化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)講義

1、實(shí)驗(yàn)一壓頭轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 理解留題流動(dòng)中各種能量與壓頭的概念及其相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，進(jìn)而掌握柏 努利方程；2. 觀察流速與壓頭的變化規(guī)律實(shí)驗(yàn)原理1. 流體在流動(dòng)時(shí)具有三種機(jī)械能，即（ 1）位能、（2）動(dòng)能、（ 3）靜壓能。 這三種能量可以相互轉(zhuǎn)換。當(dāng)管路條件（如位置高低、管徑大?。└淖?時(shí)，他們便不斷地自行轉(zhuǎn)換。如果粘度為零的理想流體，因?yàn)椴淮嬖谝?摩擦和碰撞而產(chǎn)生的機(jī)械能損失，那么同一管路的任何二個(gè)截面上盡管 三種機(jī)械能彼此不一定相等，但是這三種機(jī)械能的總和是相等的。2. 對(duì)實(shí)際流體來(lái)說(shuō)，則因?yàn)榇嬖谡扯?，流?dòng)過(guò)程中總有一部分機(jī)械能因摩 擦碰撞而損失，即轉(zhuǎn)化為熱能了。而轉(zhuǎn)化為熱能的機(jī)械能在管路

2、中是不 能恢復(fù)的。這樣，對(duì)實(shí)際流體來(lái)說(shuō)，兩個(gè)截面上機(jī)械能的總和則是不相 等的，兩者差額就是流體在兩個(gè)截面之間因摩擦和碰撞轉(zhuǎn)化為熱的機(jī)械 能。因此在進(jìn)行機(jī)械能的衡算時(shí)，就必須講這部分損失了的機(jī)械能加到 第二個(gè)截面上面。3. 上述幾種機(jī)械能都可以用測(cè)壓管中的一段液體柱的高度來(lái)表示。在流體 力學(xué)中，把表示各種機(jī)械能的液體柱高度稱(chēng)為壓頭。表示位能的稱(chēng)為位 壓頭（ H 位）；表示動(dòng)能的稱(chēng)為動(dòng)壓頭（ H 動(dòng)）；表示壓力能的稱(chēng)為靜壓頭 （H 靜）；表示已損失的機(jī)械能稱(chēng)為損失壓頭（ H 損）。4. 當(dāng)測(cè)壓管上的小孔與水流方向垂直時(shí)，測(cè)壓管的液位高度（從測(cè)壓孔算 起）即為靜壓頭，它反映測(cè)壓點(diǎn)處液體的靜壓強(qiáng)大小；

3、測(cè)壓孔處液體的 位壓頭則有測(cè)壓孔的幾何高度決定。5. 當(dāng)測(cè)壓管上的小孔正對(duì)水流方向時(shí)，測(cè)壓管內(nèi)液位將上升，上升的液體 高度，即為測(cè)壓孔處流體動(dòng)壓頭。它反映出該點(diǎn)處流體動(dòng)能的大小。這 時(shí)測(cè)壓管中液柱高度則為靜壓頭和動(dòng)壓頭之和。6. 任何兩個(gè)截面之間，位壓頭、動(dòng)壓頭和靜壓頭三者總和之差即為損失壓 頭。它表示流體流經(jīng)兩個(gè)截面之間時(shí)機(jī)械能的損失。損失壓頭與流體的 動(dòng)壓頭、流過(guò)的導(dǎo)管長(zhǎng)度及管徑有關(guān)。其關(guān)系如下： 動(dòng)壓頭越大，通過(guò)的管子越長(zhǎng)，則壓頭損失越大，而管徑增大則損失壓 頭減小。三、實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置由水槽、管路以及測(cè)壓管三部分組成（見(jiàn)圖11）。水槽設(shè)有進(jìn)水管與溢流管，用于保持液位恒定。管路分為四段。

4、由大小不同的兩種規(guī)格的玻璃管組成，其中 A 截面的直徑 14mm B截面的直徑28mm C截面、D截面的直徑14mm以D截面中心線為零基 準(zhǔn)面（即標(biāo)尺為256毫米）ZD=153。A截面和D截面的距離為103mm每段管路上設(shè)有二支玻璃的測(cè)壓管， 左邊一支可測(cè)量該截面的靜壓頭， 右邊一支測(cè)壓孔正對(duì)水流，可測(cè)動(dòng)壓頭與靜壓頭之和出口調(diào)節(jié)閥回流閥閥溢流亠咼恒嘈圖1-1壓頭轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)裝置四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 將低位槽灌有一定數(shù)量的水，關(guān)閉離心泵出口調(diào)節(jié)閥門(mén)及實(shí)驗(yàn)測(cè)試導(dǎo)管出 口調(diào)節(jié)閥門(mén)而后啟動(dòng)離心泵。2. 逐步開(kāi)大離心泵出口調(diào)節(jié)閥當(dāng)高位槽溢流管有液體溢流后，調(diào)節(jié)導(dǎo)管出口 調(diào)節(jié)閥為全開(kāi)位置。3. 流體穩(wěn)定后讀取A、

