示。这样，就可以用直管阻力的公式来计算局部阻力损失，而且在管路计算时可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，则流体在管路中流动时的总机械能损失Zh，为：Eh=al+Eln(3-8)d2(2)阻力系数法流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数，局部阻力的这种计算方法，称为阻力系数法。即：h-=(3-9)pg=2故5-24(3-10)pgu式中：一局部阻力系数，无因次；Ap，一局部阻力压强降，Pa；（本装置中，所测得的压降应扣除两测压口间直管段的压降，直管段的压降由直管阻力实验结果求取。p一流体密度，kg/m3;g一重力加速度，9.81m/s；u一流体在小截面管中的平均流速，m/s。待测的管件和阀门由现场指定。本实验采用阻力系数法表示管件或阀门的局部阻力损失。根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径d，指示液密度eo，流体温度to(查流体物性p、u)，及实验时测定的流量V、液柱压差计的读数R，通过式(5)、(6)或(7)、（10)求取管件或阀门的局部阻力系数。三、实验装置与流程1.实验装置实验装置如图1所示：
示。这样，就可以用直管阻力的公式来计算局部阻力损失，而且在管路计算时可 将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，则流体在管路中 流动时的总机械能损失 hf 为： 2 2 u d l l h e f + = (3-8) (2) 阻力系数法 流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平 均动能的某一倍数，局部阻力的这种计算方法，称为阻力系数法。即： 2 2 u g p h f f = = (3-9) 故 2 2 gu p f = (3-10) 式中： —局部阻力系数，无因次； p f －局部阻力压强降，Pa；（本装置中，所测得的压降应扣除两测压口 间直管段的压降，直管段的压降由直管阻力实验结果求取。） ρ —流体密度，kg/m3； g —重力加速度，9.81m/s2； u —流体在小截面管中的平均流速，m／s。 待测的管件和阀门由现场指定。本实验采用阻力系数法表示管件或阀门的 局部阻力损失。 根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径 d，指示液密度 0 ，流体温度 t0(查流体物性 ρ、μ)，及实验时测定的流量 V、液柱压差计的读数 R，通过式(5)、 (6)或(7)、(10)求取管件或阀门的局部阻力系数。 三、实验装置与流程 1．实验装置 实验装置如图 1 所示：
恒部力节光滑管文&相桔管101一水箱：2一管道泵：3一涡轮流量计：4一进口阀：5一均压阀：6一闸阀；7一引压阀：8一压力变送器：9一出口阀；10一排水阀：11一电气控制箱图3-1实验装置流程示意图2.实验流程实验对象部分是由贮水箱，离心泵，不同管径、材质的水管，各种阀门、管件，涡轮流量计和倒U型压差计等所组成的。管路部分有三段并联的长直管，分别为用于测定局部阻力系数，光滑管直管阻力系数和粗糙管直管阻力系数。测定局部阻力部分使用不锈钢管，其上装有待测管件（闸阀）；光滑管直管阻力的测定同样使用内壁光滑的不锈钢管，而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较粗糙的镀锌管。水的流量使用涡轮流量计测量，管路和管件的阻力采用差压变送器将差压信号传递给无纸记录仪。3.装置参数
1－水箱； 2－管道泵；3－涡轮流量计；4－进口阀；5－均压阀；6－闸阀； 7－引压阀；8－压力变送器；9－出口阀；10－排水阀；11－电气控制箱 图 3-1 实验装置流程示意图 2.实验流程 实验对象部分是由贮水箱，离心泵，不同管径、材质的水管，各种阀门、管 件，涡轮流量计和倒 U 型压差计等所组成的。管路部分有三段并联的长直管， 分别为用于测定局部阻力系数，光滑管直管阻力系数和粗糙管直管阻力系数。测 定局部阻力部分使用不锈钢管，其上装有待测管件(闸阀)；光滑管直管阻力的测 定同样使用内壁光滑的不锈钢管，而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较粗 糙的镀锌管。 水的流量使用涡轮流量计测量，管路和管件的阻力采用差压变送器将差压信 号传递给无纸记录仪。 3．装置参数
