實(shí)驗(yàn)四,,化工流體過程綜合實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)四化工流體過程綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四化工流體過程綜合實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握光滑直管、粗糙直管阻 力系數(shù)的測(cè)量方法，并繪制光滑管及粗糙管的eR曲線，將其與摩擦系數(shù)圖進(jìn)行比較；2掌握閥門的局部阻力系數(shù)的測(cè)量方法；3. 了解各種流量計(jì)（節(jié)流式、 轉(zhuǎn)子、渦輪）的結(jié)構(gòu)、性能及特點(diǎn)，掌握其使用方法；掌握節(jié)流式流量計(jì)標(biāo)定方 法，會(huì)測(cè)定并繪制文丘里、孔板、噴嘴流量計(jì)流量標(biāo)定曲線（流量-壓差關(guān)系） 及流量系數(shù)和雷諾數(shù)之間的關(guān)系（eoRC關(guān)系）；4了解離心泵的結(jié)構(gòu)、操作方 法，掌握離心泵特性曲線測(cè)定方法，并能繪制相應(yīng)曲線。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1測(cè)定光滑直管和粗糙直管摩擦阻力系數(shù)，繪制光滑管及粗 糙管的eR 曲線；2測(cè)定閥門的

2、局部阻力系數(shù)；3測(cè)定并繪制文丘里、孔板、 噴嘴流量計(jì)（三選一）流量標(biāo)定曲線（流量-壓差關(guān)系）及流量系數(shù)和靂諾數(shù)之 間的關(guān)系（eoRC關(guān)系）；4測(cè)量離心泵的特性曲線，并繪制相應(yīng)曲線，確定其 最佳工作范圍。三、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段1.流體阻力實(shí)驗(yàn)a.直管摩擦系數(shù) 數(shù)與雷諾 數(shù)Re的測(cè)定:直管的摩擦阻力系數(shù)是雷諾數(shù)和相對(duì)粗糙度的函數(shù)，即）/（Re,df,對(duì)一定的相對(duì)粗糙度而言，（Re）f o流體在一定長度等直徑的水平圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，其管路阻力引起的能量損失為: ffppph21又因?yàn)槟Σ磷枇ο禂?shù)與阻力損失之間有如下關(guān)系（范寧公式）22udlphff整理兩式得22upldf（3）udRe 式中：d管徑，

3、m； fp直管阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa； 1管長，m； u流速， m/s；流體的密度，kg/m3；流體的粘度，Ns/m2o在實(shí)驗(yàn)裝置中，直管段管長1和管徑d都已固定。若水溫一定，則水的密度 和粘度也是定值。所以本實(shí)驗(yàn)實(shí)質(zhì)上是測(cè)定直管段流體阻力引起的壓強(qiáng)降fp 與流速u （流量V）之間的關(guān)系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和式可計(jì)算岀不同流速下的直管摩擦系數(shù)，用式計(jì)算對(duì)應(yīng) 的Re,從而整理出直管摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系，繪出與Re的關(guān)系曲線。b. 局部阻力系數(shù)的測(cè)定：22,ruphff2,r2upf式中：局部阻力系數(shù)，無因次；”fp局部阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa； Mfh局部阻力引起的能量損失，J/kgo圖-1局部阻力測(cè)

4、量取壓口布置圖局部阻力引起的壓強(qiáng)降” fp可用下面的 方法測(cè)量：在一條各處直徑相等的直管段上，安裝待測(cè)局部阻力的閥門，在其上、 下游開兩對(duì)測(cè)壓口 a-a"和bb '，見圖T ,使ab = bc； a ' b ' =b ' c '則APf, ab = APf, be； APf, a 1 b 1 =APf, b ' c '在 aa '之間列柏努利方程式：Pa-Pa 1 =2APf, ab+2APf, a * b 1 +AP 1 f在bb 1之間列柏努利方程 式：Pb-Pb * =APfT bc+APfT b ' c

5、' +AP 1 f=APf, ab+APf, a *b 1 +AP 1 f（6） 聯(lián)立式和，則：wfP =2（Pb-Pb ）-（Pa-Pa '）為了實(shí)驗(yàn)方便，稱（Pb-Pb '）為近點(diǎn)壓差， 稱（Pa-Pa 1 ）為遠(yuǎn)點(diǎn)壓差。其數(shù)值用差壓傳感器來測(cè)量。2.流量計(jì)性能測(cè)定：流體通過節(jié)流式流量計(jì)時(shí)在上、下游兩取壓口之間產(chǎn)生壓強(qiáng)差，它與流量的 關(guān)系為：)(200下上ppACVs 式中：SV被測(cè)流體(水)的體積流量，m3/s； 0C流量系數(shù)，無因次；0A流量計(jì)節(jié)流 孔截面積，m2；下上pp流量計(jì)上、下游兩取壓口之間的壓強(qiáng)差，Pa； 被測(cè) 流體(水)的密度,kg / m3<

