1、1实验 1 流动过程综合实验实验 1-1 流体阻力测定实验一、实验目的学习直管摩擦阻力 Pf、直管摩擦系数 的测定方法。掌握直管摩擦系数 与雷诺数 Re 和相对粗糙度之间的关系及其变化规律。掌握局部阻力的测量方法。学习压强差的几种测量方法和技巧。掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。二、实验内容测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数 。测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数 与雷诺数 Re 和相对粗糙度之间的关系曲线。在本实验压差测量范围内，测量阀门的局部阻力系数。三、实验原理直管摩擦系数 与雷诺数 Re 的测定流体在管道内流动时，由于流体的粘性作用和涡流的影响会产生阻力。流体在直管内
2、流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和管道摩擦系数有关，它们之间存在如下关系：hf = = （1-1）fP2udl= （1-2）lfRe = （1-3）ud式中： 管径，m ；d直管阻力引起的压强降，Pa；fP管长，m；l流速，m / s；u流体的密度，kg / m 3；流体的粘度，N s / m2。 直管摩擦系数 与雷诺数 Re 之间有一定的关系，这个关系一般用曲线来表示。在实验装置中，直管段管长 l 和管径 d 都已固定。若水温一定，则水的密度 和粘度 也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降P f 与流速 u（流量 V）之间的关系。根据实验数据和式（1-2）可计算出不同
3、流速下的直管摩擦系数 ，用式（1-3 ）计算对应的 Re，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出 与 Re 的关系曲线。2局部阻力系数 的测定（1-4）2uPhff（1-5）f式中： 局部阻力系数，无因次；局部阻力引起的压强降，Pa；fP局部阻力引起的能量损失，Jkg。fh图 1-1 局部阻力测量取压口布置图局部阻力引起的压强降 可用下面的方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装fP待测局部阻力的阀门，在其上、下游开两对测压口 a-a和 b-b，见图 1-1，使abbc ； ab bc则 P f，a b P f，bc ； P f，a b = P f，bc在 aa之间列柏努利方程式： P
4、aP a =2P f，a b +2P f，a b +P f （1-6）在 bb之间列柏努利方程式： PbP b = P f，bc +P f，bc +P f= P f，a b +P f，ab +P f （1-7 ）联立式(1-6)和(1-7) ，则：2(P bP b )(P aP a )f为了实验方便，称(P bP b )为近点压差，称(P aP a )为远点压差。用差压传感器来测量。四、实验装置本实验共有八套装置，第 16 套实验装置用图 1-2 所示的实验装置流程图，第 78 套实验装置用图 1-3 所示的实验装置流程图。在图 1-2 中， 光滑管阻力系数流程： AB （CD）EFGH JM
5、NP； 粗糙管阻力系数流程：AB（CD）EFGH KLOP；（C D ）为流量小于 2 m3/h 时的流程。 流量测量：在图 1-2 中由转子流量计和涡轮流量计测量，在图 1-3 中由转子流量计测量。3 直管段压强降的测量：差压变送器或倒置 U 形管直接测取压差值。图 1-2 第 16 套流动过程综合实验装置流程图离心泵；大流量调节阀；小流量调节阀；被标定流量计；转子流量计；倒 U 管；数显仪表；涡轮流量计； 真空表；流量计平衡阀；光滑管平衡阀；粗糙管平衡阀；回流阀；压力表；水箱；排水阀；闸阀；截止阀；21变频器；a出口压力取压点；b吸入压力取压点；1-1 流量计压差；2-2光滑管压差；3-3
6、粗糙管压差；4-4闸阀近点压差； 5-5闸阀远点压差；6-6截止阀近点压差；7-7截止阀远点压差；J-M光滑管；K-L粗糙管 4图 1-3 第 78 套流动过程综合实验装置流程图1.变频器 2.功率表 3.真空表 4.不锈钢水泵 5.压力表 6.7.流量调节阀 8.光滑管 9.粗糙管 10.被测局部阻力阀门 11.12.转子流量计 13.被测文丘里流量计 14.压力变送器 15.数显表 16.17.18.流向导通阀 19.频率表 20.涡轮流量计 21.倒置 U 型管 22.差压变送器 23.数字电压表 24.水箱五、实验方法第 16 套实验方法： 按下电源和离心泵的绿色按钮，通电预热数字显示