5、B、C、D截面靜壓頭和沖壓頭并記錄數(shù)據(jù)。4. 關(guān)小導(dǎo)管出口調(diào)節(jié)閥重復(fù)步驟。5. 分析討論流體流過(guò)不同位置處的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系并得出結(jié)果。6. 關(guān)閉離心泵，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。五、使用設(shè)備時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)：1 不要將離心泵出口調(diào)節(jié)閥開(kāi)得過(guò)大以免使水流沖擊到高位槽外面，同時(shí)導(dǎo)致高位槽液面不穩(wěn)定。2. 當(dāng)導(dǎo)管出口調(diào)節(jié)閥開(kāi)大應(yīng)檢查一下高位槽內(nèi)的水面是否穩(wěn)定，當(dāng)水面下降 時(shí)應(yīng)適當(dāng)開(kāi)大泵出口調(diào)節(jié)閥。3 .導(dǎo)管出口調(diào)節(jié)閥須緩慢地關(guān)小以免造成流量突然下降測(cè)壓管中的水溢出管 外。4 .注意排除實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管內(nèi)的空氣泡。5 .離心泵不要空轉(zhuǎn)和出口閥門(mén)全關(guān)的條件下工作。六、數(shù)據(jù)記錄水溫：(一)壓頭測(cè)量結(jié)果H值'次別項(xiàng) L 目位置

6、承接水 量(ml)承接水 時(shí)間(s)ABCD正對(duì)垂直正對(duì)垂直正對(duì)垂直正對(duì)垂直12345(二)流速計(jì)算 項(xiàng)目 位 置 動(dòng)壓頭+ 靜壓頭(m)靜壓頭(m)動(dòng)壓頭(m)點(diǎn)速度(m?s-1)平均流速(m? s1 )按所測(cè)體 積流量計(jì)算點(diǎn)A點(diǎn)B點(diǎn)C點(diǎn)D五、思考題1. 當(dāng)進(jìn)水閥關(guān)閉時(shí)，各測(cè)量管內(nèi)液位高度H有無(wú)變化？這一現(xiàn)象說(shuō)明什么？這一高度H的物理意義又是什么？2. 用靜力學(xué)原理分析截面4和截面3的靜壓頭哪個(gè)大？為什么？3. 測(cè)壓孔正對(duì)水流方向的測(cè)量管，其液位高度H '的物理意義是什么？4. 當(dāng)進(jìn)水調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)，截面1和截面2的靜壓頭哪個(gè)大？為什么？5. 當(dāng)進(jìn)水調(diào)節(jié)閥半開(kāi)時(shí)，由所測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算

7、截面 3和截面4的壓頭 損失。實(shí)驗(yàn)二流體流動(dòng)類(lèi)型及臨界雷諾數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察流體流動(dòng)過(guò)程中不同的流動(dòng)型態(tài)及其變化過(guò)程;2測(cè)定流動(dòng)型態(tài)變化時(shí)的臨界雷諾數(shù)實(shí)驗(yàn)原理流體充滿導(dǎo)管作穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)基本上有兩種明顯不同的流動(dòng)型態(tài)：滯流（也叫層流）和湍流。當(dāng)流體在管中作滯流流動(dòng)時(shí)，管內(nèi)的流體各個(gè)質(zhì)點(diǎn)沿管軸作相互 平行而有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，彼此沒(méi)有明顯的干擾。當(dāng)流體作湍流流動(dòng)時(shí)，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)紊 亂地向各個(gè)不同的方向作無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。流體的流動(dòng)型態(tài)不僅與流體的平均流速有關(guān)， 還與流體的粘度卩、密度p和 管徑d等因素有關(guān)。也就是說(shuō)流體的流動(dòng)型態(tài)取決于雷諾準(zhǔn)數(shù)的大小。Re(2- 1)式中：d管子內(nèi)徑（m）u 流體流速（m/s）

8、3? 流體密度（kg/m ）J流體粘度（Pa? s或kg/m? s）根據(jù)雷諾實(shí)驗(yàn)，流體在平直圓管中流動(dòng)時(shí)，當(dāng)雷諾數(shù)小于某一臨界值時(shí)為 滯流（或?qū)恿鳎划?dāng)雷諾數(shù)大于某一臨界值時(shí)為湍流；當(dāng)雷諾數(shù)介于二者之間時(shí) 則為不穩(wěn)定的過(guò)渡狀態(tài)，可能為滯流，也可能為湍流。對(duì)于一定溫度下的某種介質(zhì)在特定的圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，流體的粘度 卩、密度 p和管徑d等均為定值，故雷諾數(shù)Re僅為流體平均流速u(mài)的函數(shù)。流體的流速 確定后，雷諾數(shù)即可確定。流體流動(dòng)型態(tài)發(fā)生變化時(shí)的流速稱(chēng)為臨界速度，其對(duì)應(yīng)的雷諾數(shù)稱(chēng)為臨界 雷諾數(shù)。本實(shí)驗(yàn)以水為介質(zhì)、有色溶液為示蹤物，使其以不同的流速通過(guò)平直玻璃 管，便可觀察到不同的流動(dòng)型態(tài)，同時(shí)根據(jù)流動(dòng)

9、型態(tài)的變化，可確定臨界速度與 臨界雷諾準(zhǔn)數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)裝置如圖2- 1所示，主要由穩(wěn)壓溢流水槽5、試驗(yàn)導(dǎo)管（內(nèi)徑24.2mm） 6緩沖水槽5和轉(zhuǎn)子流量計(jì)6組成。水由循環(huán)水泵供給或直接由自來(lái)水龍頭輸 入穩(wěn)壓溢流水槽，經(jīng)穩(wěn)壓后流經(jīng)試驗(yàn)導(dǎo)管、緩沖水槽及轉(zhuǎn)子流量計(jì)，最后流回低 位水槽或排入下水道，穩(wěn)壓溢流槽溢流出來(lái)的水也返回低位槽或排入下水道。示蹤物由液瓶1經(jīng)調(diào)節(jié)夾10、試驗(yàn)導(dǎo)管3至下水道。11-墨水瓶 2-針頭 A進(jìn)水閥 乳膠管 5-水箱 6-水平玻璃管T-出口閥門(mén) 4溫度計(jì) 9-放氣閥10-放ZK閥11 涼量計(jì)圖2 - 1雷諾試驗(yàn)裝置四、 實(shí)驗(yàn)步驟1. 雷諾實(shí)驗(yàn)的過(guò)程(1) 關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥

