專業(yè)：化學(xué)工程與工藝

姓名：

加戶9祟實(shí)驗(yàn)報(bào)告藍(lán)

地點(diǎn)：

課程名稱：過程工程原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師：成績(jī)：

實(shí)驗(yàn)名稱：流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)類型：同組學(xué)生姓名：

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）

三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟

五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必埴）

七、討論、心得

I、流體流動(dòng)阻力測(cè)定

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

⑴掌握測(cè)定流體流經(jīng)直管、管件（閥門）時(shí)阻力損失的一般實(shí)驗(yàn)方法。

（2）測(cè)定直管摩擦系數(shù)入與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的關(guān)系，驗(yàn)證在一般湍流區(qū)內(nèi)入與Re的關(guān)系曲線。

⑶測(cè)定流體流經(jīng)管件（腌門）時(shí)的局部阻力系數(shù)或

⑷識(shí)辨組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用。

二、基本原理

笠（1）直管阻力摩擦系數(shù)入的測(cè)定

、流體在水平等徑直管中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，阻力損失為：

訂

⑴

線'ppd2

A=——⑵

dup

Re=——(3)

4

采用渦輪流量計(jì)測(cè)流量V

V

U=-9--0--0--4-/7(4)

用壓差傳感器測(cè)量流體流經(jīng)直管的壓力降。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)1、d,流體溫度T（查流體物性p、g,及實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)定的流量V、壓力降

APf,求取Re和九，再將Re和入標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上。

⑵局部阻力系數(shù)C的測(cè)定

流體通過某一管件或閥門時(shí)的機(jī)械能損失表示為流體在小管徑內(nèi)流動(dòng)時(shí)平均動(dòng)能的某一倍數(shù)，這種方

法稱為阻力倍數(shù)法。即：

⑸

故(6)

pu

根據(jù)連接管件或閥門兩端管徑中小管的直徑d,流體溫度T（杳流體物性p、g,及實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)定的流

量V、壓力降A(chǔ)Pf二通過式⑸或（6）,求取管件（閥門）的局部阻力系數(shù)

三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程

實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示:

un

I、水箱2、離心泵3、壓差傳感器4、溫度計(jì)5、渦輪流量計(jì)6、流量計(jì)7、轉(zhuǎn)子流量計(jì)8、轉(zhuǎn)

子流量計(jì)9、壓差傳感器10、壓差傳感器11、壓差傳感器12、粗糙管實(shí)驗(yàn)段13、光滑管實(shí)驗(yàn)段14、

層流管實(shí)驗(yàn)段15、壓差傳感器16、壓差傳感器17、局部阻力18、局部阻力

圖1實(shí)驗(yàn)裝置流程圖

裝置參數(shù):

名稱材質(zhì)管內(nèi)徑/mm測(cè)量段長(zhǎng)度/mm

光滑管不銹鋼管211000

粗糙管鍍鋅鐵管221000

局部阻力閘閥22640

局部阻力截止閥21620

四、實(shí)驗(yàn)步驟

⑴首先對(duì)水泵進(jìn)行灌水，然后關(guān)閉出口閥，打開電源，啟動(dòng)水泵電機(jī)，待電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后，把泵的出

口閥緩緩開到最大。

⑵對(duì)壓差傳感器進(jìn)行排氣，完成后關(guān)閉排氣閥門，使壓差傳感器處于測(cè)量狀態(tài)。

⑶緩慢轉(zhuǎn)到調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)流量，讓流量從最大到范圍內(nèi)變化，并且讓流量按等比變化。每次

改變流量，待流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，分別記下流量值、直管壓差和閥門壓差。

⑷實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉出口底，停止水泵電機(jī)，清理裝置.

五、數(shù)據(jù)記錄及處理

當(dāng)水溫T=28.1℃時(shí)，密度0=995.7粘度〃=0.8360x。

根據(jù)式⑵、（3）、⑷、⑹，以及公式

閥門壓差如f=魴（測(cè)出一彳即八口管）

可計(jì)算得到如下結(jié)果：

⑴光滑管

平均流速〃直管阻力摩局部阻力系數(shù)

序號(hào)流量V/(m3/h)雷諾準(zhǔn)數(shù)Re截止閥壓差

mis擦系數(shù)4

15.44.330.0186108318.987.8669.4098

24.53.610.019390265.7760.8119.3784

33.72.970.019774218.5240.5529.2508

43.12.490.020762183.0829.1219.4637

52.62.090.021852153.5520.8059.6118

62.11.680.022942124.0213.3459.4500

71.81.440.024136106.319.9629.6020

81.51.200.025430088.596.8619.5226

91.20.960.026924070.874.1348.9663

101.00.800.028220059.062.7338.5367

平均局部阻力系數(shù)<=9.3192

⑵粗糙管

平均流速〃直管阻力摩局部阻力系數(shù)