装置参数如表1所示。由于管材的材质会有不同，因而管内径也会有差别，我们会给出相应的数据，以供实验分析用，表1的数据只是参考。表 1管内径（mm）测量段长度名称材质管路号管内径(cm)95装置1闸阀1A局部阻力20.01B100光滑管不锈钢管20.0粗糙管镀锌铁管1C21.0100四、实验步骤1.泵启动：首先对水箱进行灌水，然后关闭出口阀，打开总电源和仪表开关，启动水泵，待电机转动平稳后，把出口阀缓缓开到最大。2.实验管路选择：选择实验管路，把对应的进口阀打开，并在出口阀最大开度下，保持全流量流动5一10min。3.排气：在计算机监控界面点击”引压室排气”按钮，则差压变送器实现排气。4.引压：打开对应实验管路的手阀，然后在计算机监控界面点击该对应，则差压变送器检测该管路压差。5.流量调节：手控状态，变频器输出选择100,然后开启管路出口阀，调节流量，让流量从1到4m/h范围内变化，建议每次实验变化0.5m3/h左右。每次改变流量，待流动达到稳定后，记下对应的压差值；自控状态，流量控制界面设定流量值或设定变频器输出值，待流量稳定记录相关数据即可。6.计算：装置确定时，根据△P和u的实验测定值，可计算入和，在等温条件下，雷诺数Re=dup/μ=Au，其中A为常数，因此只要调节管路流量，即可得到一系列2Re的实验点，从而绘出2～Re曲线。7．实验结束：关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，清理装置。五、实验数据处理根据上述实验测得的数据填写到下表：实验日期：学号：实验人员：温度：—装置号：-直管基本参数：光滑管径粗糙管径局部阻力管径
装置参数如表 1 所示。 由于管材的材质会有不同，因而管内径也会有差别， 我们会给出相应的数据，以供实验分析用，表 1 的数据只是参考。 表 1 装置 1 名称 材质 管内径（mm） 测量段长度 管路号 管内径 （cm） 局部阻力 闸阀 1A 20.0 95 光滑管 不锈钢管 1B 20.0 100 粗糙管 镀锌铁管 1C 21.0 100 四、实验步骤 1．泵启动：首先对水箱进行灌水，然后关闭出口阀，打开总电源和仪表开 关，启动水泵，待电机转动平稳后，把出口阀缓缓开到最大。 2. 实验管路选择：选择实验管路，把对应的进口阀打开，并在出口阀最大开 度下，保持全流量流动 5－10min。 3. 排气：在计算机监控界面点击”引压室排气”按钮,则差压变送器实现排气。 4．引压：打开对应实验管路的手阀,然后在计算机监控界面点击该对应,则差 压变送器检测该管路压差。 5．流量调节：手控状态,变频器输出选择 100,然后开启管路出口阀，调节流 量，让流量从 1 到 4m3 /h 范围内变化，建议每次实验变化 0.5m3 /h 左右。 每次改变流量，待流动达到稳定后，记下对应的压差值；自控状态，流 量控制界面设定流量值或设定变频器输出值，待流量稳定记录相关数据 即可。 6．计算：装置确定时，根据 P 和 u 的实验测定值，可计算 λ 和 ξ，在等温 条件下，雷诺数 Re=duρ/μ=Au，其中 A 为常数，因此只要调节管路流量， 即可得到一系列 λ～Re 的实验点，从而绘出 λ～Re 曲线。 7．实验结束：关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，清理装置。 五、实验数据处理 根据上述实验测得的数据填写到下表： 实验日期： 实验人员： 学号： 温度： 装置号： 直管基本参数： 光滑管径 粗糙管径 局部阻力管径
序号流量（m3/h）光滑管压差（KPa）粗糙管压差（KPa）局部阻力压差（KPa）六、实验报告1.根据粗糙管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出入～Re曲线，对照化工原理教材上有关曲线图，即可估算出该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。2．根据光滑管实验结果，对照柏拉修斯方程，计算其误差。3.根据局部阻力实验结果，求出闸阀全开时的平均值。4.对实验结果进行分析讨论。七、思考题1在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的出口阀？为什么？2.如何检测管路中的空气已经被排除干净？3.以水做介质所测得的入～Re关系能否适用于其它流体?如何应用？4.在不同设备上(包括不同管径)，不同水温下测定的入Re数据能否关联在同一条曲线上？5.如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响？
