化工原理流體綜合實驗報告

1、流體綜合實驗實驗目的1）能進行光滑管、粗糙管、閘閥局部阻力測定實驗，測出湍流區(qū)阻力系數(shù)與雷諾數(shù)關系曲線圖； 2）能進行離心泵特性曲線測定實驗，測出揚程與流量、功率與流量以及離心泵效率與流量的關系曲線圖；3）學習工業(yè)上流量、功率、轉速、壓力和溫度等參數(shù)的測量方法，使學生了解渦輪流量計、電動調節(jié)閥以及相關儀表的原理和操作； 離心泵特性測定實驗 一、 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速下泵的揚程H、軸功率N及效率與泵的流量Q之間的關系曲線，它是流體在泵內流動規(guī)律的宏觀表現(xiàn)形式。由于泵內部流動情況復雜，不能用理論方法推導出泵的特性關系曲線，只能依靠實驗測定

2、。1揚程H的測定與計算取離心泵進口真空表和出口壓力表處為1、2兩截面，列機械能衡算方程： （11） 由于兩截面間的管子較短，通?？珊雎宰枇梖h，速度平方差也很小，故也可忽略，則有 （12） 式中： H=Z2-Z1，表示泵出口和進口間的位差，m； 流體密度，kg/m3 ； g重力加速度 m/s2； p1、p2分別為泵進、出口的真空度和表壓，Pa； H1、H2分別為泵進、出口的真空度和表壓對應的壓頭，m； u1、u2分別為泵進、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，就可計算出泵的揚程。2軸功率N的

3、測量與計算 N=N電k （W） （13） 其中，N電為電功率表顯示值，k代表電機傳動效率，可取k=0.953效率的計算 泵的效率是泵的有效功率Ne與軸功率N的比值。有效功率Ne是單位時間內流體經(jīng)過泵時所獲得的實際功率，軸功率N是單位時間內泵軸從電機得到的功，兩者差異反映了水力損失、容積損失和機械損失的大小。 泵的有效功率Ne可用下式計算： Ne=HQg （14） 故泵效率為 （15） 四、實驗步驟及注意事項（一）實驗步驟： 實驗準備： （1）實驗用水準備：清洗水箱，并加裝實驗用水。 （2）離心泵排氣：通過灌泵漏斗給離心泵灌水，排出泵內氣體。 2、開始實驗： （1）儀表自檢情況，打開泵進口閥，關

4、閉泵出口閥，試開離心泵，檢查電機運轉時聲音是否正常，離心泵運轉的方向是否正確。 （2）開啟離心泵，當泵的轉速達到額定轉速后，打開出口閥。 （3）實驗時，通過組態(tài)軟件或儀表逐漸改變出口流量調節(jié)閥的開度，使泵出口流量從1000L/h逐漸增大到4000L/h，每次增加500L/h。在每一個流量下，待系統(tǒng)穩(wěn)定流動5分鐘后，讀取相應數(shù)據(jù)。離心泵特性實驗主要需獲取的實驗數(shù)據(jù)為：流量Q、泵進口壓力p1、泵出 口壓力p2、電機功率N電、泵轉速n，及流體溫度t和兩測壓點間高度差H0（H00.1m）。（4）實驗結束，先關閉出口流量調節(jié)閥，再停泵。然后記錄下離心泵的型號，額定流量、額定轉速、揚程和功率等。 （二）注

5、意事項： （1）一般每次實驗前，均需對泵進行灌泵操作，以防止離心泵氣縛。同時注意定期對泵進行保養(yǎng)，防止葉輪被固體顆粒損壞。 （2）泵運轉過程中，勿觸碰泵主軸部分，因其高速轉動，可能會纏繞并傷害身體接觸部位。 （3）不要在出口閥關閉狀態(tài)下長時間使泵運轉，一般不超過三分鐘，否則泵中液體循環(huán)溫度升高，易生氣泡，使泵抽空。五、數(shù)據(jù)處理（1）記錄實驗原始數(shù)據(jù)如下表1： 泵進出口測壓點高度差H0=0.1m 表1實驗次數(shù)流量Qm3/h泵進口壓力p1/kPa泵出口壓力p2/kPa電機功率N電 /kW泵轉速nr/m11-4.5219.10.439190021.5-4.6215.50.462192032-4.92