序號(hào)流量V/(//h)雷諾準(zhǔn)數(shù)Re截止閥壓差曲/

m/s擦系數(shù)幾q

16.74.900.0262128286.82.8520.2394

25.43.950.0271103395.31.6880.2178

34.43.220.027784248.051.0390.2021

43.62.630.027868930.220.8160.2364

52.92.120.028355527.120.4970.2227

62.31.680.029444038.750.3370.2394

71.91.390.029836379.840.2280.2374

81.51.1()0.032028720.93().1530.2560

91.20.880.034522976.740.0660.1727

101.00.730.035619147.280.0550.2060

平均局部阻力系數(shù)7=0.2230

作人?Re曲線:

2x1044x1046x1048x1041051.2x105

雷諾數(shù)Re

對(duì)照化工原理教材上有關(guān)曲線圖，可估算出粗糙管的相對(duì)粗糙度為O.OO3,則絕對(duì)粗糙度為6.6x10-5。

同理，光滑管的相對(duì)?粗糙度為().0002,則其絕對(duì)粗糙度為4.2xICT6°

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看到，粗糙管的相對(duì)粗糙度要大「光滑管的相對(duì)粗糙度；同時(shí)根據(jù)閘閥和球閥全開時(shí)

的局部阻力系數(shù)C,可以看到球閥的局部阻力系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于閘閥的局部阻力系數(shù)，這是由于它們的結(jié)構(gòu)造

成的。

六、思考題

⑴在對(duì)裝置做排氣工作時(shí)，是否一定要關(guān)閉流程尾部的出口閥？為什么？

答：對(duì)裝置做排氣工作時(shí)，先要打開出口閥，使流體流動(dòng)穩(wěn)定后，再關(guān)閉流程尾部的出口閥，這樣可

使管中有較大壓力使得氣體排出。

⑵如何檢測(cè)管路中的空氣已經(jīng)被排除干凈？

答：先檢杳連接軟管以及傳感器的出口管中有沒有氣泡。如果沒有了，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，看壓差計(jì)的

讀數(shù)是否為零，如果為零，見說明氣體已經(jīng)排空。

⑶以水作介質(zhì)所測(cè)得的九?Rc關(guān)系能否適用于其他流體？如何應(yīng)用？

答：能適用于其他流體。通過密度和黏度換算。

⑷在不同設(shè)備上(包括不同管徑)，不同水溫下測(cè)定的入?Re數(shù)據(jù)能否關(guān)聯(lián)在同?條曲線上？

答：不同設(shè)備上，不同的水溫下測(cè)定的入?Re數(shù)據(jù)能關(guān)聯(lián)在同一曲線上。

II>離心泵特性曲線測(cè)定

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

⑴了解離心泵結(jié)構(gòu)與特性，熟悉離心泵的使用；

⑵測(cè)定離心泵在恒定轉(zhuǎn)速下的操作特性，做出特性曲線；

⑶了解差壓變送器、渦輪流量計(jì)等儀器儀表的工作原理和使用方法。

二、基本原理

離心泵的特性曲線是選擇和使用離心泵的重要依據(jù)之一，其特性曲線是在恒定轉(zhuǎn)速下裝的揚(yáng)程H、軸

功率N及效率n與泵流量Q之前的關(guān)系曲線，它是流體在泵內(nèi)流動(dòng)規(guī)律的宏觀表現(xiàn)形式。由于泵內(nèi)流動(dòng)

復(fù)雜，不能使用理論方法推導(dǎo)出泵的特性關(guān)系曲線，只能依靠實(shí)驗(yàn)測(cè)定。

⑴揚(yáng)程H的測(cè)定與計(jì)算

取離心泵進(jìn)口真空表和出口壓力表處為1、2兩截面，列機(jī)械能衡算方程：

Z[+—+—+//=z2+—+^~⑴

pg2g~pg2g

若泵進(jìn)出口速度相差不大，貝!速度平方差可忽略，則有

P2P]

H=(Z2-Z[)+~

Pg

=%+小俵值)+%(2)

m：

式中：HQ=Z2-ZX,表示泵出口和進(jìn)口間的位差，

p---流體密度，kg/in3；

g——重力加速度，m&；

pi>P2——分別為泵進(jìn)、出口的真空度和表壓，m；

日、H2——分別為泵進(jìn)、出口的真空度和表壓對(duì)應(yīng)的壓頭，m；

ui、U2----分別為泵進(jìn),出口的流速，m/s；

Zi、Z2----分別為真空表、壓力表的安裝高度，nio

由上式可知，只要直接讀出真空表和壓力表上的數(shù)值，及兩表的安裝高度差，就可計(jì)算出泵的揚(yáng)程。

⑵軸功率N的測(cè)量與計(jì)算

N=MjXA(W)⑶

其中.N中為電功率表顯示值，k代表電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)效率,可取k=0.95.