序号 流量（m3/h） 光滑管压差（KPa） 粗糙管压差（KPa） 局部阻力压差（KPa） 六、实验报告 1．根据粗糙管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出 λ～Re 曲线，对照化工原理教材 上有关曲线图，即可估算出该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。 2．根据光滑管实验结果，对照柏拉修斯方程，计算其误差。 3．根据局部阻力实验结果，求出闸阀全开时的平均 ξ 值。 4．对实验结果进行分析讨论。 七、思考题 1．在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的出口阀?为什么? 2．如何检测管路中的空气已经被排除干净? 3．以水做介质所测得的 λ～Re 关系能否适用于其它流体?如何应用? 4．在不同设备上(包括不同管径)，不同水温下测定的 λ～Re 数据能否关联在同一条曲 线上? 5．如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响?
实验四机械能转化实验一、实验目的1.观测动、静、位压头随管径、位置、流量的变化情况，验证连续性方程和柏努利方程。2.定量考察流体流经收缩、扩大管段时，流体流速与管径关系。3.定量考察流体流经直管段时，流体阻力与流量关系。4.定性观察流体流经节流件、弯头的压损情况。二、基本原理化工生产中，流体的输送多在密闭的管道中进行，因此研究流体在管内的流动是化学工程中一个重要课题。任何运动的流体，仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律，这是研究流体力学性质的基本出发点。1.连续性方程对于流体在管内稳定流动时的质量守恒形式表现为如下的连续性方程：P [ dA= P2 [[ vdA(4-1)(4-2)根据平均流速的定义，有PuA, =P,uA即(4-3)m,=m2而对均质、不可压缩流体，PI=P,=常数，则式（4-2）变为(4-4)uA=uA可见，对均质、不可压缩流体，平均流速与流通截面积成反比，即面积越大，流速越小；反之，面积越小，流速越大。对圆管，A=md2/4，d为直径，于是式（4-4）可转化为ud,=uzd,(4-5)2.机械能衡算方程运动的流体除了遵循质量守恒定律以外，还应满足能量守恒定律，依此，在工程上可进一步得到十分重要的机械能衡算方程
实验四 机械能转化实验 一、实验目的 1.观测动、静、位压头随管径、位置、流量的变化情况，验证连续性方程和 柏努利方程。 2.定量考察流体流经收缩、扩大管段时，流体流速与管径关系。 3.定量考察流体流经直管段时，流体阻力与流量关系。 4.定性观察流体流经节流件、弯头的压损情况。 二、基本原理 化工生产中，流体的输送多在密闭的管道中进行，因此研究流体在管内 的流动是化学工程中一个重要课题。任何运动的流体，仍然遵守质量守恒定律和 能量守恒定律，这是研究流体力学性质的基本出发点。 1.连续性方程 对于流体在管内稳定流动时的质量守恒形式表现为如下的连续性方程： = 2 2 1 1 vdA vdA （4－1） 根据平均流速的定义，有 1u1A1 = 2u2A2 （4－2） 即 m1 = m2 （4－3） 而对均质、不可压缩流体， 1 = 2 = 常数 ，则式（4－2）变为 u1A1 = u2A2 （4－4） 可见，对均质、不可压缩流体，平均流速与流通截面积成反比，即面积越大， 流速越小；反之，面积越小，流速越大。 对圆管， / 4 2 A = d ，d 为直径，于是式（4－4）可转化为 2 2 2 2 u1d1 = u d （4－5） 2.机械能衡算方程 运动的流体除了遵循质量守恒定律以外，还应满足能量守恒定律，依此，在 工程上可进一步得到十分重要的机械能衡算方程