6、11.50.490192042.5-5.1207.10.520188053-5.1201.00.549190063.5-5.5194.50.572188074-6.4185.80.592188084.5-7.0177.00.618186095-7.7165.40.6401860（2）根據(jù)原理部分的公式，按比例定律校合轉速后，計算各流量下的泵揚程、軸功率和效率，如表2：表2實驗次數(shù)流量Qm3/h揚程Hm軸功率NkW泵效率%1122.890.41714.9621.522.540.43920.993222.160.46625.9442.521.730.49429.975321.110.52233.0

7、963.520.490.54335.967419.690.56238.1784.518.860.58739.389517.750.60839.77(3) 一定轉速下的HQ、NQ、Q曲線圖1 HQ曲線 圖2 NQ曲線 7圖3Q曲線六、分析討論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，本實驗在保持轉速恒定（約為1900 r/m），測得離心泵工作的相關性能參數(shù)，并通過計算獲得HQ、NQ、Q曲線3條曲線。由圖1可以看出，隨著流量增大，揚程變??；由圖2可知道，隨著流量增大，軸功率也升高；由圖3可知，開始泵的效率隨流量的增大而顯著增大，后來增大速度變緩，在Q=5 m3/h附近達到某一最大值后有下降

8、的趨勢，但不明顯，原因可能是數(shù)據(jù)不足，無法完全顯示出全部曲線。綜合考慮，該離心泵在Q=45之間工作效率較高，也最經(jīng)濟。流體流動阻力測定實驗一、實驗目的1掌握測定流體流經(jīng)直管、管件和閥門時阻力損失的一般實驗方法。 2測定直管摩擦系數(shù)與雷諾準數(shù)Re的關系，驗證在一般湍流區(qū)內與Re的關系曲線。 3測定流體流經(jīng)管件、閥門時的局部阻力系數(shù)。 4學會倒U形壓差計和渦輪流量計的使用方法。 5識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，由于粘性剪應力和渦流應力的存在，要損失一定的機械能。流體流經(jīng)直管時所造成機械能損失稱為直管阻力損失

9、。流體通過管件、閥門時因流體運動方向和速度大小改變所引起的機械能損失稱為局部阻力損失。 1直管阻力摩擦系數(shù)的測定 流體在水平等徑直管中穩(wěn)定流動時，阻力損失為： （1） 即， （2） 式中： 直管阻力摩擦系數(shù)，無因次； d 直管內徑，m； Pf流體流經(jīng)l米直管的壓力降，Pa； hf單位質量流體流經(jīng)l米直管的機械能損失，J/kg； 流體密度，kg/m3； l直管長度，m； u 流體在管內流動的平均流速，m/s。 滯流(層流)時， =64Re （3） （4） 式中：Re 雷諾準數(shù)，無因次； 流體粘度，kg/(ms)。 湍流時是雷諾準數(shù)Re和相對粗糙度（/d）的函數(shù)，須由實驗確定。 由式（2）可知，欲

10、測定，需確定l、d，測定pf、u、等參數(shù)。 l、d為裝置參數(shù)（裝置參數(shù)表格中給出）， 、通過測定流體溫度，再查有關手冊而得，u通過測定流體流量，再由管徑計算得到。 例如本裝置采用渦輪流量計測流量V（m3/h）。 (5)2局部阻力系數(shù)的測定 局部阻力損失通常有兩種表示方法，即當量長度法和阻力系數(shù)法。 (1) 當量長度法 流體流過某管件或閥門時造成的機械能損失看作與某一長度為的同直徑的管道所產生的機械能損失相當，此折合的管道長度稱為當量長度，用符號表示。這樣，就可以用直管阻力的公式來計算局部阻力損失，而且在管路計算時可將管路中的直管長度與管件、閥門的當量長度合并在一起計算，則流體在管路中流動時的總

11、機械能損失hf為： (6)(2) 阻力系數(shù)法 流體通過某一管件或閥門時的機械能損失表示為流體在小管徑內流動時平均動能的某一倍數(shù)，局部阻力的這種計算方法，稱為阻力系數(shù)法。即： 式中：局部阻力系數(shù)，無因次； pf局部阻力壓強降，Pa；（本裝置中，所測得的壓降應扣除兩測壓口間直管段的壓降，直管段的壓降由直管阻力實驗結果求取。） 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。 本實驗采用阻力系數(shù)法表示管件或閥門的局部阻力損失。 三、實驗裝置與流程1. 實驗裝置 實驗裝置如圖1所示：圖1 實驗裝置流程示意圖1離心泵；2進口壓力變送器；3鉑熱電阻（測量水

