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第7章 化工原理实验7.1实验一 流体阻力实验在化工生产中，需要将流体从一台设备输送到另一台设备，或从一个位置输送到另一个位置，这就牵涉到流体输送、流体计量及流体输送机械的选择等问题。
因此，为了能更符合现代化工生产的实际，培养学生的工程观念，采用天津大学化工基础实验中心的“化工流动过程综合实验装置”。
在该实验装置上可单独进行流体流动阻力和离心泵两个单项实验，也可以进行流体流动阻力及离心泵联合实验，该联合实验装置还可进行离心泵的串联、并联实验。
它可以为不同层次的学生提供不同的实验。
学生可以根据教学大纲的要求进行实验，也可以根据自己的兴趣进行其他的实验开发、设计和研究等。
本实验装置可测定的项目：光滑管和粗糙管层流、湍流时摩擦系数的测定，球阀局部系数的测定和流量计的校正。
7.1.1 实验目的（1）学习管路阻力损失f p ∆、摩擦系数λ、局部阻力系数ζ的测定方法，并通过实验了解它们的变化规律，巩固对流体阻力基本理论的认识。
（2）了解测定摩擦系数的工程意义。
（3）学会倒U 型压差计和转子流量计的使用方法，以及了解各个管、阀件在管路中的用途。
（4）学习并掌握对数坐标的使用方法。
7.1.2 实验内容（1）测定光滑管内流体流动的阻力损失f p ∆、摩擦系数λ、并绘制Re ~λ的关系曲线。
（2）测定粗糙管内流体流动的阻力损失f p ∆、摩擦系数λ、并绘制Re ~λ的关系曲线。
（3）测定管路部件局部阻力损失f p ∆和局部阻力系数ζ。
7.1.3 实验原理由于流体存在粘性，在流动的过程中会产生内摩擦消耗一定的机械能，引起阻力损失。
管路是由直管和管件（如三通、弯头、阀门）等组成。
流体在直管中流动造成的机械能损失称为直管阻力。
而流体流经管件等局部地方时由于流道突然变化会引起边界层分离，边界层分离会产生大量的漩涡，引起阻力损失，这种阻力损失称为局部阻力损失。
（1）圆形直管摩擦阻力损失（f p ∆）和摩擦系数（λ）测定原理根据流体力学的基本理论，流体在直管中流过时（无论是层流还是湍流），摩擦系数与阻力损失之间存在如下的关系即（范宁公式）：22f u d l p ρλ=∆ （7-1-1） 在一根等径的水平放置的圆形直管上，如果没有外加流体输送机械做功，流体流经一定长度管路引起的阻力损失f p ∆等于此段管路的压力降，即21f p p p p -=∆-=∆ （7-1-2）因此可通过测定两截面的压差得到阻力损失。
阻力和流体力学阻力是指物体在流体中运动时受到的阻碍力量。
它是由流体对物体的摩擦力和压力差引起的。
流体力学研究了阻力的产生和作用，以及物体在流体中的运动规律。
本文将探讨阻力的定义、计算方法和影响因素，以及流体力学在实际应用中的重要性。
一、阻力的定义和计算阻力是指物体在流体中运动时所受到的力量，是流体对物体的摩擦力和压力差的综合效果。
它与物体的形状、流体的性质以及运动速度等因素相关。
在流体力学中，常用的计算公式有：1. 线性运动的阻力公式：阻力力量= 1/2 * ρ * A * Cd * V^2其中，ρ是流体的密度，A是物体在运动方向上的横截面积，Cd是物体的阻力系数，V是物体的速度。
2. 绕流体中心旋转的阻力公式：阻力力量= 1/2 * ρ * A * Cl * V^2其中，Cl是物体的升力系数，其大小与物体的形状有关。
二、阻力的影响因素阻力的大小与多个因素密切相关。
以下是影响阻力大小的三个主要因素：1. 物体的形状：物体的形状对阻力的大小有显著影响。
较大的横截面积会增加阻力，而较小的横截面积则会降低阻力。
2. 流体的性质：流体的密度和黏度也对阻力起到重要作用。
密度越大、黏度越高的流体会产生较大的阻力。
3. 运动速度：物体的运动速度越大，所受到的阻力也会相应增加。
当速度达到一定值时，阻力会成为物体运动的主要限制因素。
三、流体力学在实际应用中的重要性流体力学在工程和科学研究中具有广泛的应用。
下面介绍一些流体力学在实际应用中的重要性：1. 空气动力学与飞行器设计：流体力学为飞行器的设计和性能优化提供了重要的理论基础。
通过分析空气流场的阻力和升力分布，可以改进飞行器的气动外形，提高其性能和燃油效率。
2. 汽车工程：在汽车工程中，流体力学被广泛用于改善汽车的外形设计和空气动力学性能。
优化车身外形可以减小气流阻力，提高汽车的行驶稳定性和燃油经济性。
3. 水力工程与船舶设计：流体力学在水力工程和船舶设计中发挥着重要作用。
流体主要计算公式流体是液体和气体的统称，具有流动性和变形性。
流体力学是研究流体静力学和动力学的学科，其中主要涉及到流体的力学性质、运动规律和力学方程等内容。
在流体力学的研究中，有一些重要的计算公式被广泛应用。
下面将介绍一些常见的流体力学计算公式。