10、10、7、9,打開(kāi)進(jìn)水閥3,使自來(lái)水充滿水槽,?并使 其有一定的溢流量。(2) 輕輕打開(kāi)閥門(mén)10,讓水緩慢流過(guò)實(shí)驗(yàn)管道。使紅水全部充滿細(xì)管道中。(3) 調(diào)節(jié)進(jìn)水閥,維持盡可能小的溢流量。(4) 緩慢地適當(dāng)打開(kāi)紅水流量調(diào)節(jié)夾，觀察當(dāng)前水流量下實(shí)驗(yàn)管內(nèi)水的流 動(dòng)狀況。讀取流量計(jì)的流量并計(jì)算出雷諾準(zhǔn)數(shù)。(5) 增大進(jìn)水閥3的開(kāi)度，在維持盡可能小的溢流量的情況下提高水的流 量。使水通過(guò)試驗(yàn)導(dǎo)管的流速平穩(wěn)地增大，至試驗(yàn)導(dǎo)管內(nèi)直線流動(dòng)的紅色細(xì) 流開(kāi)始發(fā)生波動(dòng)而呈明顯的 S型時(shí)，讀取此時(shí)流量計(jì)的流量并計(jì)算出雷諾準(zhǔn) 數(shù)。(6) 繼續(xù)開(kāi)大調(diào)節(jié)閥3的開(kāi)度，使水流量平穩(wěn)增大。當(dāng)流量增大到某一數(shù)值后，紅色溶液一進(jìn)入試

11、驗(yàn)導(dǎo)管立即被分散成煙霧狀并迅速擴(kuò)散到整個(gè)管子。這表明流體的流動(dòng)型態(tài)已成湍流。記下此時(shí)流量計(jì)的流量并計(jì)算出雷諾準(zhǔn)數(shù)。(7)這樣的試驗(yàn)操作反復(fù)數(shù)次(至少 5-6次)，以便取得重復(fù)性較好的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的操作(1) 關(guān)閉紅水流量調(diào)節(jié)夾，使紅水停止流動(dòng)(2) 關(guān)閉進(jìn)水閥3,使自來(lái)水停止流入水槽'(3) 待實(shí)驗(yàn)管道的紅色消失時(shí),關(guān)閉閥門(mén)10(4) 若日后較長(zhǎng)時(shí)間不用,請(qǐng)將裝置內(nèi)各處的存水放凈。五、數(shù)據(jù)記錄1、試驗(yàn)設(shè)備基本參數(shù)：試驗(yàn)導(dǎo)管內(nèi)徑：d=24.2mm2、試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與整理：水溫：C水的密度：kg/m3水的粘度：Ps?s實(shí)驗(yàn)記錄和數(shù)據(jù)整理可參考下表：序號(hào)流量(L/h)流速(m/s

12、)雷諾準(zhǔn)數(shù)Re觀察現(xiàn)象流 型1管中一條紅線2管中一條紅線管中一條紅線3管中紅線波動(dòng)4管中紅線波動(dòng)5管中紅線波動(dòng)6紅水?dāng)U散7紅水?dāng)U散8紅水?dāng)U散六、思考題1、影響流體流動(dòng)型態(tài)的因素有哪些？2、為什么說(shuō)再實(shí)驗(yàn)時(shí)流速可作為判斷流動(dòng)型態(tài)的唯一依據(jù)？3、生產(chǎn)中無(wú)法通過(guò)觀察來(lái)判斷管內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)， 你可用什么反復(fù)來(lái) 判斷呢？試驗(yàn)三流量計(jì)的校正實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解轉(zhuǎn)子流量計(jì)的構(gòu)造和工作原理；2、掌握轉(zhuǎn)子流量計(jì)的使用方法和校正方法;3、測(cè)定流量與轉(zhuǎn)子高度的校正曲線。實(shí)驗(yàn)原理轉(zhuǎn)子流量計(jì)的構(gòu)造如圖3-1所示。它是由一根垂直的略顯錐形的玻璃管和 轉(zhuǎn)子（或稱(chēng)浮子）組成的。錐形玻璃管截面積由上而下逐漸縮小，流體由下而上 流

13、過(guò)。流量與環(huán)隙截面積大小成比例。當(dāng)流體以一定流量通過(guò)環(huán)隙，且作用于轉(zhuǎn) 子下端與上端的壓力差、流體對(duì)轉(zhuǎn)子的浮力和轉(zhuǎn)子的重力三者相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)子就 停留在一定的位置上。流量發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)子將移到新的位置，繼續(xù)維持新的平 衡。轉(zhuǎn)子的位置高度反映流體的流量。圖3- 1轉(zhuǎn)子流量計(jì)qv與轉(zhuǎn)子所在(31)一定條件下，對(duì)于一定的流體，通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的體積流量 位置的高度H成正比：qKH式中：qv 流體的體積流量L/min （實(shí)測(cè)值）H 轉(zhuǎn)子所處的高度（格數(shù)）K 常數(shù)（即校正系數(shù)）通過(guò)實(shí)驗(yàn)可作出qv與H的校正曲線供使用，同時(shí)可求出校正系數(shù) K。 使用轉(zhuǎn)子流量計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1）流量計(jì)應(yīng)垂直安裝；2）為防止混入

