀锌管10、突扩管11、流量调节阀（闸板阀）12、层流调节阀（针阀）13、变频仪TI01—水温度，C o;；QI02—水流量，m3.h-1；ΔPI03—压降，kPa。

试验介质：水（循环使用）。

研究对象：不锈钢管，l=1.500m，d=0.021m,ε=0.02mm;镀锌管，l=1.500m，d=0.0215m，ε=0.10mm;突扩管，l1=0.02m,d1=0.0160m,l2=0.28m,d2=0.0420m, ε=0.02mm;截止阀，DN20，d=0.0205m;球阀，DN20，d=0.0205m;层流管，l=1.500m,d=0.0030m。

仪器仪表：涡轮流量计，L2GY-25型，0.6~10 m3.h-1，精确度等级0.5；温度计，Pt100，0~200C o，精度等级0.2；压差传感器，WNK3051型，-20~100kPa，精度等级0.2，测势能差ΔÞ；显示仪表：AI-708等，精度等级0.1,；变频仪：西门子MM420型；天平，0.01g；量筒、秒表等；控制系统：控制电柜+电脑+数据采集软件，380VAC+220VAC五、实验操作1、关闭流量调节阀门，按变频器绿色按钮启动泵，再启动软件。

2、打开流量调节阀和所有主管路切换阀10s，排净主管路内的气体。

3、关闭流量调节阀，打开截止阀、球阀中间的两个测压阀，再开压差传感器排气阀门10s，排净引压管路内的气体后，关闭截止阀、球阀中间的两个阀门。

4、将选定测量管的主管路切换阀打开，关闭其他主管路切换阀。

5、只打开测量管的两个测压阀门10s，排净气体后，关闭压差传感器排气阀，记录零点ΔP0。

6、全开流量调节阀，通过变频器的向下箭头键（50至10Hz）改变水流量，直管16 m3.h-1以下通过阀门调节流量，测完一组数据后关闭流量调节阀，10Hz条件下再次检查零点ΔP0。

7、层流实验调泵20Hz，关闭11，开12排气，水量=总重-量筒净重，软件每次先点击“开始计时”、“停止计时”，输入水量，再点击“记录数据”，最后改流量，Δt﹤120s，ΔP取平均值。

