流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書修改后

1、離心泵特性測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解離心泵結(jié)構(gòu)與特性，學(xué)會(huì)離心泵的操作；2. 掌握離心泵特性曲線測(cè)定方法。3學(xué)習(xí)工業(yè)上流量、功率、轉(zhuǎn)速、壓力和溫度等參數(shù)的測(cè)量方法，使學(xué)生了解渦輪流量計(jì)、C1000、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥以及相關(guān)儀表的原理和操作；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)速下泵的揚(yáng)程H、軸功率N及效率與泵的流量Q之間的關(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)部流動(dòng)情況復(fù)雜，不能用理論方法推導(dǎo)出泵的特性關(guān)系曲線，只能依靠實(shí)驗(yàn)測(cè)定。1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： （11）由于兩截

2、面間的管長較短，通?？珊雎宰枇?xiàng)，速度平方差也很小故可忽略，則有 （12）式中： ，表示泵出口和進(jìn)口間的位差，m；和 流體密度，kg/m3 ；g重力加速度 m/s2；p1、p2分別為泵進(jìn)、出口的真空度和表壓，Pa；H1、H2分別為泵進(jìn)、出口的真空度和表壓對(duì)應(yīng)的壓頭，m； u1、u2分別為泵進(jìn)、出口的流速，m/s； z1、z2分別為真空表、壓力表的安裝高度，m。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。2軸功率N的測(cè)量與計(jì)算 （W） （13）其中，N電為電功率表顯示值，k代表電機(jī)傳動(dòng)效率，可取。3效率的計(jì)算泵的效率是泵的有效功率Ne與軸功率N的比值。

3、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)際功率，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： （14） 故泵效率為 （15）4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，這樣隨著流量Q的變化，多個(gè)實(shí)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2900rpm）的數(shù)據(jù)。換算關(guān)系如下：流量 （16）揚(yáng)程 （17）軸功率 （18）效率 （19）三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程離心泵特性曲線測(cè)定裝置流程圖

4、如下：1水箱；2離心泵；3鉑熱電阻（測(cè)量水溫）；4泵進(jìn)口壓力傳感器；5泵出口壓力傳感器；6灌泵口；7電器控制柜；8離心泵實(shí)驗(yàn)管路(光滑管)；9離心泵的管路閥；10渦輪流量計(jì)；11電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；12旁路閘閥；13離心泵實(shí)驗(yàn)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥管路球閥；圖2-2 實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖 四、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)1實(shí)驗(yàn)步驟： （1）清理水箱中的雜質(zhì)，然后加裝實(shí)驗(yàn)用水。給離心泵灌水，直到排出泵內(nèi)氣體。 （2）檢查各閥門開度和儀表自檢情況，試開狀態(tài)下檢查電機(jī)和離心泵是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。開啟離心泵之前先將出口閥關(guān)閉，當(dāng)泵達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后方可逐步打開出口閥。 （3）實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過組態(tài)軟件或者儀表逐漸增加電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度以增大流量，待各

5、儀表讀數(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)主要獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：流量Q、泵進(jìn)口壓力p1、泵出口壓力p2、電機(jī)功率N電、泵轉(zhuǎn)速n，及流體溫度t和兩測(cè)壓點(diǎn)間高度差H0（H00.1m）。 （4）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、額定轉(zhuǎn)速、揚(yáng)程和功率等），停泵前先將出口閥關(guān)閉。2注意事項(xiàng)： （1）一般每次實(shí)驗(yàn)前，均需對(duì)泵進(jìn)行灌泵操作，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。 （2）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。（3）不要在出口閥關(guān)閉狀態(tài)下長時(shí)間使泵運(yùn)轉(zhuǎn)，一般不超過三分鐘，否則泵

6、中液體循環(huán)溫度升高，易生氣泡，使泵抽空。五、數(shù)據(jù)處理（1）記錄實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)如下表1：實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn)人員： 學(xué)號(hào)： 裝置號(hào)： 離心泵型號(hào) ，額定流量 ，額定揚(yáng)程 ，額定功率泵進(jìn)出口測(cè)壓點(diǎn)高度差H0= ，流體溫度t 實(shí)驗(yàn)次數(shù)流量Q m3/h泵進(jìn)口壓力p1 kPa泵出口壓力p2 kPa電機(jī)功率N電 kW泵轉(zhuǎn)速n r/m （2）根據(jù)原理部分的公式，按比例定律校合轉(zhuǎn)速后，計(jì)算各流量下的泵揚(yáng)程、軸功率和效率，如表2：實(shí)驗(yàn)次數(shù)流量Q m3/h揚(yáng)程H m軸功率N kW泵效率 %六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1分別繪制一定轉(zhuǎn)速下的HQ、NQ、Q曲線2分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，判斷泵最為適宜的工作范圍。七、思考題1. 試從所測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，