14、機(jī)械雜質(zhì)，在流量計(jì)上游應(yīng)安裝過(guò)濾裝置；3）讀取不同形狀轉(zhuǎn)子的流量計(jì)刻度時(shí)， 均應(yīng)以轉(zhuǎn)子最大截面處作為 度數(shù)基準(zhǔn)。三、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)裝置如圖3- 2所示。用離心泵3將貯水槽1的水直接送到實(shí)驗(yàn)管 路中，經(jīng)渦輪流量計(jì)計(jì)量后分別進(jìn)入到轉(zhuǎn)子流量計(jì)、文丘里流量計(jì)，最后返回 貯水槽1。用文丘里流量計(jì)測(cè)量時(shí)把閥門(mén) 5打開(kāi)，閥門(mén)6關(guān)閉；轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè) 量時(shí)把閥門(mén)6打開(kāi)，閥門(mén)5關(guān)閉。流量由調(diào)節(jié)閥5、6來(lái)調(diào)節(jié)，溫度由銅電阻 溫度計(jì)測(cè)量。測(cè)定時(shí)選定轉(zhuǎn)子的高度，通過(guò)渦輪流量計(jì)或文丘里流量計(jì)計(jì)量水的流量， 可知轉(zhuǎn)子在這一高度上的實(shí)際流量。通過(guò)多次改變轉(zhuǎn)子的高度，測(cè)定相應(yīng)高度 的實(shí)際流量，即可作出轉(zhuǎn)子流量計(jì)的校正曲線，求出校

15、正系數(shù) K。圖3 2流量計(jì)實(shí)驗(yàn)流程示意圖1-水箱；2-放水閥；3-離心泵；4-排水閥；5-文丘里流量計(jì)調(diào)節(jié)閥；6-轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)閥；7-轉(zhuǎn)子流量計(jì)；8-文丘里流量計(jì)；9-平衡閥；10-壓力傳感器；11-渦流流量計(jì)四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 關(guān)閉泵流量調(diào)節(jié)閥5、6,啟動(dòng)離心泵。2測(cè)取轉(zhuǎn)子流量計(jì)的性能，按流量從小到大的順序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 在閥門(mén)5全關(guān) 閉的情況下，用流量調(diào)節(jié)閥6調(diào)節(jié)流量，讀取渦輪頻率數(shù)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)。3用溫度計(jì)讀取溫度數(shù)據(jù)。4實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥5、6,停泵。五、操作時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)1閥門(mén)5、6在離心泵啟動(dòng)前應(yīng)關(guān)閉，避免由于壓力大將轉(zhuǎn)子流量計(jì)的玻璃 管打碎。2. 測(cè)量轉(zhuǎn)子流量計(jì)性能時(shí)，另一

16、支路即文丘里支路調(diào)節(jié)閥5必須關(guān)閉；同 樣測(cè)量文丘里流量計(jì)性能時(shí)，轉(zhuǎn)子流量計(jì)支路調(diào)節(jié)閥 6必須關(guān)閉。3. 水質(zhì)要清潔，以免影響渦輪流量計(jì)的運(yùn)行。五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和校正曲線1實(shí)驗(yàn)記錄工作介質(zhì)流體溫度C實(shí)驗(yàn)記錄表格裝置編號(hào)：1轉(zhuǎn)子流量計(jì)量程：3/h管路直徑：0.026m渦輪流量計(jì)儀表常數(shù)：830.54 （次/s）水溫：渦輪流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)由渦輪流量計(jì)頻率算出的流量(f)(L/h)3(m /h)123456789101112裝置編號(hào)：1轉(zhuǎn)子流量計(jì)量程：3/h管路直徑：0.026m水溫：文丘里流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)由文丘里流量計(jì)算岀的流量(f)(L/h)(L/h)1234567891011122、校

17、正曲線校正曲線以文丘里流量 qv為縱坐標(biāo)，轉(zhuǎn)子流量計(jì)為橫坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作圖 直線的斜率即為校正系數(shù)K。六、思考題1流量計(jì)為什么要標(biāo)定？2、轉(zhuǎn)子流量計(jì)中轉(zhuǎn)子沒(méi)有浮起來(lái)，是否表示沒(méi)有流體通過(guò)?3、若作出的直線不通過(guò)原點(diǎn)，說(shuō)明什么？實(shí)驗(yàn)四管路流體流動(dòng)阻力的測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握流體流動(dòng)阻力的測(cè)定方法2、測(cè)定流體流過(guò)直管時(shí)的摩擦阻力， 并確定摩擦系數(shù)入與雷諾數(shù)Re的關(guān)系3、測(cè)定流體流過(guò)管件的局部阻力，并求出阻力系數(shù)。實(shí)驗(yàn)原理流體在管路中流動(dòng)時(shí)，由于粘性剪應(yīng)力和渦流的存在，不可避免地會(huì)引起壓 力損耗。這種損耗包括流體經(jīng)過(guò)直管的沿程阻力以及因流體流動(dòng)方向改變或因管 子大小形狀改變所引起的局部阻力。1直管阻力