12、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（離心泵實驗中充當離心泵管路）；9局部阻力管；10管路選擇球閥；11渦輪流量計；12局部阻力管上的閘閥；13電動調節(jié)閥；14差壓變送器；15水箱 2. 實驗流程 實驗對象部分是由貯水箱，離心泵，不同管徑、材質的水管，各種閥門、管件，渦輪流量計和倒U型壓差計等所組成的。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)。測定局部阻力部分使用不銹鋼管，其上裝有待測管件(閘閥)；光滑管直管阻力的測定同樣使用內壁光滑的不銹鋼管，而粗糙管直管阻力的測定對象為管道內壁較粗糙的鍍鋅管。 水的流量

13、使用渦輪流量計測量，管路和管件的阻力采用差壓變送器將差壓信號傳遞給無紙記錄儀。3裝置參數(shù) 裝置參數(shù)如表1所示。由于管子的材質存在批次的差異，所以可能會產生管徑的不同，所以表1中的管內徑只能做為參考。四、實驗步驟1泵啟動：首先對水箱進行灌水，然后關閉出口閥，打開總電源和儀表開關，啟動水泵，待電機轉動平穩(wěn)后，把出口閥緩緩開到最大。 2. 實驗管路選擇：選擇實驗管路，把對應的進口閥打開，并在出口閥最大開度下，保持全流量流動510min。 3流量調節(jié)：通過離心泵變頻器調節(jié)管路流量，讓流量從1到4m3/h范圍內變化，建議每次實驗變化0.5m3/h左右。每次改變流量，待流動達到穩(wěn)定后，記下對應的壓差值；自

14、控狀態(tài)，流量控制界面設定流量值或設定電動調節(jié)閥開度，待流量穩(wěn)定記錄相關數(shù)據(jù)即可。 4計算：裝置確定時，根據(jù)P和u的實驗測定值，可計算和，在等溫條件下，雷諾數(shù)Re=du/=Au，其中A為常數(shù)，因此只要調節(jié)管路流量，即可得到一系列Re的實驗點，從而繪出Re曲線。 5實驗結束：關閉出口閥，關閉水泵和儀表電源，清理裝置。 五、實驗數(shù)據(jù)處理根據(jù)上述實驗測得的數(shù)據(jù)填寫到下表： 表2管路類型試驗次數(shù)流量m/h流速m/s壓降KPa雷諾數(shù)Re溫度摩擦系數(shù)光滑管110.884640.1523518.34732.70.0076721.51.326960.3935277.5232.60.00886321.769290

15、.7147036.69332.50.0090742.52.211611.0758795.86632.50.00875532.653931.4970555.0432.40.0084663.53.09625282314.21332.40.0083473.73.273182.2187017.88232.40.00825843.538572.5894073.38632.50.00824粗糙管110.884640.9623518.34733.10.0490721.51.326961.9835277.5232.90.04498321.769293.3347036.69332.90.0425542.52.2

16、11614.9958795.86632.80.04081532.653937.270555.0432.70.0408963.53.096259.882314.21332.70.0408973.73.2731810.8887017.88232.80.04062843.5385712.5994073.38632.80.04022管路類型試驗次數(shù)流量m/h流速m/s壓降KPa雷諾數(shù)Re溫度局部阻力系數(shù)局部阻力管110.884640.2523518.34734.10.255621.51.326960.5935277.5233.90.2272321.769291.0247036.69333.70.193142.52.211611.6158795.86633.50.2238532.653932.2870555.0433.40.224363.53.09625382314.21333.40.203673.73.273183.2587017.88233.30.1941843.538573.7694073.38633.40.1835圖2 粗糙管Re曲線六、分析討論1.完全湍流時，由實驗測得粗糙管摩擦系數(shù)約為0.4，查莫狄摩擦系數(shù)圖可知，相對粗糙度約為0.0125，故絕對粗糙度為0.25mm2.下表是根據(jù)光滑管實驗結果，對照柏拉修斯方程計算出的理論值流量11.522.533.53.74平均值