化工基礎實驗報告
實驗名稱流體阻力實驗組
班級化11姓名李瑾學號 2011011792成績
實驗時間 2012/12/8同組成員曹力威張鵬翀
1、測定湍流狀態光滑管、粗糙管的λ隨re變化關係；
2、測定湍流狀態突擴管、截止閥、球閥的ζ值；
3、測定層流狀態直管道的λ隨re變化關係；
4、測定單級離心幫浦在一定轉速下的特性曲線；
5、測定單級離心幫浦出口閥開度一定時的管路特性曲線；
6、測定孔板流量計的孔流係數c0隨re變化關係。
1．流體阻力測定
流體在管路中流動時，由於粘性剪應力和渦流的作用產生摩擦阻力；在流經彎頭、閥門等管件時，由於流體運動的速度和方向突然發生變化，產生區域性阻力。這些能量損失都表現為機械能的減少，結合因次分析用hf表示如下：
直管流體阻力：
管道區域性阻力：
式中： λ——直管摩擦阻力係數，λ=f（re,ε/d）
ζ——管道區域性阻力係數，ζ= f（re，形狀）
對水力學光滑管道：λ=0.3163/re0.25
對層流管道：λ=f（re）≈64/re
2．離心幫浦及管路特性曲線測定
離心幫浦的效能引數取決於幫浦的內部結構，葉輪形式及轉速。幫浦的效能引數揚程、軸功率、效率隨流量的變化關係，即he～q、n軸～q、η～q稱為離心幫浦的特性曲線。該特性曲線需由實驗測得，計算如下：
mh2o
kwq=3600×qv m3/h
管路特性是指輸送流體時，管路需要的能量h（即從a到b流體機械能的差值+阻力損失）隨流量q的變化關係。本實驗中任何乙個流量點都是工作點，管路需要的能量與幫浦提供給管路的能量平衡相等，計算h的方法同he：
mh2o
雖然計算方法相同，但二者操作截然不同。測量he時，需要固定轉速，通過調節閥門改變流量；測量h時，管路要求固定不動，因此只能通過改變幫浦的轉速來改變流量。
3．孔板流量計標定
孔板流量計製造方便，不易堵塞，在生產中使用廣泛。其流量計算公式為：
m3/s
式中：a0——孔口面積；
c0——孔流係數，受雷諾數、孔口與管道面積比影響，通過實驗求得；
δp——孔板前後壓強差，pa。
圖1、流體阻力實驗流程
1、水箱 2、離心幫浦 3、渦輪流量計 4、層流水槽 5、層流管 6、截止閥 7、球閥
8、光滑管 9、粗糙管 10、突擴管 11、孔板流量計 12、流量調節閥
裝置中的有關尺寸：
光滑管（不銹鋼管）l=1.5m，di=0.021m；
粗糙管（鍍鋅鋼管）l=1.5m，di=0.023m；
層流管 l=1.2m，di=0.003m；
截止閥與球閥di=0.021m；
突然擴大 d小=0.016m，d大=0.042m；
離心幫浦進出口壓力表表心垂直距 δh=0.25m；
孔板孔口面積 a0=4.52×10-4 m2。
1． 測定實驗資料前，務必排淨管路系統中的空氣。
2． 測定直管湍流狀態的阻力時，流量最好在0.8～7m3/h之間，以保證渦輪流量計的測量精度。
3． 注意不要超過壓力感測器測量上限。
4． 不得急速開關閥門，以防損壞裝置。
1、測定湍流狀態光滑管、粗糙管的λ隨re變化關係；
以光滑管第一組資料為例，水在20.0℃時密度,粘度為,利用管徑可計算出流速：
流速為0.674m/s,由此可以計算出雷諾數：
雷諾數為14051.4
根據伯努利方程拓展式和范寧公式：
同時將帶入，有:
將資料代入，得到第一組阻力係數為0.0241
使用公式：
得到相對粗糙度為0.002229
如此處理光滑管的資料，得到：
做出阻力係數λ與雷諾數re的關係影象
同樣的方法，我們可以對粗糙管的資料進行處理，得到：
做出阻力係數λ與雷諾數re的關係曲線為
這是第一次做化工原理實驗。實驗前由於預習不是很充分，導致剛開始做的時候不知道該怎麼操作。我們組的實驗總體來說比較簡單，上手之後只需要調整流量並記錄資料就可以了，因此實驗過程中沒有遇到什麼重大的問題。
但是儀表讀數的不穩定對我讀取資料造成了一定的麻煩，比如說有時候閥門旋轉一圈，流量沒有大的變化；而有時候閥門稍微轉動一點，流量變化卻很大。
另外，這是第一次用matlab繪圖，資料處理的效果不是很好。雖然一開始處理資料時遇到很大困難，但發現matlab入門之後益處是相當大的。
評價：實驗測定出的點誤差較大，儘管我在作圖時去除了幾個偏差較大的點，但按照顧毓珍公式中λ與re的次方關係繪圖，r值仍只有0.736.
2.測定湍流狀態突擴管、截止閥、球閥的ζ值；
對於截止閥與球閥，u1=u2,z1=z2,易得，
經計算得一下資料
對於突然擴大的區域性阻力，根據關係式，求得理論值ζ=0.383，實際測得ζ=0.21，有些誤差，但尚在可接受範圍內。
誤差分析：一是儀器等造成的系統誤差，這是不可避免的。二是人為誤差，在測直管的壓差時，由於中途操作失誤，測直管阻力時對壓差計進行了很多次排氣調整，必然導致資料不好。
此外，讀數時由於液柱不停的上下晃動，給資料的讀取帶來了一定的困難，也是引起誤差的原因之一。
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