18、損失的測(cè)定不可壓縮流體連續(xù)穩(wěn)定地在直管中流動(dòng)時(shí)， 相距l(xiāng)米的任意兩個(gè)截面1 1和 22間的機(jī)械能恒算可以用下式來(lái)表示：2 2gN勺 gz2 旦業(yè) hf（ 4-1）1 2 2 2 f或者2 2(4 2).旦.比.生.g 2g-g 2g式中：zi，Z2 截面1 1和截面22距基準(zhǔn)面的高度，m p1，p2 流體在截面1 1和截面22處的絕對(duì)壓強(qiáng)，Pa； U1，u2流體在截面1 1和截面22處的流速，ms-1;'流體的密度，kgm-3hf 單位質(zhì)量流體流過(guò)I米距離時(shí)的直管阻力損失，J kg-1H f 單位重量流體流過(guò)I米距離時(shí)的直管阻力損失，m當(dāng)兩個(gè)截面管徑相等，并處于同一水平面時(shí)，則有Z|

19、二 Z2，U| = u2 二 u分別代入式（41）和式（4 2）得:hf(4 3)以及HfPl - P2 L Pg -g(4 4)應(yīng)用上述兩式均可計(jì)算出流體的直管阻力損失，其大小主要體現(xiàn)在所取兩截 面的壓差-P2上。因此，只需測(cè)得所取截面的壓差，便可得到直管阻力損失2、直管摩擦系數(shù)入和雷諾數(shù)Re的測(cè)定當(dāng)流體在圓形直管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，直管的阻力損失可通過(guò)范寧（Fanning）公式進(jìn)行計(jì)算:hf(4 5)d 2g(4 6)式中： 直管的摩擦系數(shù)，無(wú)量綱; l直管的長(zhǎng)度，m； d 直管的內(nèi)徑，m；大量實(shí)驗(yàn)研究表明，摩擦系數(shù)與流體的密度、粘度卩、管徑d、流速u(mài) 和管壁粗糙度e有關(guān)應(yīng)用因次分析的方法，可以得出

20、摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)和管壁相 對(duì)粗糙度e/d存在函數(shù)關(guān)系，即：一 f（Re,f）（4 7）d通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得和Re數(shù)據(jù)，可以在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上標(biāo)繪出實(shí)驗(yàn)曲線。當(dāng) Re v 2000時(shí)，摩擦系數(shù)與管壁粗糙度e無(wú)關(guān)；當(dāng)流體在直管中呈湍流時(shí)，不僅 和Re有關(guān)，而且與管壁相對(duì)粗糙度 e/d有關(guān)。3、局部阻力系數(shù)Z的測(cè)定在化工設(shè)計(jì)和工程計(jì)算中，局部阻力損失的計(jì)算有兩種方法，即當(dāng)量長(zhǎng)度法 和局部阻力系數(shù)法。對(duì)于當(dāng)量長(zhǎng)度法，仍然采用式（4 5）或式（4 6）來(lái)計(jì)算。 不過(guò)此時(shí)要將式中的直管長(zhǎng)度I用當(dāng)量長(zhǎng)度le代替。若采用阻力系數(shù)法，則通常 采用下列公式進(jìn)行計(jì)算hf2g(4 8)(4 9)式中： 一一管件的局部阻力系數(shù)，

21、無(wú)量綱;hf'管件的局部阻力損失，kgHf 管件的局部阻力損失，m。只要測(cè)得了管件的局部阻力損失，即可以通過(guò)上式計(jì)算出管徑的局部阻力系 數(shù)。本實(shí)驗(yàn)中，管件的局部阻力損失h,或H；的測(cè)量系統(tǒng)與直管阻力損失的測(cè)量 類(lèi)似，不同的是在管路系統(tǒng)中接入了需要測(cè)量的管件。通過(guò)U形水柱壓差計(jì)測(cè)出管件兩端的壓差，然后用式（4 3）或（4 4）求出管件的局部阻力損失（此 時(shí)須將式中的hf或Hf分別相應(yīng)地?fù)Q成hf或HJ。將求出的局部阻力損失hf或Hf的值代入式（4 8）或（4 9），就可以求出管件的局部阻力系數(shù) 匚三、實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)流程示意圖見(jiàn)圖1水泵2將儲(chǔ)水槽1中的水抽出，送入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，首先經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)

22、15、16測(cè)量流量，然后送入被測(cè)直管段測(cè)量流體在光滑管或粗糙管的流動(dòng)阻力，或經(jīng)10測(cè)量局部阻力后回到儲(chǔ)水槽，水循環(huán)使用。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22來(lái)測(cè)量型號(hào)LZB 40測(cè)量范圍1001000(L / h)LZB1010100(L / h)有關(guān)設(shè)備數(shù)據(jù):被測(cè)光滑直管段：管徑d 0.008m ; 管長(zhǎng)L 1.698m ;材料一不銹鋼管被測(cè)粗糙直管段：管徑d 0.010m ; 管長(zhǎng)L 1.698m ;材料一不銹鋼管被測(cè)局部阻力直管段:管徑d 0.015m ;管長(zhǎng)L1.2m ;材料一不銹鋼管玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)g22-10)1f11I. J 4 i

23、J 1 n 1 f 豐豈+.'*胃*蠱 I«- nna U1611圖4-1流體流動(dòng)阻力測(cè)定裝置1-水箱；2-離心泵；3、4-放水閥；5、13-緩沖罐；6-局部阻力近端測(cè)壓閥；7、15-局部阻 力遠(yuǎn)端測(cè)壓閥；8、20-粗糙管測(cè)壓回水閥；9、19-光滑管測(cè)壓閥；10-局部阻力管閥；11-U 型管進(jìn)水閥；12-壓力傳感器；14-流量調(diào)節(jié)閥；15、16-水轉(zhuǎn)子流量計(jì)；17-光滑管閥；18- 粗糙管閥；21-倒置U型管放空閥；22-倒置U型管；23-水箱放水閥；24-放水閥；四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 向儲(chǔ)水槽內(nèi)注水，直到水滿為止。2. 大流量狀態(tài)下的壓差測(cè)量系統(tǒng)，應(yīng)先接電預(yù)熱 1015分鐘，調(diào)