6、>用渦輪流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)來測(cè)量流量VS。，每一個(gè)流量在壓差計(jì)上都有 一對(duì)應(yīng)的讀數(shù)，將壓差計(jì)讀數(shù)和流量Vs繪制成一條曲線，即流量標(biāo)定曲線。同時(shí) 利用上式整理數(shù)據(jù)可進(jìn)一步得到CORe關(guān)系曲線。3 離心泵性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)離心泵的特征方程是從理論上對(duì)離心泵中液體質(zhì)點(diǎn) 的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析研究后，得出的離心泵壓頭與流量的關(guān)系。離心泵的性能受 到泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、葉輪形式和轉(zhuǎn)數(shù)的影響。故在實(shí)際工作中，其內(nèi)部流動(dòng)的規(guī)律 比較復(fù)雜，實(shí)際壓頭要小于理論壓頭。因此，離心泵的揚(yáng)程尚不能從理論上作出 精確的計(jì)算，需要實(shí)驗(yàn)測(cè)定。a揚(yáng)揚(yáng)程程H的測(cè)定：在泵的吸入口和排出口之間列柏努利方程出入入岀入岀入出出入入岀出入入入ff

7、hguugppzzHhgugpzHgugpz2222222 上式中出入fh是泵的吸入口和排出口之間管路內(nèi)的流體流動(dòng)阻力，與柏努利 方程中其它項(xiàng)比較，出入fh值很小，故可忽略。于是上式變?yōu)椋篻uugppzzH222入出入出入出將測(cè)得的入出zz和入岀PP的值以及計(jì)算所得的出入U(xiǎn)U代入上式即可求得H的值。b軸功率N的測(cè)定：功率表測(cè)得的功率為電動(dòng)機(jī)的輸入功率o由于泵由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，傳動(dòng)效 率可視為1,所以電動(dòng)機(jī)的輸出功率等于泵的軸功率。即：泵的軸功率N二電動(dòng)機(jī)的輸出功率，kw電動(dòng)機(jī)的輸出功率二電動(dòng)機(jī)的輸入功率 電動(dòng)機(jī)的效率。泵的軸功率二功率表讀數(shù)電動(dòng)機(jī)效率，kwoc. 效率的測(cè)定：1021000 H

8、QgHQNeNNe 式中：泵的效率；N泵的軸功率，kw； Ne泵的有效功率kw； H泵的揚(yáng)程，m； Q泵的流量，m3/s 水的密度，kg/m3四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求集中授課形式五、實(shí)驗(yàn)條件1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 主要技術(shù)參數(shù)：a.流體阻力部分：被測(cè)直管段：光滑管管徑d-o. 008(m)管長L-1. 700(m)材料不銹鋼粗糙管管 徑d-O.OlO(m)管長L-1.700(m)材料不銹鋼玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)：LZB25100"1000 (L/h) VA10-15F10100 (L/h)壓差傳感器：型號(hào)LXWY測(cè)量范圍200KPa數(shù)字顯示儀表：測(cè)量參數(shù)名稱儀表名稱數(shù)量溫度 AI-501B1 壓差 AI-

9、501BV241 流量 AI-501BV241 功率 AI-501B1 離心泵:型號(hào) WB70/055b.流量計(jì)性能部分：流量測(cè)量：文丘里流量計(jì)文丘里喉徑0. 020m孔板流量計(jì)孔徑0. 020m噴嘴流 量計(jì)孔徑0.020m實(shí)驗(yàn)管路管徑：0. 042mc.離心泵性能部分：離心泵：型號(hào)WB70/055電機(jī)效率60%；真空表：用于泵吸入口壓強(qiáng)的測(cè)量 測(cè)量范圍0. 1-OMPa精度1.5級(jí)，真空表測(cè)壓位置管內(nèi)徑dl=0. 036m壓力表：用于泵出口壓力的測(cè)量測(cè)量范圍0-0. 25MPa精度1. 5級(jí)壓強(qiáng)表測(cè)壓 位置管內(nèi)徑d2=0. 042m流量計(jì)：渦輪流量計(jì)精度0.5級(jí)；兩測(cè)壓口之間距離：真 空表與

10、壓強(qiáng)表測(cè)壓口之間的垂直距離h0=0. 25md.管路特性部分：變頻器：:型號(hào)E301-201-H規(guī)格：（0-50） Hz2.實(shí)驗(yàn)裝置流程圖及流程簡介:圖-2流體流動(dòng)過程綜合實(shí)驗(yàn)流程示意圖1-水箱；2-水泵；3-入口真空表；4-岀口壓力表；5、16-緩沖罐；6. 14-測(cè)局部阻力近端閥；7、15-測(cè)局部阻力遠(yuǎn) 端閥；8、17-粗糙管測(cè)壓閥；9、21-光滑管測(cè)壓閥；10-局部阻力閥；11-文丘里 流量計(jì)（孔板流量計(jì)）;12-壓力傳感器；13-渦流流量計(jì)；18、32-閥門；20-粗 糙管閥；22-小轉(zhuǎn)子流量計(jì)；23-大轉(zhuǎn)子流量計(jì)；24閥門；25-水箱放水閥；26- 倒U型管放空閥；27-倒U型管；2

