1、实验一 流动过程综合实验一、实验目的学习直管摩擦阻力压力降 P f 、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。4.掌握流量计的标定方法和流量系数 C 的确定方法。5. 掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。二、实验装置 实验装置流程图如图 1-2 所示。 流量测量：流体阻力测定实验用图 1-2 中由转子流量计 22、23 测量（单位：L/h）, 流量计性能测定测定用涡流流量计测量（精度 0.5 级，单位：m 3/h）压强降的测量：用倒 U 形管压差计（mmH 2O）和压差变送器（数字压差计 KPa）测取。图一
2、、流体综合实验装置流程示意图1:水箱:2:水泵;3:入口真空表;4:出口压力表;5,16:缓冲罐:6,14 测局部阻力近端阀;7,15:测局部阻力远端阀;8,17:粗糙管测压阀;9,21:光滑管测压阀;10:局部阻力阀;11:文丘里流量计;12: 压差变送器;13:涡流流量计;18:阀门;19 光滑管阀;20:粗糙管阀;22:小流量计;23:大流量计;24 阀门 25:水箱放水阀;26:倒 U 型管放空阀;27: 倒 U 型管;28,30:倒 U 型管排水阀;29,31: 倒 U 型管平衡阀；32：功率表；33：变频调速器 设备主要参数设备号项目 1 2光滑管直径 mm 8.00 8.00光滑
3、管取压口间距 mm 1700.0 1700.0粗糙管直径 mm 10.00 10.00粗糙管取压口间距 mm 1700.0 1700.0局部阻力球阀内径 mm 15.00 15.0文丘里喉径 mm 20.0 20.0文丘里主管道直径 mm 45.00 45.00三、实验内容（一）流体阻力测定实验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 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。（二）流量计性能测定实验1.测定节流式流量计（文丘里）的流量标定曲线。2.测定节流式流量计的雷诺数 Re 和流量系数 C 的关系。四、实验原
4、理直管摩擦系数 与雷诺数 Re 的测定hf = = （1-1）fP2udl= （1-2）lfRe = （1-3）ud式中： 管径，m ；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，Pas。 局部阻力系数 的测定（1-4）2uPhff（1-5）2uPf式中： 局部阻力系数，无因次；局部阻力引起的压强降，Pa；f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，安装待fP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
5、，使abbc ； abbc则 P f，a b P f，bc ； P f，ab = P f，bc在 aa之间列柏努利方程式： PaP a =2P f，a b +2P f，ab +P f 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 联立式(1-6)和(1-7)，则：2(P bP b )(P aP a ) （1-6）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。3. 流量计性能测定(m/s) （1-7）2)(dQuRe（1-8）PAVCs下上 (20其中： )d
6、五、实验方法按下总电源开关按钮，通电预热数字显示仪表，关闭所有流量调节阀，按一下变频器上的启动按钮 RUN，启动离心泵。1. 光滑管阻力测定：关闭截止阀 10、18、20，将闸阀 19 全开，并旋开光滑管测压阀 21、9。在流量为零条件下，旋开倒置 U 形管 29、31 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。赶气泡的方法：当流量为零时，打开 29、31 两阀门，然后将流量调至较大，排出导压管内的气泡，直至排净为止；关闭 29、31 两阀门，慢慢旋开倒置 U 形管上部的放空阀，慢慢打开28、30 两阀门，使液柱降至零点上下
7、时马上关闭，使管内形成气水柱，然后关闭放空阀，打开29、31 两阀门，此时管内液柱高度差应为零，记录数字压差表的初始值，水温。全开闸阀 19，通过阀 24 调节流量。根据流量大小选择大、小量程的转子流量计测量。小流量时用倒置形管压差计测量，大流量时用差压数字表测量。从最小流量测到最大流量，实验应测取 1520 组数据。建议流量读数在 100Lh 之内，不少于 8 个点，以便得到滞流状态下的 Re 关系。注意：在能用倒置形管测压差时，尽量不用差压数字表测压差。在倒置形管测压差为 0 时，读取差压数字表初始压差。从数字显示仪表读取水温。分别读初始水温 t 始 和终止水温 t 终 ，计算时取平均水温
8、 t 平均 。2. 粗糙管阻力测定：关闭闸阀 19、光滑管测压阀 21、9，全开截止阀 20。实验方法与光滑管相同。3.局部阻力测量：关闭截止阀 20，打开闸阀 10（半开） ，在一定流量下，分别测量近点压差和远点压差。4. 流量计性能测定关闭截止阀 24，打开闸阀 18，调节文丘里流量计的流量从最大到最小，记录流量与压差，测定 10-12 组数据待数据测量完毕,关闭流量调节阀，核实差压数字表初始值及终止水温，继续其它实验或关闭离心泵、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其它管路的平衡阀，并且在用
9、压差数字表测量时，必须关闭倒 U 形管的阀门，防止形成并联管路。七、数据处理及计算实例（1）直管液体阻力实验数据处理表一 光滑管液体阻力实验数据表实验装置编号：1 光滑管内径：8 mm 光滑管管长：1.7m水温： t 平均 = 25.35 黏度 = 88.37 *10-5Pa.s压差计初始值：kPa 0.9 密度(Kg/m 3 )= 996.18P序号 Q（L/h) mmH20 kPa Pa u(m/s) Re 1 10 5 49.0 0.0553 498.6 0.15144 2 20 8 78.4 0.1106 997.2 0.06058 3 30 13 127.4 0.1659 1495.