24、好數(shù)字 表的零點(diǎn)，然后啟動(dòng)泵進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3. 光滑管阻力測(cè)定： 關(guān)閉粗糙管閥18、粗糙管測(cè)壓進(jìn)水閥20、粗糙管測(cè)壓回水閥8，將光滑管閥17全開(kāi)。 在流量為零條件下，打開(kāi)光滑管測(cè)壓進(jìn)水閥 19和回水閥9,旋開(kāi)倒置U 型管進(jìn)水閥11，檢查導(dǎo)壓管內(nèi)是否有氣泡存在。若倒置 U型管內(nèi)液柱高度差不 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4-2所示。操作方法如下：開(kāi)大流量，使倒置 U型管內(nèi)液體充分流動(dòng)，以趕出管路內(nèi)的氣泡；若認(rèn)為氣泡已趕凈，將流量閥關(guān)閉；慢慢旋開(kāi)倒置U型管上部的放空閥26,打開(kāi)閥19,使液柱降至零點(diǎn)上下時(shí)馬上關(guān)閉，管內(nèi)形成氣-水柱，此時(shí)管內(nèi)液柱高度差應(yīng)為零。然后關(guān)閉放空

25、閥26。圖2 導(dǎo)壓系統(tǒng)示意圖13-粗糙管測(cè)壓進(jìn)水閥；14-直管壓力傳感器；15-粗糙管測(cè)壓回水閥；16-光滑管測(cè)壓回 水閥；17-光滑管測(cè)壓進(jìn)水閥；18-U型管進(jìn)水閥；19-排水閥；20-U型管出水閥；26-U 型管放空閥該裝置兩個(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型管也是并聯(lián)連接，用于測(cè)量直管段的壓差，小流 量時(shí)用倒置U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)，一般測(cè)取 510組數(shù)據(jù)。當(dāng)流量小于300L / h時(shí)，只用 倒置U型管來(lái)測(cè)量壓差。4. 粗糙管阻力測(cè)定：關(guān)閉閥17、光滑管測(cè)壓進(jìn)水閥19、光滑管測(cè)壓回水

26、閥9，全開(kāi)閥18，旋開(kāi)粗糙管測(cè)壓進(jìn)水閥20、粗糙管測(cè)壓回水閥8,逐漸調(diào)大流量調(diào)節(jié)閥，趕出導(dǎo) 壓管內(nèi)氣泡。 從小流量到最大流量，一般測(cè)取 510組數(shù)據(jù) 直管段的壓差用差壓變送器測(cè)量。光滑管和粗糙管直管阻力的測(cè)定使用同一差壓變送器， 當(dāng)測(cè)量光滑管直管阻 力時(shí)，要把通向粗糙管直管阻力的閥門(mén)關(guān)閉； 同樣當(dāng)測(cè)量粗糙管直管阻力時(shí)，要 把通向光滑管直管阻力的閥門(mén)關(guān)閉。5. 局部阻力測(cè)定 關(guān)閉閥門(mén)17和18，全開(kāi)或半開(kāi)閥門(mén)10,改變流量，用差壓變送器測(cè)量遠(yuǎn)點(diǎn)、近點(diǎn)壓差。遠(yuǎn)點(diǎn)、近點(diǎn)壓差的測(cè)量使用同一差壓變送器。 當(dāng)測(cè)量遠(yuǎn)點(diǎn)壓差時(shí)，要把通向 近點(diǎn)壓差的閥門(mén)關(guān)閉；同樣當(dāng)近點(diǎn)壓差時(shí)，要把通向遠(yuǎn)點(diǎn)壓差的閥門(mén)關(guān)閉。6.

27、測(cè)取水箱水溫。7. 待數(shù)據(jù)測(cè)量完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵。五、數(shù)據(jù)記錄表1光滑管數(shù)據(jù)表（第套設(shè)備）裝置編號(hào)：光滑管內(nèi)徑：8mm ；管長(zhǎng)：1.690m ；液體溫度：液體密度：液體粘度：序號(hào)流量（L/h）直管壓差 P P流速u(mài)Re入(kPa)(mmH2O)(Pa)(m/s)123456789表2粗糙管數(shù)據(jù)表（第 套）裝置編號(hào)：粗糙管內(nèi)徑：10mm ;管長(zhǎng)：1.690m;液體溫度：液體密度：液體粘度：序號(hào)流里（L/h）直管壓差 P P流速u(mài)Re入(kPa)(mmH 2O)(Pa)(m/s)12345678910表3 局部阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（第套設(shè)備）序號(hào)流里Q/(L/h)近點(diǎn)壓差兇近/kPa遠(yuǎn)點(diǎn)壓差遠(yuǎn) /