11、8. 30-倒U型管排水閥；29、31-倒U型管平 衡閥流體阻力測(cè)量流程：水泵2將儲(chǔ)水槽1中的水抽出，送入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)22、23測(cè)量流量，然后送入被測(cè)直管段測(cè)量流體流動(dòng)阻力，經(jīng)回流管 流回儲(chǔ)水槽1。被測(cè)直管段流體流動(dòng)阻力P可根據(jù)其數(shù)值大小分別采用變送器12 或空氣水倒置U型管來測(cè)量。流量計(jì)、離心泵性能測(cè)定流程：水泵2將水槽1內(nèi)的水輸送到實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，流體經(jīng)渦輪流量計(jì)13計(jì)量，用流 量調(diào)節(jié)閥32調(diào)節(jié)流量，回到儲(chǔ)水槽。同時(shí)測(cè)量文丘里流量計(jì)兩端的壓差，離心 泵進(jìn)岀口壓強(qiáng)、離心泵電機(jī)輸入功率并記錄。管路特性測(cè)量流程：用流量調(diào)節(jié)閥32調(diào)節(jié)流量到某一位置，改變電機(jī)頻率，測(cè)定渦輪流量計(jì)的 頻率、泵

12、入口壓強(qiáng)、泵出口壓強(qiáng)并記錄。六、實(shí)驗(yàn)步驟1流體阻力測(cè)量：（1）向儲(chǔ)水槽內(nèi)注水至水箱三分之二。（最好使用蒸館水，以保持流體清潔） 光滑管阻力測(cè)定：關(guān)閉粗糙管路閥門，將光滑管路閥門全開，在流量為零條件下，打開通向倒 置U型管的進(jìn)水閥，檢查導(dǎo)壓管內(nèi)是否有氣泡存在。若倒置U型管內(nèi)液柱髙度差 不為零，則表明導(dǎo)壓管內(nèi)存在氣泡。需要進(jìn)行趕氣泡操作。導(dǎo)壓系統(tǒng)如圖-3所 示：3. 4-排水閥；11-U型管進(jìn)水閥；12-壓力傳感器；26-U型管放空閥；27-U 型管圖-3導(dǎo)壓系統(tǒng)示意圖導(dǎo)壓系統(tǒng)排氣操作方法如下：a打開11, 3, 4, 1030秒（層流實(shí)驗(yàn)時(shí)30飛0秒）；b關(guān)閉11； c打開26, 將倒U型壓差計(jì)

13、中的水排凈；d.關(guān)閉3, 4, 26；e打開11,使水進(jìn)入倒U型壓差計(jì)；f.閉流量調(diào)節(jié)閥24,此時(shí)若倒U型壓 差計(jì)中的差值為0,則說明管線中的氣已排凈。如不為零則表明管路中仍有氣泡 存在，需要重復(fù)進(jìn)行趕氣泡操作。該裝置兩個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)并聯(lián)連接，根據(jù)流量大小選擇不同量程的流量計(jì)測(cè)量 流量。差壓變送器與倒置U型管亦是并聯(lián)連接，用于測(cè)量壓差，小流量時(shí)用型管 壓差計(jì)測(cè)量，大流量時(shí)用差壓變送器測(cè)量。應(yīng)在最大流量和最小流量之間進(jìn)行實(shí) 驗(yàn)操作，一般測(cè)取1520組數(shù)據(jù)。閉注：在測(cè)大流量的壓差時(shí)應(yīng)關(guān)閉U型管的進(jìn)出水閥11,防止水利用U型 管形成回路影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。粗糙管阻力測(cè)定：關(guān)閉光滑管閥，將粗糙管閥全開，從小流

14、量到最大流量，測(cè)取1520組數(shù)據(jù)。測(cè)取水箱水溫。待數(shù)據(jù)測(cè)量完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵。粗糙管、局部阻力測(cè)量方法同前。2流量計(jì)、離心泵性能測(cè)定（以文丘里流量計(jì)為例）：（1）向儲(chǔ)水槽內(nèi)注入蒸徭水。檢查流量調(diào)節(jié)閥32,壓力表4的開關(guān)及真空表3 的開關(guān)是否關(guān)閉（應(yīng)關(guān)閉）。（2）啟動(dòng)離心泵，緩慢打開調(diào)節(jié)閥32至全開。待系統(tǒng)內(nèi)流體穩(wěn)定，即系統(tǒng)內(nèi) 已沒有氣體，打開壓力表和真空表的開關(guān)，方可測(cè)取數(shù)據(jù)。（3）用閥門32調(diào)節(jié)流量，從流量為零至最大或流量從最大到零，測(cè)取1015 組數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄渦輪流量計(jì)頻率、文丘里流量計(jì)的壓差、泵入口壓強(qiáng)、泵出口 壓強(qiáng)、功率表讀數(shù)，并記錄水溫。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵，關(guān)