7、離心泵在啟動(dòng)時(shí)為什么要關(guān)閉出口閥門？2. 啟動(dòng)離心泵之前為什么要引水灌泵？如果灌泵后依然啟動(dòng)不起來，你認(rèn)為可能的原因是什么？3. 為什么用泵的出口閥門調(diào)節(jié)流量？這種方法有什么優(yōu)缺點(diǎn)？是否還有其他方法調(diào)節(jié)流量？4. 泵啟動(dòng)后，出口閥如果不開，壓力表讀數(shù)是否會(huì)逐漸上升？為什么？5. 正常工作的離心泵，在其進(jìn)口管路上安裝閥門是否合理？為什么？6. 試分析，用清水泵輸送密度為1200Kg/的鹽水，在相同流量下你認(rèn)為泵的壓力是否變化？軸功率是否變化？流體流動(dòng)阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握測(cè)定流體流經(jīng)直管、管件和閥門時(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)與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的關(guān)系，驗(yàn)證在一般湍流區(qū)內(nèi)與R

8、e的關(guān)系曲線。 3測(cè)定流體流經(jīng)管件、閥門時(shí)的局部阻力系數(shù)x。 4繼續(xù)學(xué)習(xí)渦輪流量計(jì)的使用方法，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 流體通過由直管、管件（如三通和彎頭等）和閥門等組成的管路系統(tǒng)時(shí)，由于粘性剪應(yīng)力和渦流應(yīng)力的存在，要損失一定的機(jī)械能。流體流經(jīng)直管時(shí)所造成機(jī)械能損失稱為直管阻力損失。流體通過管件、閥門時(shí)因流體運(yùn)動(dòng)方向和速度大小改變所引起的機(jī)械能損失稱為局部阻力損失。 1直管阻力摩擦系數(shù)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： （1）即， （2）式中： 直管阻力摩擦系數(shù)，無因次； d 直管內(nèi)徑，m；流體流經(jīng)l米直管的壓力降，Pa；單位質(zhì)量流體流經(jīng)l米直

9、管的機(jī)械能損失，J/kg； 流體密度，kg/m3；l 直管長度，m；u 流體在管內(nèi)流動(dòng)的平均流速，m/s。滯流(層流)時(shí)， （3） （4）式中：Re 雷諾準(zhǔn)數(shù)，無因次； 流體粘度，kg/(m·s)。湍流時(shí)是雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和相對(duì)粗糙度（/d）的函數(shù)，須由實(shí)驗(yàn)確定。由式（2）可知，欲測(cè)定，需確定l、d，測(cè)定、u、等參數(shù)。 l、d為裝置參數(shù)（裝置參數(shù)表格中給出）， 、通過測(cè)定流體溫度，再查有關(guān)手冊(cè)而得， u通過測(cè)定流體流量，再由管徑計(jì)算得到。例如本裝置采用渦輪流量計(jì)測(cè)流量，V，m3/h。 (5)可用U型管、倒置U型管、測(cè)壓直管等液柱壓差計(jì)測(cè)定，或采用差壓變送器和二次儀表顯示。（1）當(dāng)采用倒置

10、U型管液柱壓差計(jì)時(shí) (6)式中：R水柱高度，m。 （2）當(dāng)采用U型管液柱壓差計(jì)時(shí) (7)式中：R液柱高度，m；指示液密度，kg/m3。根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)l、d，指示液密度，流體溫度t0(查流體物性、)，及實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)定的流量V、液柱壓差計(jì)的讀數(shù)R，通過式(5)、(6)或(7)、(4)和式(2)求取Re和，再將Re和標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上。2局部阻力系數(shù)x 的測(cè)定 局部阻力損失通常有兩種表示方法，即當(dāng)量長度法和阻力系數(shù)法。 (1) 當(dāng)量長度法 流體流過某管件或閥門時(shí)造成的機(jī)械能損失看作與某一長度為的同直徑的管道所產(chǎn)生的機(jī)械能損失相當(dāng)，此折合的管道長度稱為當(dāng)量長度，用符號(hào)表示。這樣，就可以用直管阻力的

11、公式來計(jì)算局部阻力損失，而且在管路計(jì)算時(shí)可將管路中的直管長度與管件、閥門的當(dāng)量長度合并在一起計(jì)算，則流體在管路中流動(dòng)時(shí)的總機(jī)械能損失 為： (8) (2) 阻力系數(shù)法 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)，局部阻力的這種計(jì)算方法，稱為阻力系數(shù)法。即： (9)故 (10) 式中：x 局部阻力系數(shù)，無因次； 局部阻力壓強(qiáng)降，Pa；（本裝置中，所測(cè)得的壓降應(yīng)扣除兩測(cè)壓口間直管段的壓降，直管段的壓降由直管阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果求取。） 流體密度，kg/m3； g 重力加速度，9.81m/s2；u 流體在小截面管中的平均流速，ms。 待測(cè)的管件和閥門由現(xiàn)場(chǎng)指定。本實(shí)驗(yàn)采