8、实验结束，关闭流量调节阀、主管路和引压管阀门，开压差传感器排气阀门，停泵。

注意事项：1、截止阀、闸阀、针阀配备阀手柄，逆时针旋转开启，顺时针旋转关闭。

2、球阀配备长条手柄，只能旋转90度，平行于管道开启，垂直于管道关闭。

1圈。

3、闸阀全开或全关后，通常再反向旋转44、切换管路时，先开下一组的主管路切换阀，再关闭本组切换阀。

5、每切换一组管路，重复4~5步操作，检查记录零点。

6、每做完一个点，都要通过软件点击“查看数据/实验结果”，确定点的取舍和分布等。

六、实验数据表格及计算举例计算举例：（以第一组数据为例）水流量Qv=7.06m 3/h, 管路压降ΔP=19.09kPa, 水温度T=20.2℃，管路长度l=1.500m,管路直径d=0.0210m, ε=0.02mm 水密度：3342342/1.9982.2010155206.02.2005896.02.20019083.0985315.99910155206.005896.0019083.0985315.999m kg T T T =⨯⨯+⨯-⨯+=⨯⨯+⨯-⨯+=--ρ水粘度：s mPa T T T ⋅=⨯+⨯+⨯+=÷-÷-÷-000.10418943.079174849.088161305.007374447.038566.319722.7327872.20λλλμ水流速：s m dQv u /66.50210.0360006.74422=⨯⨯⨯==ππ雷诺数：11864710000.166.5021.01.998Re 3=⨯⨯⨯==-μρdu 摩擦阻力系数017.066.5500.11.998100009.19021.02222=⨯⨯⨯⨯⨯=∆=lu P d ρλ 017.01186473163.0Re 3163.025.025.0===blasius λ计算举例：（以第一组数据为例）水流量Qv=7.06m 3/h, 管路压降ΔP=19.09kPa, 水温度T=20.2℃，管路长度l=1.500m, 管路直径d=0.0215m ，ε=0.10mm 水密度：3342342/1.8.9975.2110155206.05.2105896.05.21019083.0985315.99910155206.005896.0019083.0985315.999m kg T T T =⨯⨯+⨯-⨯+=⨯⨯+⨯-⨯+=--ρ水粘度：s mPa T T T ⋅=⨯+⨯+⨯+=÷-÷-÷-969.00418943.079174849.088161305.007374447.038566.319722.7327872.20λλλμ水流速：s m dQvu /32.50215.0360095.64422=⨯⨯⨯==ππ雷诺数：11767810969.032.50215.08.997Re 3=⨯⨯⨯==-μρdu摩擦阻力系数027.032.5500.18.997100018.260215.02222=⨯⨯⨯⨯⨯=∆=lu P d ρλ 017.01176783163.0Re3163.025.025.0===blasius λ计算举例：（以第一组数据为例）水质量m=51.84g, 时间t=120.5s ， 管路压降ΔP=0.25kPa, 水温度T=22.2℃，管路长度l=1.00m, 管路直径d=0.0029m 水密度：3342342/7.9972.2210155206.02.2205896.02.22019083.0985315.99910155206.005896.0019083.0985315.999m kg T T T =⨯⨯+⨯-⨯+=⨯⨯+⨯-⨯+=--ρ水粘度：s mPa T T T ⋅=⨯+⨯+⨯+=÷-÷-÷-953.00418943.079174849.088161305.007374447.038566.319722.7327872.20λλλμ 水流量：h L t m Qv /55.136005.1207.99784.51=÷⨯=⨯=ρ 水流速：sm d Qvu /07.00029.036001055.144232=⨯⨯⨯⨯==-ππ雷诺数：19810953.007.00029.07.997Re 3=⨯⨯⨯==-μρdu 摩擦阻力系数341.007.0500.17.997100025.00029.02222=⨯⨯⨯⨯⨯=∆=lu P d ρλ 323.019864Re 64===blasius λ计算举例：（以第一组数据为例）水流量Qv=1.00m 3/h ， 管路压降ΔP=0.27kPa, 水温度T=21.7℃， 管路长度l 1=0.02m, 管路直径d 1=0.0160m ， l 2=0.28m ， d 2=0.0420m ，ε=0.02mm 水密度：3342342/8.9977.2110155206.07.2105896.07.21019083.0985315.99910155206.005896.0019083.0985315.999m kg T T T =⨯⨯+⨯-⨯+=⨯⨯+⨯-⨯+=--ρ水流速：s m d Qvu /38.1016.0360000.1442211=⨯⨯⨯==ππ ；s m d Qvu /20.0042.0360000.1442222=⨯⨯⨯==ππ局部阻力系数：695.038.18.997100027.0220.01212221221=⨯⨯+-=∆⋅+-=u pu ρζ 同理可计算得ζ2=0.740，ζ3=0.727，ζ4=0.727，ζ5=0.727取平均值得∑===++++⨯=⨯=51i 7232.0)727.0727.0727.0740.0695.0(5151n i ζζ平均 局部阻力系数理论值：7308.0)0420.00160.01()1(2221=-=-=d d 理论ζ局部阻力系数的相对误差：%03.1%1007308.07232.0-7308.0%100-=⨯=⨯=理论平均理论ζζζE计算举例：（以第一组数据为例）水流量Qv=2.00m 3/h ， 管路压降ΔP=11.56kPa, 水温度T=22.1℃， 管路直径d=0.0205m 水密度：3342342/7.9971.2210155206.01.2205896.01.22019083.0985315.99910155206.005896.0019083.0985315.999m kg T T T =⨯⨯+⨯-⨯+=⨯⨯+⨯-⨯+=--ρ水流速：s m d Qvu /68.10205.0360000.244221=⨯⨯⨯==ππ局部阻力系数：180.868.17.997100056.1122221=⨯⨯⨯=⋅∆⨯=u p ρζ 同理可计算得ζ2=8.038，ζ3=7.989取平均值得∑===++⨯=⨯=31i 069.8)989.7038.8180.8(3131n i ζζ平均 查表可得局部阻力系数理论值：=理论ζ局部阻力系数的相对误差：%%100%100-=⨯=⨯=理论平均理论ζζζE计算举例：（以第一组数据为例）水流量Qv=2.00m 3/h ， 管路压降ΔP=0.77kPa, 水温度T=22.0℃， 管路直径d=0.0205m水密度：30342342/7.9971.2210155206.00.2205896.00.22019083.0985315.99910155206.005896.0019083.0985315.999m kg T T T =⨯⨯+⨯-⨯+=⨯⨯+⨯-⨯+=--ρ水流速：s m d Qvu /68.10205.0360000.244221=⨯⨯⨯==ππ局部阻力系数：545.068.17.997100077.022221=⨯⨯⨯=⋅∆⨯=u p ρζ 同理可计算得ζ2=0.462，ζ3=0.448取平均值得∑===++⨯=⨯=31i 4850.0)448.0462.0545.0(3131n i ζζ平均 查表可得局部阻力系数理论值：=理论ζ局部阻力系数的相对误差：%%100%100-=⨯=⨯=理论平均理论ζζζE七、实验结果作图及分析结果分析：结果分析与误差分析：1、湍流的摩擦阻力系数随雷诺数的增大而减小，层流的摩擦阻力系数也随雷诺数的增大而减小。