15、閉電源。七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：1. 直流數(shù)字表操作方法請(qǐng)仔細(xì)閱讀說明書，待熟悉其性能和使用方法后再進(jìn) 行使用操作。2. 啟動(dòng)離心泵之前以及從光滑管阻力測(cè)量過渡到其它測(cè)量之前，都必須檢查 所有流量調(diào)節(jié)閥是否關(guān)閉。3. 利用壓力傳感器測(cè)量大流量下AP時(shí),應(yīng)切斷空氣水倒置型玻璃管的閥門 否則將影響測(cè)量數(shù)值的準(zhǔn)確。4 在實(shí)驗(yàn)過程中每調(diào)節(jié)一個(gè)流量之后應(yīng)待流量和直管壓降的數(shù)據(jù)穩(wěn)定以后 方可記錄數(shù)據(jù)。5.若之前k長時(shí)間未做實(shí)驗(yàn)，啟動(dòng)離心泵時(shí)應(yīng)先盤軸轉(zhuǎn)動(dòng)，否則易燒壞電機(jī)。6該裝置電路采用五線三相制配電，實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)良好接地。7使用變頻調(diào)速器時(shí)一定注意FWD指示燈亮，切忌按FWDREV鍵，REV指示 燈亮?xí)r電機(jī)反轉(zhuǎn)。

16、8啟動(dòng)離心泵前，必須關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉壓力表和真空表的開關(guān)，以免 損壞測(cè)量儀表。9實(shí)驗(yàn)水質(zhì)要清潔，以免影響渦輪流量計(jì)運(yùn)行。八、思考題1 本實(shí)驗(yàn)中的U型壓差計(jì)的指示劑是何物？為什么選擇它？ 2. 本實(shí)驗(yàn)中，倒置L型壓差計(jì)一開始就排了氣的，為什么在實(shí)驗(yàn)過程中還可以兩邊 示數(shù)自由增大和減??？ 3在做各實(shí)驗(yàn)時(shí)，如何判斷流量這一數(shù)據(jù)是否合理？ 一般 氣體流速和流體流速各在什么范圍？九、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)體現(xiàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)記 錄和實(shí)驗(yàn)報(bào)告1.實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)在實(shí)驗(yàn)前每位同學(xué)都需要對(duì)本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行認(rèn)真的預(yù)習(xí), 并寫好預(yù)習(xí)報(bào)告，在預(yù)習(xí)報(bào)告中要寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒁?，需要用到的儀器設(shè)備、 物品資料以及簡要的實(shí)驗(yàn)步驟，形成一個(gè)操

17、作提綱。對(duì)實(shí)驗(yàn)中的安全注意事項(xiàng)及 可能出現(xiàn)的現(xiàn)象等做到心中有數(shù)，但這些不要求寫在預(yù)習(xí)報(bào)告中。2實(shí)驗(yàn)記錄學(xué)生開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該將記錄本放在近旁，將實(shí)驗(yàn)中所做的每一 步操作、觀察到的現(xiàn)象和所測(cè)得的數(shù)據(jù)及相關(guān)條件如實(shí)地記錄下來。實(shí)驗(yàn)記錄中應(yīng)有指導(dǎo)教師的簽名。附：數(shù)據(jù)記錄表a.直管阻力損失的測(cè)定表一流體阻力光滑管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表光 滑管：內(nèi)徑mm、管長ni (液體溫度。C液體密度二kg/m液體粘度=mPas)序號(hào)流量 (1/h)直管壓差 PP 流速 uRe (kPa) (mmII20) (Pa) (m/s) 1222表二流體阻力粗糙管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表粗糙管：內(nèi)徑nun、管長m (液體溫度。C 液體密度=kg/m液體粘度=mPaS)序號(hào)流量(1/h)直管壓差PP流速uRe(kPa)(mmH20) (Pa) (m/s) 1222b.局部阻力損失的測(cè)定表三局部阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表序號(hào)Q (1/h) 近端壓差遠(yuǎn)端壓差u(m/s)局部阻力壓差阻力系數(shù)123c流量計(jì)性能測(cè)定表四流 量計(jì)性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表序號(hào)孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)流量Q流速 uReCo (kPa)(Pa)(m3/h)(m/s)1211d.