实验题目：流体流动阻力测定实验

一、 数据记录

1、实验原始数据记录如下表：

离心泵型号：MS60/0.55，额定流量：60L/min, 额定扬程：19.5mN，额定功率：0.55kw

流体温度t=21.3℃ 直管基本参数 管内径（mm） 测量段长度（cm） 局部阻力 20 95 光滑管 20 100 粗糙管 21 100 序号 流量m3/h 光滑管高度差（cm） 粗糙管高度差（cm） 局部阻力高度差（cm） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

2、 根据公式ΔPf=ρgR (注：本实验采用倒U型压差计)计算出各管道的压差如下表

3.2 3 2.8 2.6 2.4 2.2 2 1.8 1.6 1.4 34.5 30.9 27.1 23.3 20.8 17 14.8 12.3 9.9 7.8 47.3 41.1 36.8 31.6 27 23.2 18.5 15.6 12.4 9.6 11 10.2 8.7 7.7 5.6 5.6 4.5 2.6 2.6 2.1 序号 流量m3/h 1 2 3 4 3.2 3 2.8 2.6 光滑管压差（KPa） 3.378 3.026 2.654 2.282 粗糙管压差（KPa） 4.632 4.025 3.604 3.094 2.644 局部阻力压差（KPa） 1.077 0.999 0.852 0.754 0.548 流体阻力局部阻力系数ξ J/kg 4.6401 0.027453 4.0319 0.028964 3.6101 0.028359 3.1000 0.029110 5 2.4 2.037 局部阻力管数据处理结果如下表 序号 流量m/h 流速m/s 1 2 3 4 3.2 3 2.8 2.6 2.5677 2.4072 2.2467 2.0862 3阻力系数λ 0.00567 0.00598 0.00585 0.00601 雷诺数Re 54866.4782 51437.3233 48008.1684 44579.0135 5 6 7 8 9 10 2.4 2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.9258 1.7653 1.6048 1.4443 1.2838 1.1234 0.00513 0.0061 0.00593 0.00424 0.00536 0.005655 0.00559 41149.8586 37720.7038 34291.5489 30862.3940 27433.2391 24004.0842 2.6487 2.2759 1.8149 1.5304 1.2164 0.9418 0.024846 0.029569 0.028751 0.020508 0.025955 0.027382 绘制粗糙管路的双对数λ-Re曲线如下图示：

根据光滑管实验结果，对照柏拉修斯方程λ=0.3164/（Re0.25），计算其误差，计算结果如下 试验次柏拉修斯方阻力系数λ 雷诺数Re 误差 数 程计算结果 1 0.016893 57609.8021 0.02042266 0.172831 2 0.017215 54009.1895 0.02075485 0.170555 3 0.017332 50408.5768 0.02111594 0.179198 4 0.017282 46807.9642 0.0215108 0.19659 5 0.018107 43207.3516 0.02194558 0.174914 6 0.017612 39606.7389 0.02242819 0.214738 7 0.018552 36006.1263 0.02296902 0.192303 8 0.019035 32405.5137 0.02358206 0.192819 9 0.019391 28804.901 0.02428678 0.201582 10 0.019954 25204.2884 0.02511122 0.205375 3、由t=21.3℃查得水的密度ρ=998.2kg/m3 ,水的黏度μ=9.81*10^-6，根据公式水的流速u?2HfdLu2V900?d2（m/s），雷诺数Re?du??，流体阻力Hf??P?1000?，阻力系数