10、9 0.04375 4 40 18 176.4 0.2212 1994.5 0.03407 5 50 29 284.2 0.2765 2493.1 0.03513 6 60 43 421.4 0.3317 2991.7 0.03618 7 70 64 627.2 0.3870 3490.3 0.03956 8 80 80 784.0 0.4423 3989.0 0.03786 9 90 101 989.8 0.4976 4487.6 0.03777 10 100 123 1205.4 0.5529 4986.2 0.03725 11 200 4.4 3500 1.1058 9972.4 0.0
11、2704 12 300 8.1 7200 1.6587 14958.6 0.02472 13 400 13.2 12300 2.2116 19944.9 0.02376 14 500 18.7 17800 2.7645 24931.1 0.02200 15 600 25.8 24900 3.3174 29917.3 0.02138 16 700 33.5 32600 3.8703 34903.5 0.02056 17 800 42.8 41900 4.4232 39889.7 0.02023 其中：压差单位转换：1 mmH 20=9.8Pa，数字压差计读数减去初始值后*1000 转换为 Pa。
12、水的黏度、密度由教材（上）P331 表中查出，水温取平均值 。从 20-30区间按内插法求得 ，。35.8.6.5平 均t流速 (m/s)。*)2(01/)(/Q23dhlmsu管 道 面 积流 量Re、 按下列公式计算：= Re =2uPldfu计算实例：以第一组数据处理为例：P=5*9.8=49.0Pa。(m/s)。053.14.*0.36*)2(3601. 2dQu 6.987.85.Re 154.03.41.96022 uPldf表二 粗糙管液体阻力实验数据表实验装置编号：1 粗糙管内径：10 mm 粗糙管管长：1.7m水温：t 平均 =27.4 黏度 =85.2*10 -5Pa.s
13、密度 =996.4Kg/m 3 压差计初始值：1.0 kPaP序号 Q（L/h) mmH20 kPa Pa u(m/s) Re 1 10 8 78.4 0.035 414 0.73928 2 20 30 294 0.071 828 0.69307 3 30 60 588 0.106 1241 0.61606 4 40 100 980 0.142 1655 0.57756 5 50 141 1381.8 0.177 2069 0.52119 6 60 193 1891.4 0.212 2483 0.49542 7 70 246 2410.8 0.248 2897 0.46393 8 80 285
14、 2793 0.283 3311 0.41151 9 90 344 3371.2 0.318 3724 0.39246 10 100 4.7 3700 0.354 4138 0.34889 11 200 14.7 13700 0.708 8277 0.32296 12 300 28.3 27300 1.062 12415 0.28603 13 400 47.9 46900 1.415 16553 0.27640 14 500 68.2 67200 1.769 20691 0.25347 15 600 96.8 95800 2.123 24830 0.25093 16 700 126.4 125
15、400 2.477 28968 0.24132 17 800 160.5 159500 2.831 33106 0.23500 计算实例：以第 10 组数据为例P=（4.7-1.0）*1000=3700 Pa。(m/s)。354.01.*05.36*)2(3601. 2dQu 8.8945Re 349.0.71.96022 uPldf绘制 Re- 关系曲线（通过 Excel 绘制）见附图一。图 一 -Re关 系 曲 线0.010.11100 1000 10000 100000Re 光 滑 管粗 糙 管（2）局部阻力实验数据处理表三 局部阻力实验数据表局部阻力球阀内径 15mm 压差表初始：kP
16、a 1水温： 27.5 密度(Kg/m3)= 996.81序号 流量 Q 近点压差远点压差流速 u 局部阻力压差阻力系数（l/h） （kPa） （kPa） （m/s） （Pa） 1 400 6.7 6.9 0.629 5500 27.88 2 600 13.9 14.5 0.944 12300 27.72 3 800 24 25.3 1.258 21700 27.50 计算实例：以第 1 组数据为例 629.014.3*075.64*)2(360. 2dQu2(P bP b )(P aP a )=（2（6.7-1.0）-（6.9-1.0） ）*1000=5500 Paf8.69.08192 u
17、f（3）流量计性能测定实验数据处理表四 流量计性能测定实验数据记录文丘里流量计压差读数初始值 0.9 kPa 主管道直径：45mm 文丘里喉径：20mm 水温：28.2 水 =996.15 Kg/m3 水 =83.75*10-5Pa.s A0=0.000314序号涡轮流量计(m3/h)文丘里流量计(kPa)文丘里流量计(Pa)文丘里准流量 Vs(m3/h)流速 u(m/s)Re C1 0.8 1.3 400 0.8 0.1397 7479 0.7999 2 1.6 2.3 1400 1.6 0.2794 14957 0.8551 3 2.4 3.6 2700 2.4 0.4192 22436
18、0.9237 4 3.2 5.5 4600 3.2 0.5589 29915 0.9435 5 4.0 8.0 7100 4.0 0.6986 37393 0.9493 6 4.8 11.3 10400 4.8 0.8383 44872 0.9413 7 5.6 15.4 14500 5.6 0.9781 52351 0.9300 8 6.4 19.2 18300 6.4 1.1178 59829 0.9461 9 7.2 24.5 23600 7.2 1.2575 67308 0.9373 10 8.0 29.6 28700 8.0 1.3972 74787 0.9443 11 8.8 34