7、仪表，记录差压数字表第 27 路的初始值，关闭流量调节阀和回流阀，按一下变频器上的启动按钮，启动离心泵。 光滑管阻力测定：(1) 关闭截止阀，将闸阀全开，并旋开光滑管平衡阀。(2) 在流量为零条件下，旋开倒置 U 形管左右旋钮，检查导压管内是否有气泡存在。若倒置 U 形管内液柱高度差不为零，则表明导压管内存在气泡，需要进行赶气泡操作。操作方法如下：开大流量调节阀，使倒置 U 形管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若认为气泡已赶净，将流量阀关闭；慢慢旋开倒置 U 形管上部的放空阀，使液柱降至零点上下时马上关闭，管内形成气水柱；此时管内液柱高度差应为零。(3) 关闭光滑管平衡阀，通过阀调节流量。
8、根据流量大小选择大、小量程的转子流量计测量。(4) 直管段的压差：小流量时用倒置形管压差计测量，大流量时用差压数字表（第 2 路）5测量。应在最大流量和最小流量之间进行实验，一般测取 1215 组数据，建议流量读数在40Lh 之内，不少于 4 个点，以便得到滞流状态下的 Re 关系。在能用倒置形管测压差时，尽量不用差压数字表测压差。(5) 闸阀局部阻力测量：在最大流量时，直管段压差测量完后，将闸阀往回转 5 圈，再读取差压数字表第 4、5 路压差数据。3 粗糙管阻力测定：(1) 关闭闸阀，全开截止阀，并旋开粗糙管平衡阀，逐渐调大流量调节阀，赶出导压管内气泡。(2) 关闭粗糙管平衡阀，通过阀调节
9、流量。流量小于 2 m3/h 时，选择大量程的转子流量计测量；流量大于 2 m3/h 时，选择涡轮流量计测量。从小流量到最大流量，一般测取1015 组数据。(3) 直管段的压差用差压数字表第 3 路测量。(4) 截止阀局部阻力测量：在最大流量时，读取差压数字表第 6、7 路压差数据。4 在水箱中测取水温。5 待数据测量完毕,关闭流量调节阀，核实差压数字表初始值，继续其它实验或切断电源。第 78 套实验方法：1 按下电源的绿色按钮，通电预热数字显示仪表，记录差压数字表第 14 路的初始值，关闭流量调节阀 6、7，按一下变频器的启动按钮，启动离心泵。2. 针对某一测试对象选择对应的流向导通阀，逆时
10、针全开。3. 在进行光滑管阻力测定之前，应先检查导压系统内有无气泡存在。当流量为 0 时，打开 a、a 两阀门，若空气水倒置型管内两液柱的高度差不为 0，则说明系统内有气泡存在，需赶净气泡方可测取数据。赶气泡的方法：将流量调至较大，排出导压管内的气泡，直至排净为止；关闭 a、a两阀门，打开 b、b两阀门，慢慢旋开倒置 U 形管上部的放空阀，使液柱降至零点上下时马上关闭，使管内形成气水柱，此时管内液柱高度差应为零。4. 测取数据顺序可从大流量至小流量，反之也可，一般测约 15 组数据。在进行光滑管阻力测定时，建议流量读数在 40Lh 之内不少于 4 个点，以便得到滞流状态下的 Re 关系。在能用
11、倒置形管测压差时，尽量不用差压数字表测压差。5. 待数据测量完毕，关闭流量调节阀，核实差压数字表初始值，继续其它实验或切断电源。六、注意事项 启动离心泵之前，以及从光滑管阻力测量过渡到其它测量之前，都必须检查所有流量调节阀是否关闭。 测数据时则必须关闭所有的平衡阀，并且在用差压数字表测量时，必须关闭通倒置 U形管的阀门，防止形成并联管路。6七、报告内容 将实验数据和数据整理结果列在表格中，并以其中一组数据为例写出计算过程。 在合适的坐标系上标绘光滑直管和粗糙直管 Re 关系曲线。 根据所标绘的 Re 曲线，求本实验条件下滞流区的 Re 关系式，并与理论公式比较。 回答如下思考题： 本实验用水为
12、工作介质做出的 一 Re 曲线，对其它流体能否使用？为什么？ 本实验是测定等直径水平直管的流动阻力，若将水平管改为流体自下而上流动的垂直管，从测量两取压点间压差的倒置 U 形管读数 R 到P f 的计算过程和公式是否与水平管完全相同 ?为什么? 为什么采用差压变送器和倒置 U 形管并联起来测量直管段的压差？何时用变送器 ?何时用倒置 U 形管? 操作时要注意什么？八、设备主要参数设备号项目 1 2 3 4 5 6 7 8光滑管直径 m 0.00780 0.00792 0.00794光滑管取压口间距 mm 1603.0 1597.0 1601.0 1599.0 1601.0 1598.0 170