28、kPa局部阻力壓差即局部阻力/Pa流速u(mài) / (m/s )阻力系數(shù)12345678910六、思考題1為什么要排除管路及測(cè)壓導(dǎo)管中的空氣？2、壓差計(jì)使用前后為什么要排除掉支管中的氣體？如支管中有氣泡對(duì)本實(shí) 驗(yàn)有何影響？3、本實(shí)驗(yàn)求得的入一Re曲線，對(duì)其他流體是否適用？為什么？4、測(cè)壓導(dǎo)管的粗細(xì)、長(zhǎng)短對(duì)測(cè)量結(jié)果有無(wú)影響？為什么？實(shí)驗(yàn)五離心泵性能的測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解離心泵的結(jié)構(gòu)與特性2、熟悉離心泵的啟動(dòng)與操作3、掌握離心泵的特性曲線的測(cè)定方法實(shí)驗(yàn)原理離心泵是應(yīng)用最廣的一種液體輸送設(shè)備，它的主要特性參數(shù)包括流量Q、揚(yáng) 程He、功率N和效率n的特性曲線。這些參數(shù)之間存在一定的關(guān)系。在一定轉(zhuǎn) 速下，He、

29、N和n都隨著輸液量Q的變化而變化。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定不同 Q、He、N 和n的值，就可以作出泵在該轉(zhuǎn)速下的特性曲線。1）流量Q的測(cè)定轉(zhuǎn)速一定，用泵出口閥調(diào)節(jié)流量。用秒表計(jì)時(shí)，管路中流過(guò)的液體量通過(guò)量 桶來(lái)測(cè)量或通過(guò)流量計(jì)測(cè)量得到。2）揚(yáng)程He的測(cè)定根據(jù)泵進(jìn)出口管上安裝的真空表和壓力表度數(shù)可計(jì)算出揚(yáng)程：2 2(51)He二H 壓+ H 真+ g U2二比2 g式中：H壓，H真一一壓力表和真空表的讀數(shù)， m液柱ho壓力表和真空表表心的垂直距離，mUi， u2 泵進(jìn)、出口管內(nèi)的流速，m/s。由于本實(shí)驗(yàn)裝置的吸入管與壓出管的管徑相同，兩截面上的平均流速相等，即2 2 U2 U|2g=0,又由于吸入導(dǎo)管與壓出

30、導(dǎo)管上兩測(cè)壓口之間的垂直距離很小，即% =0因此，式(5- 1)可簡(jiǎn)化為:He = H 壓+ H 真(5-2)由此可見(jiàn)，兩個(gè)壓差計(jì)的讀數(shù)直觀地反映了離心泵的揚(yáng)程。我們只要測(cè)定泵的進(jìn)口真空度和出口的表壓，便可求出泵在某一轉(zhuǎn)速下，某一流量時(shí)的揚(yáng)程He。泵的揚(yáng)程He隨流量Q增大而降低。當(dāng)流量Q為零時(shí)，泵的揚(yáng)程He最大， 當(dāng)流量Q最大時(shí)，泵的揚(yáng)程He最小。3) 泵的功率N的測(cè)定離心泵的軸功率可由電動(dòng)機(jī)的輸出功率直接計(jì)算得出N =UI(5- 3)式中：U電動(dòng)機(jī)的輸入電壓，VI電動(dòng)機(jī)的輸入電流，A離心泵的有效功率Ne可由下式計(jì)算得到：Ne=HeQg(5-4)式中：He揚(yáng)程，mQ 流量，m3/s3:流體密度

31、，kg/m4) 泵的效率n的測(cè)定泵的效率n可由下式計(jì)算得到：“ Nee 100%(5- 5)N三、實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)流程示意圖如圖5- 1所示。水泵2將水槽1內(nèi)的水輸送到實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)， 用流量調(diào)節(jié)閥9調(diào)節(jié)流量，流體經(jīng)渦輪流量計(jì) 6計(jì)量后，流回儲(chǔ)水槽。設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)如下：(1) 真空表測(cè)壓位置管內(nèi)徑d1=0.025m壓強(qiáng)表測(cè)壓位置管內(nèi)徑d2=0.025m(3) 真空表與壓強(qiáng)表測(cè)壓口之間的垂直距離 h0=0.18m(4) 實(shí)驗(yàn)管路d=0.040m(5) 電機(jī)效率為60%圖5- 1離心泵性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖1-水箱2-離心泵3-真空表4-回水閥5-壓力表6-渦輪流量計(jì)7-溫度計(jì)8-排水閥計(jì)9-流量調(diào)節(jié)

32、閥渦輪流量計(jì)顯示讀數(shù)為頻率，單位為赫茲。通過(guò)以下公式轉(zhuǎn)換為m3/h(讀數(shù) /77.901)X 3600- 1000四、實(shí)驗(yàn)步驟離心泵主要特性測(cè)定步驟1、在某一恒定轉(zhuǎn)速下，在泵出口閥全關(guān)至全開(kāi)的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)不同的開(kāi)度， 測(cè)取若干組流量及與其對(duì)應(yīng)的進(jìn)口真空度、出口表壓、泵工作電流、電壓 等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。2、將出口閥關(guān)閉，切斷電源停泵，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。五、數(shù)據(jù)記錄表5 1離心泵性能測(cè)定數(shù)據(jù)記錄表項(xiàng)目 序號(hào)、渦輪流量計(jì)(Hz)泵進(jìn)口真空度(MPa)泵出口表壓(MPa)電機(jī)功率(KW)12345678910表5-2離心泵性能測(cè)定數(shù)據(jù)整理表項(xiàng)目 序號(hào)7、流量Q（m3/h）揚(yáng)程He（mH20）軸功率N（W）泵的效率n