1.流体静力学公式：(1)压力计算公式：P=F/A-P表示压力-F表示作用力-A表示受力面积(2)液体静力学公式：P=hρg-P表示液体压力-h表示液体高度-ρ表示液体密度-g表示重力加速度2.流体动力学公式：(1)流体流速公式：v=Q/A-v表示流速-Q表示流体流量-A表示流体截面积(2)流体流量公式：Q=Av-Q表示流体流量-A表示流体截面积-v表示流速(3)连续方程：A1v1=A2v2-A1和A2表示流体截面积-v1和v2表示流速(4) 流体动能公式：E = (1/2)mv^2-E表示流体动能-m表示流体质量-v表示流速(5)流体的浮力公式：Fb=ρVg-Fb表示浮力-ρ表示液体密度-V表示浸泡液体的体积-g表示重力加速度3.流体阻力公式：(1)层流阻力公式：F=μAv/L-F表示阻力-μ表示粘度系数-A表示流体截面积-v表示流速-L表示流动长度(2)湍流阻力公式：F=0.5ρACdV^2-F表示阻力-ρ表示流体密度-A表示物体的受力面积-Cd表示阻力系数-V表示物体相对于流体的速度4.比力计算公式：(1)应力计算公式：τ=F/A-τ表示应力-F表示力-A表示受力面积(2)压力梯度计算公式：ΔP/Δx=ρg-ΔP/Δx表示压力梯度-ρ表示流体密度-g表示重力加速度(3) 万斯压力计算公式：P = P0 + ρgh-P表示压力-P0表示参考压力-ρ表示流体密度-g表示重力加速度-h表示液体的高度以上是一些流体力学中常见的计算公式，涉及到压力、流速、阻力、浮力以及比力等方面的运算。
这些公式在解决流体力学问题时非常有用，可以帮助我们理解和分析流体的运动和力学性质。
实验一 雷诺实验一、实验目的与要求1、了解流体的流动形态：观察实际的流线形状，判断其流动形态的类型；2、熟悉雷诺准数的测定和计算方法；3、确立“层流与湍流与Re 之间有一定关系”的概念。
二、基本原理流体在流动过程中有3种不同的流动形态，即层流、湍流和介于两者之间的过渡流。
雷诺用实验的方法研究流体流动时，发现影响流体流动类型的因素除了流速u 以外，还有管径d 、流体的密度ρ以及粘度μ，由这四个物理量组成的无因次数群μρdu =Re称之为雷诺数。
实验证明，流体在直管内流动时：当Re ≤2000时，流体的流动类型为层流。
当Re ≥4000时，流体的流动类型为湍流。
当2000＜Re ＜4000，流体的流动类型可能是层流，也可能为湍流，将这一范围称之为不稳定的过渡区。
从雷诺数的定义式来看，对于同一管路d 为定值时，u 仅为流量的函数。
对于流体水来讲，ρ及μ仅为温度的函数。
因此确定了温度及流量即可计算出雷诺数Re 。
三、实验装置及流程实验装置如图所示，实验时水从玻璃水槽3流进玻璃管4（内径20mm ），槽内水由自来水供应，供水量由阀6控制，槽壁外有进水稳定槽7及溢流槽10，过量的水进溢流槽10排入图1-3 雷诺示范实验装置1-红墨水瓶 2.6.8.12-阀门 3-玻璃水槽 4-带喇叭口玻璃管(Φ20) 5-进水管 7-进水稳定槽 9-转子流量计 10-溢流槽 11-排水管下水道。
实验时打开阀门8，水即由玻璃槽进入玻璃管，经转子流量计9后，流进排水管排出，用阀8调节水量，流量由转子流量计9测得。
高位墨水瓶贮藏墨水之用，墨水由经墨水调节阀2流入玻璃管4。
四、实验数据记录表表1-2 雷诺实验数据记录表水温__________[℃] 水粘度_______________[10-3×Pa·S]水密度_____________[kg/m3] 管内径_______________[mm]五、讨论1、流量从小做到大，当刚开始湍流，测出雷诺数是多少？与理论值2000有否差距？请分析原因。
流动阻力的测定实验报告实验目的：本实验旨在通过测定不同流速下的流动阻力，探究流体在管道中流动时的阻力特性，并验证流动阻力与流速、管道直径、流体粘度等因素的关系。
实验原理：流动阻力是指流体在管道中流动时所受到的阻力，其大小与流体的粘度、流速、管道直径等因素有关。
根据流体力学原理，流动阻力可以用以下公式表示：F = kρv²L/2D其中，F为流动阻力，k为阻力系数，ρ为流体密度，v为流速，L 为管道长度，D为管道直径。
实验步骤：1. 将实验装置搭建好，调整好流量计和压力计的位置。
2. 打开水泵，调节流量计，使水流速度逐渐增加。
3. 记录不同流速下的压力差和流量。
4. 根据实验数据计算出不同流速下的流动阻力。
5. 绘制流速与流动阻力的关系曲线。
实验结果：通过实验测量，得到了不同流速下的流量和压力差数据，计算出了相应的流动阻力。
将数据绘制成图表，可以看出流速与流动阻力呈现出明显的正比关系。
同时，管道直径和流体粘度也会对流动阻力产生影响，但在本实验中未进行探究。
实验结论：本实验通过测定不同流速下的流动阻力，验证了流动阻力与流速呈正比关系的结论。
同时，实验结果也表明了流动阻力与管道直径和流体粘度等因素有关，这些因素也需要在实际应用中进行考虑。
实验中可能存在的误差：1. 流量计和压力计的精度限制。
2. 实验过程中水温的变化可能会对实验结果产生影响。
3. 实验中未考虑管道弯曲、摩擦等因素对流动阻力的影响。
4. 实验中未考虑流体的非牛顿性质对流动阻力的影响。
本实验为我们深入了解流体在管道中流动时的阻力特性提供了重要的实验数据和理论基础。