13、1.0 1698.0粗糙管直径 mm 25.0 0.00992 0.00990粗糙管取压口间距 mm 1649.0 1652.0 1648.0 1651.0 1651.0 1650.0 1691.0 1700.0闸阀内径 mm 25.0 15.0截止阀内径 mm 25.0 15.07实验 1-2 离心泵性能测定实验一、实验目的1. 熟悉离心泵的操作方法。2. 掌握离心泵特性曲线和管路特性曲线的测定方法、表示方法，加深对离心泵性能的了解。3. 掌握离心泵特性管路特性曲线的测定方法、表示方法。二、实验内容1. 练习离心泵的操作。2. 测定某型号离心泵在一定转速下，H （扬程） 、N（轴功率） 、
14、（效率）与 Q（流量）之间的特性曲线。3. 测定流量调节阀某一开度下管路特性曲线。三、实验原理（一）离心泵特性曲线离心泵是最常见的液体输送设备。在一定的型号和转速下，离心泵的扬程 H、轴功率及效率 均随流量 Q 而改变。通常通过实验测出 HQ、NQ 及 Q 关系，并用曲线表示之，称为特性曲线。特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用泵的重要依据。泵特性曲线的具体测定方法如下： H 的测定：在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程出入入出入出入出出入出出出入入入 ） ffHguPZHguP2(22上式中 是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力(不包括泵体内部的流出入 fH动阻力所引起的压头损失)，
15、当所选的两截面很接近泵体时，与柏努利方程中其它项比较，值很小，故可忽略。于是上式变为：出入 fguPZH2( 入出入出入出 ） 将测得的 和 的值以及计算所得的 u 入， u 出 代入上式即可求得 H 的值。）入出Z(入出P8 N 的测定：功率表测得的功率为电动机的输入功率。由于泵由电动机直接带动，传动效率可视为 1.0，所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。即：泵的轴功率 N电动机的输出功率， kW 电动机的输出功率电动机的输入功率电动机的效率。泵的轴功率功率表的读数电动机效率，kw。 的测定其中 kwNe102HQg式中： 泵的效率；N 泵的轴功率，kwNe 泵的有效功率，kwH 泵的压头，
16、mQ 泵的流量，m 3/s 水的密度，kg/m 3（二）管路特性曲线当离心泵安装在特定的管路系统中工作时，实际的工作压头和流量不仅与离心泵本身的性能有关，还与管路特性有关，也就是说，在液体输送过程中，泵和管路二者是相互制约的。在一定的管路上，泵所提供的压头和流量必然与管路所需的压头和流量一致。若将泵的特性曲线与管路特性曲线绘在同一坐标图上，两曲线交点即为泵在该管路的工作点。因此，可通过改变泵转速来改变泵的特性曲线，从而得出管路特性曲线。泵的压头 H 计算同上。四、实验装置该实验与流体阻力测定、流量计性能测定实验共用图 1-2 和图 1-3 所示的实验装置流程图。 本实验共有八套装置，第 16
17、套流程为：AB(C D)EFGI 流量测量：用转子流量计或标准涡轮流量计测量。 泵的入口真空度和出口压强：用真空表和压强表来测量。 电动机输入功率：用功率表来测量。五、实验方法第 16 套实验方法： 按下电源的绿色和离心泵的绿色按钮，通电预热数字显示仪表；关闭流量调节阀和，全开回流阀。 按下调频器的启动按钮，启动离心泵。用阀调节流量，从流量为零至最大或流量从最大到零，测取 1012 组数据（同时测量泵入口真空度、泵出口压强、流量计读数、功率表读数） ，并记录水温。 测量管路特性曲线测定时，先置流量调节阀为某一状态(使系统流量为某一固定值) 。9. 调节离心泵电机频率，使管路特性改变，调节范围(
18、50 20Hz)，测取 1012 组数据（同时测量泵入口真空度、泵出口压强、流量计读数） ，并记录水温。5. 实验结束后，关闭流量调节阀，继续其它实验或停泵，切断电源。第套实验方法： 按下电源的绿色按钮，通电预热数字显示仪表。 按下变频器的启动按钮，启动离心泵。用阀调节流量，从流量为零至最大或流量从最大到零，测取 1012 组数据（同时测量泵入口真空度、泵出口压强、流量计读数、功率表读数） ，并记录水温。 测量管路特性曲线测定时，先置流量调节阀 6 为某一状态(使系统流量为某一固定值) 。 调节离心泵电机频率，使管路特性改变，调节范围(5020H z)，测取 1012 组数据（同时测量泵入口真