33、%12345678910六、思考題1為什么離心泵啟動(dòng)前要先灌水排氣？2、為什么離心泵啟動(dòng)前要先關(guān)閉出口閥？而停泵時(shí)也要關(guān)閉出口閥？3、隨著流量變化，泵的出口壓力表及入口真空表讀數(shù)按什么規(guī)律變化?4、什么情況下出現(xiàn)“汽蝕”現(xiàn)象？實(shí)驗(yàn)七套管熱交換器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定流體在水平圓管作強(qiáng)制湍流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù) a2根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估算對(duì)流傳熱系數(shù) a關(guān)聯(lián)式中的參數(shù)，加深對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式的 理解3、加深對(duì)傳熱過(guò)程基本原理的理解，并對(duì)傳熱過(guò)程的研究方法有所了解實(shí)驗(yàn)原理冷熱流體通過(guò)固體壁所進(jìn)行的熱交換過(guò)程，是先由熱流體把熱量傳遞給固體 壁面，然后由固體壁面的一側(cè)傳向另一側(cè)， 最后再由壁面把熱量傳給冷流體。 即 熱交換

34、過(guò)程是由對(duì)流-導(dǎo)熱-對(duì)流等三個(gè)過(guò)程串聯(lián)組成的。1對(duì)流傳熱系數(shù)a的測(cè)定根據(jù)牛頓冷卻定律，可得熱流體和冷流體通過(guò)間壁的熱流量 為：:= - iAiLTm 2A2_Tm( 7 1 )式中：-i > 2熱流體和冷流體對(duì)間壁的傳熱系數(shù)，W m-2 K-1A、A 套管換熱器那關(guān)的內(nèi)、外表面積， m2l_Tm、LTm"熱流體和冷流體對(duì)間壁的對(duì)數(shù)平均溫度差，KLTm'二(T1 _TW1 ) " (T2 _TW2 )(Tw - Ti ) - (Tw2 - T2 )(7 2)式中：Ti、T2 熱流體的進(jìn)、出口溫度，KTw、Tw2熱流體進(jìn)口端和出口端處間壁的溫度，KT；、T2

35、9;冷流體的進(jìn)、出口溫度，K。換熱器的熱流量 可通過(guò)熱流體的熱量恒算得到，即：二 Cp,h qm (T1 -丁2)( 7 3)1 1式中：Cp,h熱流體的平均比熱容，J- Kg Kqm熱流體的質(zhì)量流量，Kg- s-1T1、T2 熱流體的進(jìn)、出口溫度，K從以上分析可知，再實(shí)驗(yàn)中測(cè)得了熱流體的流量，冷流體的進(jìn)、出口溫度， 熱流體的進(jìn)、出口溫度，熱流體進(jìn)、出口的壁溫，套管換熱器內(nèi)管的內(nèi)、外徑和壁厚，測(cè)溫點(diǎn)之間的距離，查得了間壁的導(dǎo)熱系數(shù)和熱流體的物性參數(shù)后，就可以求出熱流體和冷流體對(duì)間壁的傳熱系數(shù) 宀、：.2 o2、總傳熱系數(shù)K的測(cè)定對(duì)于液一液熱交換，K與宀、2由如下關(guān)系：26(7 4). . -2

36、 -1式中：1 熱流體再圓形內(nèi)管中強(qiáng)制對(duì)流時(shí)的傳熱系數(shù)，W m K2 冷流體再環(huán)形套管中強(qiáng)制對(duì)流時(shí)的傳熱系數(shù)，W m-2 K-1套管換熱器內(nèi)管壁厚，m壁 套管換熱器內(nèi)管的導(dǎo)熱系數(shù)， W m-1 K-1由1測(cè)得：1、：.2，即可由式（7 4）計(jì)算出換熱器的總傳熱系數(shù) K(7 5)另外，K值也可以進(jìn)行直接測(cè)定。 根據(jù)熱交換器的傳熱速率方程，可得:ALTm式中：叮換熱器的熱流量，W，可由式（7 3）計(jì)算得到；An 換熱器內(nèi)管管壁的平均傳熱面積，m2，可由下式計(jì)算得到：Am=（A| “）2（ 7 6）|_Tm 換熱器的對(duì)數(shù)平均溫度差，K o打=(T1-T1)-e-T2)<:T?(7 7)式中：T

37、1、T2 熱流體的進(jìn)、出口溫度，KT,'、T2 冷流體的進(jìn)、出口溫度，K3、對(duì)流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式在熱交換器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要知道熱交換體系的總傳熱系數(shù) Ko但K與流 體的性質(zhì)及流體流動(dòng)狀況間的關(guān)系很難進(jìn)行實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)， 而對(duì)流傳熱系數(shù)a卻與流 體的性質(zhì)及流體流動(dòng)狀況存在著一定的關(guān)系。因此，工程上常通過(guò)實(shí)驗(yàn)將流體的性質(zhì)及流體流動(dòng)狀況與對(duì)流傳熱系數(shù) a進(jìn)行關(guān)聯(lián)，得到一系列相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。當(dāng)需要設(shè)計(jì)一個(gè)熱交換器時(shí)，設(shè)計(jì)者可根據(jù)熱交換體系的實(shí)際情況，選擇合適的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，計(jì)算出傳熱系數(shù)，并用式(7-4)來(lái)確定熱交換器的總傳熱系 數(shù)。對(duì)于液-液熱交換，通常狀況下流體都為強(qiáng)制對(duì)流，自然對(duì)流的影響可以忽 略。根據(jù)量綱分析法，可得液體對(duì)間壁的對(duì)流傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：Nu = a|_Rem_Prn( 7 8)d式中：N