??，ξ=

2Δ?'f?gu2，并以标准单位换算得

光滑管数据处理结果如下表

序号 流量m3/h 流速m/s 1 3.2 2.8309 2 3 2.6539 3 2.8 2.4770 4 5 6 7 8 9 10

阻力系数λ 0.016893 0.017215 0.017332 0.017282 0.018107 0.017612 0.018552 0.019035 0.019391 0.019954 雷诺数Re 57609.8021 54009.1895 50408.5768 46807.9642 43207.3516 39606.7389 36006.1263 32405.5137 28804.9010 25204.2884 流体阻力J/kg 3.3845 3.0313 2.6585 2.2857 2.0405 1.6677 1.4519 1.2066 0.9712 0.7652 2.6 2.4 2.2 2 1.8 1.6 1.4 2.3001 2.1231 1.9462 1.7693 1.5924 1.4154 1.2385 粗糙管数据处理结果如下表 序号 流量m3/h 流速m/s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3.2 3 2.8 2.6 2.4 2.2 2 1.8 1.6 1.4 2.5677 2.4072 2.2467 2.0862 1.9258 1.7653 1.6048 1.4443 1.2838 1.1234 阻力系数λ 0.029559 0.029224 0.030038 0.029914 0.029997 0.030675 0.29597 0.030812 0.030997 0.031334 雷诺数Re 54866.4782 51437.3233 48008.1684 44579.0135 41149.8586 37720.7038 34291.5489 30862.3940 27433.2391 24004.0842 流体阻力J/kg 4.6401 4.0319 3.6101 3.1000 2.6487 2.2759 1.8149 1.5304 1.2164 0.9418 二、结果分析

（1）光滑管结果分析：

曲线表明，在湍流区内，光滑管阻力系数随雷诺数增大而减小，进入阻力平方区（也称完全湍流区）后，雷诺数对阻力系数的影响却越来越弱，阻力系数基本趋于不变。按本实验装置判断：该光滑管的阻力系数和雷诺数关系，近似适合柏拉修斯（Blasius）式，即 ??0.3164Re0.25（5000

（2）粗糙管结果分析：

曲线表明，在湍流区内，粗糙管阻力系数随雷诺数增大而减小，进入阻力平方区（也称完全湍流区）后，雷诺数对阻力系数的影响却越来越弱，阻力系数基本趋于不变。

（3）局部阻力管结果分析：

雷诺数对局部阻力管阻力系数影响不大，而且局部阻力管阻力系数远远大于其他管的阻力

三、思考题

1.以水做介质所测得的λ－Re关系能否适用于其他流体？如何应用？

答：可以用于牛顿流体的类比，牛顿流体的本构关系一致。应该是类似平行的曲线，但雷诺数本身并不是十分准确，建议取中间段曲线，不要用两边端数据。雷诺数本身只与速度，粘度和管径一次相关，不同流体的粘度可以查表。

2.在不同的设备上（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？

答：一次改变一个变量，是可以关联出曲线的，一次改变多个变量时不可以的。另外，不要奢望可以做出一个多项式之类的好的曲线，这是不可2.一次改变一个变量，是可以关联出曲线的，一次改变多个变量时不可以的。

化工原理实验思考题 2离心泵特性曲线测定

⑴ 为什么启动离心泵前要向泵内注水？如果注水排气后泵仍启动不起来，你认为可能是什么

答：为了防止打不上水、即气缚现象发生。如果注水排完空气后还启动不起来。①可能是泵

3入口处的止逆阀坏了，水从管子又漏回水箱。②电机坏了，无法正常工作。H?(z2?z1)?2 m?g⑵ 为什么离心泵启动时要关闭出口阀门？

p?p1 答：防止电机过载。因为电动机的输出功率等于泵的轴功率N。根据离心泵特性曲线，当Q=0时N最小，电动机输出功率也最小，不易被烧坏。 ⑸ 为什么调节离心泵的出口阀门可调节其流量？这种方法有什么优缺点？是否还有其它方 法调节泵的流量？

答：调节出口阀门开度，实际上是改变管路特性曲线，改变泵的工作点，可以调节其流量。这种方法优点是方便、快捷、流量可以连续变化，缺点是阀门关小时，增大流动阻力，多消耗一部分能量、不很经济。也可以改变泵的转速、减少叶轮直径，生产上很少采用。还可以用双泵并联操作。