19、空度、泵出口压强、流量计读数） ，并记录水温。 实验结束后，关闭流量调节阀，继续其它实验或停泵，切断电源。六、注意事项 启动心泵之前，必须检查所有流量调节阀是否关闭。 测取数据时，第套应将回流阀全开。七、报告内容 将实验数据和计算结果列在数据表格中，并以一组数据进行计算举例。 在合适的坐标系上标绘离心泵的特性曲线，并在图上标出离心泵的各种性能（泵的型号、转速和高效区）。3 回答下列思考题： 试分析实验数据，看一看，随着泵出口流量调节阀开度的增大，泵入口真空表读数是减少还是增加，泵出口压强表读数是减少还是增加。为什么? 本实验中，为了得到较好的实验结果，实验流量范围下限应小到零，上限应尽量的大。
20、为什么? 离心泵的流量，为什么可以通过出口阀来调节 ?往复泵的流量是否也可采用同样的方法来调节。为什么? 八、设备主要参数设备号项目 1 2 3 4 5 6 两取压口垂直高度差 mm 205.0 216.0 213.0 195.0 200.0 188.0 159.0 161.0离心泵入口管径 mm 33.4离心泵出口管径 mm 20.4 40.0 40.0离心泵型号 BL-6离心泵转速 r/min 2800功率 W 1100 电机效率 65%10扬程 m 25 流量 m3/h 6 涡轮流量计仪表系数 78.263 77.402实验 1-3 流量计性能测定实验一、实验目的 了解几种常用流量计的构
21、造、工作原理和主要特点。 掌握流量计的标定方法。 了解节流式流量计流量系数 C 随雷诺数 Re 的变化规律，流量系数 C 的确定方法。 学习合理选择坐标系的方法。二、实验内容 了解孔板、1/4 园喷嘴、文丘里及涡轮流量计的构造及工作原理。 测定节流式流量计（孔板或 1/4 园喷嘴或文丘里）的流量标定曲线。 测定节流式流量计的雷诺数 Re 和流量系数 C 的关系。三、实验原理流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量的关系为：)(20下上 PCAVs式中： 被测流体(水 )的体积流量，m 3/s；SV流量系数，无因次； C流量计节流孔截面积，m 2；0A流量计上、下游
22、两取压口之间的压强差，Pa ； 下上 P被测流体(水)的密度，kgm 3 。 用涡轮流量计和转子流量计作为标准流量计来测量流量 VS。每一个流量在压差计上都有一对应的读数，将压差计读数P 和流量 Vs 绘制成一条曲线，即流量标定曲线。同时用上式整理数据可进一步得到 CRe 关系曲线。四、实验装置该实验与流体阻力测定、离心泵性能测定实验共用图 1-2 和图 1-3 所示的实验装置流程图。 本实验共有八套装置，第 16 套流程为：AB(CD)EFGI 。 主要以精度 0.5 级的涡轮流量计作为标准流量计，测量被测流量计流量。 压差测量：第 16 套用第一路差压变送器直接读取，第套用流量计差压表读取
23、。11五、实验方法:第 16 套实验方法： 按下电源和离心泵的绿色按钮，通电预热数字显示仪表，记录差压数字表第 1 路的初始值，关闭流量调节阀，将回流阀全开。 按下变频器启动按钮，启动离心泵。旋开待测流量计平衡阀，逐渐调大流量调节阀，排出管路里气泡。 关闭平衡阀，用阀调节流量，从小流量至大流量或从大流量至小流量测取 10 组左右数据(即同时测量压差和流量)，并记录水温。 实验结束后，关闭流量调节阀，核实差压数字表初始值，停泵，切断电源。第 78 套实验方法： 按下电源的绿色按钮，通电预热数字显示仪表，记录流量计差压数字表初始值。 关闭流量调节阀 6，按下变频器启动按钮，启动离心泵。 用阀 6
24、调节流量，从小流量至大流量或从大流量至小流量测取 1015 组数据(即同时测量压差和流量)，并记录水温。 实验结束后，关闭流量调节阀，停泵，切断电源。六、注意事项 启动离心泵之前，必须检查所有流量调节阀是否关闭， 测数据时必须关闭流量计平衡阀。七、报告内容 将实验数据和整理结果列在数据表格中，并以其中一组数据计算举例。 在合适的坐标系上，标绘节流式流量计的流量 VS 与压差P 的关系曲线（即流量标定曲线） 、流量系数 C 与雷诺数 Re 的关系曲线。 回答下列思考题： 试验管路及导压管中如果积存有空气，为什么要排除? 什么情况下的流量计需要标定?标定方法有几种?本实验是用哪一种?八、设备主要参数 设备号项目 1 2 3 4 5 6 7 8孔板孔径 mm 25.0 25.01/4 圆喷嘴孔径 mm 25.0 25.0文丘里喉径 mm 25.0 25.0 25.0 25.0主管道直径 mm 40.0