12、用阻力系數(shù)法表示管件或閥門的局部阻力損失。根據(jù)連接管件或閥門兩端管徑中小管的直徑d，指示液密度，流體溫度t0(查流體物性、)，及實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)定的流量V、液柱壓差計(jì)的讀數(shù)R，通過式(5)、(6)或(7)、(10)求取管件或閥門的局部阻力系數(shù)x。三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程 1 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示： 1離心泵；2進(jìn)口壓力變送器；3鉑熱電阻（測(cè)量水溫）；4出口壓力變送器；5電氣儀表控制箱；6均壓環(huán)；7粗糙管；8光滑管（離心泵實(shí)驗(yàn)中充當(dāng)離心泵管路）；9局部阻力管；10管路選擇球閥；11渦輪流量計(jì)；12局部阻力管上的閘閥；13電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；14差壓變送器；15水箱圖1 實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖2.實(shí)驗(yàn)流程實(shí)驗(yàn)對(duì)象部分

13、是由貯水箱，離心泵，不同管徑、材質(zhì)的水管，各種閥門、管件，渦輪流量計(jì)和倒U型壓差計(jì)等所組成的。管路部分有三段并聯(lián)的長直管，分別為用于測(cè)定局部阻力系數(shù)，光滑管直管阻力系數(shù)和粗糙管直管阻力系數(shù)。測(cè)定局部阻力部分使用不銹鋼管，其上裝有待測(cè)管件(閘閥)；光滑管直管阻力的測(cè)定同樣使用內(nèi)壁光滑的不銹鋼管，而粗糙管直管阻力的測(cè)定對(duì)象為管道內(nèi)壁較粗糙的鍍鋅管。水的流量使用渦輪流量計(jì)測(cè)量，管路和管件的阻力采用差壓變送器將差壓信號(hào)傳遞給無紙記錄儀。3裝置參數(shù)裝置參數(shù)如表1所示。由于管子的材質(zhì)存在批次的差異，所以可能會(huì)產(chǎn)生管徑的不同，所以表1中的管內(nèi)徑只能做為參考。表1裝置1名稱材質(zhì)管內(nèi)徑（mm）測(cè)量段長度（cm）

14、管路號(hào)管內(nèi)徑局部阻力閘閥1A20.095光滑管不銹鋼管1B20.0100粗糙管鍍鋅鐵管1C21.0100四、實(shí)驗(yàn)步驟1泵啟動(dòng)：首先對(duì)水箱進(jìn)行灌水，然后關(guān)閉出口閥，打開總電源和儀表開關(guān)，啟動(dòng)水泵，待電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后，把出口閥緩緩開到最大。2. 實(shí)驗(yàn)管路選擇：選擇實(shí)驗(yàn)管路，把對(duì)應(yīng)的進(jìn)口閥打開，并在出口閥最大開度下，保持全流量流動(dòng)510min。3流量調(diào)節(jié)：手控狀態(tài),電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度選擇100,然后開啟管路出口閥，調(diào)節(jié)流量，讓流量從1到4m3/h范圍內(nèi)變化，建議每次實(shí)驗(yàn)變化0.5m3/h左右。每次改變流量，待流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，記下對(duì)應(yīng)的壓差值；自控狀態(tài)，流量控制界面設(shè)定流量值或設(shè)定電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度，待流量穩(wěn)

15、定記錄相關(guān)數(shù)據(jù)即可。4計(jì)算：裝置確定時(shí)，根據(jù)和u的實(shí)驗(yàn)測(cè)定值，可計(jì)算和，在等溫條件下，雷諾數(shù)Re=du/=Au，其中A為常數(shù)，因此只要調(diào)節(jié)管路流量，即可得到一系列Re的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，從而繪出Re曲線。5實(shí)驗(yàn)結(jié)束：關(guān)閉出口閥，關(guān)閉水泵和儀表電源，清理裝置。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)填寫到下表：實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn)人員： 學(xué)號(hào)： 溫度： 裝置號(hào)： 直管基本參數(shù)： 光滑管徑 粗糙管徑 局部阻力管徑 序號(hào)流量（m3/h）光滑管壓差（KPa）粗糙管壓差（KPa）局部阻力壓差（KPa）六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1根據(jù)粗糙管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出Re曲線，對(duì)照化工原理教材上有關(guān)曲線圖，即可估算出該管的相對(duì)粗糙