四、实验数据记录

泵进出口测压点高度差： 1.00m 进口直径=出口直径d=36.5mm 离心泵进出口高度差：Z1-Z2=0.1m 水温t=23.7℃ 直管长L=2m

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 流量Q m3/h 3.28 3.00 2.69 2.39 2.11 1.81 1.50 1.20 0.55 0.00 泵进口真空度p1 MPa -0.038 -0.030 -0.030 -0.025 -0.021 -0.019 -0.015 -0.013 -0.010 -0.005 泵出口压力p2 MPa 0.0690 0.1200 0.1470 0.1650 0.1790 0.1930 0.2050 0.2130 0.2220 0.2290 泵电机功率N电 kW 0.43 0.43 0.42 0.43 0.43 0.43 0.42 0.42 0.40 0.36 泵转速n r/m 2935 2935 2940 2942 2947 2952 2954 2960 2960 2973 五：实验数据处理

查表得23.7℃时水的密度为996.6kg/ 由公式 计算出离心泵的压头数据如下：

（1）计算压头：以第一组数据为例

，后面九组依次按照公式计算。

（2）（2）计算机械效率：以第一组数据为例

后面九组依次按照公式计算。

具体数据详见下表：

根据上表数据作出H～Q、N～Q、η～Q的曲线。

H?(z1?z2)?(p1?p2)?g?0.1?(0.069?0.038)?10996.6?9.816?11.04m序号 泵出口压流量Q 泵进口真空3.28压头H/m ?11.04?996.6?9.81H3Q?p /MPa 力p /MPa m/h g度12???3600?22.87%3N 1 3.28-0.038 0.43?100.0690 11.04 2 3.00 -0.030 0.1200 15.44 3 2.69 -0.030 0.1470 18.20 4 2.39 -0.025 0.1650 19.53 5 2.11 -0.021 0.1790 20.56 6 1.81 -0.019 0.1930 21.78 7 1.50 -0.015 0.2050 22.60 8 1.20 -0.013 0.2130 23.22 9 0.55 -0.010 0.2220 23.83 10 0.00 -0.005 0.2290 24.03 功率N 泵转速n kW 0.43 0.43 0.42 0.43 0.43 0.43 0.42 0.42 0.40 0.36 n/m 2935 2935 2940 2942 2947 2952 2954 2960 2960 2973 效率η 22.87% 29.25% 31.66% 29.48% 27.40% 24.90% 21.92% 18.02% 8.90% 0.00%

离心泵性能曲线25压头/ 效率0.420N15功 率NH0.30.210η0.15

传热系数的测定

八、思考题解答 1. 实验中冷流体和蒸汽流向对传热效果有何影响 答逆流时温差大换热效果好传热效率高。 2. 蒸汽冷凝过程中若存在不冷凝气体对传热有何影响应采取什么措施 答会由于空气中含有水分造成冰堵。冰堵不单使制冷效率下降。而且会导致系统停机。压力不断降低还会损坏压缩机。空气混入压缩腔由于空气中含有不冷凝气体如氮气。这些不冷凝气体会减少制冷剂的循环量使制冷量降低。并且不冷凝气体会滞留在冷凝器的上部管路内致使实际冷凝面积减小冷凝负荷增大冷凝压力升高从而制冷量会降低。而且由于冷凝压力的升高致使排气压力升高还会减少压缩机的使用寿命。 打开一定量的排惰性气体阀门使不冷凝气体排出。 2. 实验过程中冷凝水不及时排走会产生什么影响如何及时排走冷凝水 答冷凝水不及时排走附着在管外壁上增加了热阻降低传热速率。在外管最低处设置排水口及时排走冷凝水。 3. 实验中所测定的壁温是靠近蒸汽侧还是冷流体测温度为什么 答靠近蒸气温度因为蒸气冷凝传热膜系数远大于空气膜系数。 4. 如果采用不同压强的蒸汽进行实验对α关联式有何影响 答压强增大对α关联式基本没有影响。