(3)效率n的計(jì)算

泵的效率n是泵的有效功率Ne與軸功率N的比值。有效功率Ne是單位時(shí)間內(nèi)流體經(jīng)過泵時(shí)所獲得

的實(shí)際功，軸功率N是單位時(shí)間內(nèi)泵軸從電機(jī)得到的功，兩者差異反映了水力損失、容積損失和機(jī)械損失

的大小。

泵的有效功率Ne可用下式計(jì)算：

Ne=HQpg(4)

故泵效率為二。%]00%⑸

N

⑷轉(zhuǎn)速改變時(shí)的換算

泵的特性曲線是在定轉(zhuǎn)速下的實(shí)驗(yàn)測(cè)定所得。但是，實(shí)際上感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)矩改變時(shí)，其轉(zhuǎn)速會(huì)有變

化，這話隨著流量Q的變化，多個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)速n將有所差異，因此在繪制特性曲線之前，須將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

換算為某一定轉(zhuǎn)速n，下(可取離心泵的額定轉(zhuǎn)速)的數(shù)據(jù)。換算關(guān)系如下：

流量Q=Q~⑹

n

揚(yáng)程H=H(-)2(7)

n

軸功率N'=N(2)3⑻

n

效率〃二絲絲=絲絲二〃(9)

NN

三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程

⑴實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)對(duì)象部分是由貯水箱、離心泵，渦輪流量計(jì)和壓差傳感器等組成的。

水的流量使用渦輪流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，泵進(jìn)出口壓差采川壓差傳感器進(jìn)行測(cè)量，泵的軸功率由功率表測(cè)

量，流體溫度采用Ptl(X)溫度傳感器測(cè)量。

⑵實(shí)驗(yàn)流程

離心泵特性曲線測(cè)定裝置流程圖如上圖1所示。

四、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)

㈠實(shí)驗(yàn)步驟

⑴清洗水箱，并加裝實(shí)驗(yàn)用水。給離心泵灌水，排除泵內(nèi)氣體。

⑵檢杳電源和信號(hào)線是否與控制柜連接正確，檢查各閥門開度和儀器自檢情況，試開狀態(tài)下檢查電機(jī)

和離心泵是否正確運(yùn)轉(zhuǎn)。

(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)，逐漸關(guān)閉調(diào)節(jié)閥以減小流量，待各儀器讀數(shù)顯示穩(wěn)定后，讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)。(離心泵特性實(shí)

驗(yàn)部分，主要獲取實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：流量Q、泵進(jìn)出口壓差A(yù)P、電機(jī)功率N電、泵轉(zhuǎn)速n和流體溫度匕)

⑷測(cè)取10組左右數(shù)據(jù)后，可以停泵，同時(shí)記錄下設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)(如離心泵型號(hào)，額定流量、揚(yáng)程

和功率等)。

⑸實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉出口周，停止水泵電機(jī)，清理裝置。

㈡注意事項(xiàng)

⑴一般每次實(shí)驗(yàn)前，均需對(duì)泵進(jìn)行濯泵操作，以防止離心泵氣縛。同時(shí)注意定期對(duì)泵進(jìn)行保養(yǎng)，防止

葉輪被固體顆粒損壞。

⑵泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，勿觸碰泵主軸部分，因其高速轉(zhuǎn)動(dòng)，可能會(huì)纏繞并傷害身體接觸部位。

五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理

⑴分別繪制一定轉(zhuǎn)速下的H?Q、N?Q、n?Q曲線

實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄：

離心泵型號(hào)MS1001L1,額定流量IQOL/min,額定揚(yáng)程23.4m

額定功率1』kw,額定轉(zhuǎn)速2850rpm,泵進(jìn)出口測(cè)壓點(diǎn)高度差H（）0.1m

水溫t：25.9C

序號(hào)流量。/（〃//力）泵進(jìn)出口壓差△2/女「〃電機(jī)功率N電/W泵轉(zhuǎn)數(shù)〃/rpm

110.4125.212432865

29.2159.312172865

38.1182.111822880

46.9207.811242880

55.8230.010582895

64.6251.19672895

73.4269.68672910

82.3284.57722925

91.2296.36792940

100314.96202940

水溫1=25.9℃時(shí)，水的密度p=997kg/m3

根據(jù)式⑵、⑶、⑸、⑹、⑺、⑻、（9）,計(jì)算結(jié)果如下表所示。

序號(hào)nlrpmQ/(m3/h)Q/h)H/rnHimN/WN/W

1286510.410.3512.9012.771180.851162.400.3087

228659.29.1516.3916.221156.151138.090.3543

328808.18.0218.7218.331122.901088.170.3668

428806.96.8321.3520.901067.801034.780.3748

528955.85.7123.6222.891005.10958.950.3702

628954.64.5325.7724.98918.65876.470.3506

729103.43.3327.6626.54823.65773.750.3103

829252.32.2429.1927.71733.40678.420.2487

929401.21.1630.3928.56645.05587.610.1536

1029400032.303035589.00536.550

作H?Q、N?Q、n?Q曲線：（見下頁(yè)）

N/W

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000