19、.7 33800 8.8 1.5370 82266 0.9572 12 9.6 41.4 40500 9.6 1.6767 89744 0.9540 13 10.3 47.0 46100 10.3 1.7990 96288 0.9593 以第一组数据为例：(m/s)。1397.04.025.36814.025.36)/()2(/3 hmQdsu797.8.94.5 Re .015.6/4*2031.0.(20 ）PAVCs下上其中： 3).()(220d绘制曲线见下图文 丘 里 流 量 计 标 定 曲 线0.11.010.0100.0100 1000 10000 100000压 差 （ Pa）
20、流量(m3/h)流 量 系 数 C与 Re关 系 图0.00.51.01.510000 100000ReC附：表一 光滑管液体阻力实验原始数据记录表实验装置编号：1 # 光滑管内径：8 mm 光滑管管长：1700mm水温： t 初始 =25.0 t 终止 =25.7 数字压差计初始值：0.9 kPa PmmH20序号 Q（L/h)左 右 kPa1 10 11.0 16.02 20 10.5 18.53 30 8.0 21.04 40 5.5 23.55 50 1.0 30.06 60 -7.0 36.07 70 -17.0 47.08 80 -25.5 54.59 90 -35.0 66.01
21、0 100 -45.5 77.511 200 4.412 300 8.113 400 13.214 500 18.715 600 25.816 700 33.517 800 42.8实验二 离心泵性能测定实验一、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 所示的实验装置流程图。 流量测量：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。设备主要参数设备号项目 1 2两取压口垂直高度差 mm 355 355离心泵入口管径 mm 25.00 25.00离心泵出口管径 mm 45.0 45.0离心泵型号 WB70/055电
22、机效率 60%变频调速器： RUN运行/停止， 定位、 增大、 减小、确定。二、实验内容1.熟悉离心泵的结构与操作。2.测定某型号离心泵在一定转速下， H（扬程） 、 N（轴功率） 、 （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）离心泵特性曲线扬程 H 的测定：在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程READENTER（21）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动阻力出入 f所引起的压头损失)，当所选的两截面很接近泵体时，与柏努利方程中其它项
23、比较， 值很小，出入 fH故可忽略。于是上式变为：（22）guPZH2( 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P 轴功率 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。 效率 的测定（23）Ne（24）102HQg式中： 泵的效率；N 泵的轴功率，kwNe 泵的有效功率，kwH 泵的压头，mQ 泵的流量，m
24、 3/s 水的密度，kg/m 3（二）管路特性曲线通过改变泵转速（通过调节电机的频率）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。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。五、实验方法按下电源的绿色按钮，通电预热数字显示仪表；关闭所有流量调节阀。按下调频器的启动按钮，启动离心泵。用阀 18 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 18 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
25、，使管路特性改变，调节范围(5020H z)，测取 1012 组数据（同时测量泵入口压力、泵出口压力、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。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。 正确使用变频调速器。七、数据整理表及计算实例表 1 离心泵特性曲线测定数据装置编号：1 * 离心泵型号：WB70/055 电机效率：60% 两取压口之间垂直距离：355mm 入/出口管径：25/45mm 水温： T 平均 =28.8 水密度 =996Kg/m 3序号涡轮流量计（m 3/h）入口真空表读数（MPa）出口压强表读数（Mpa）功率表
26、读数（kw）流量Q(m3/h)入口流速u1(m/s)出口流速u2(m/s)压头H(m)泵轴功率N（w）有效功率 Ne(w) (%)1 10.30 -0.034 0.040 0.75 10.30 5.83 1.80 6.36 450 178 39.5 2 9.60 -0.028 0.065 0.77 9.60 5.44 1.68 8.51 462 222 48.0 3 8.80 -0.024 0.085 0.76 8.80 4.98 1.54 10.37 456 248 54.3 4 7.90 -0.018 0.100 0.75 7.90 4.47 1.38 11.51 450 247 54.8
27、 5 7.00 -0.014 0.120 0.74 7.00 3.96 1.22 13.35 444 254 57.1 6 6.20 -0.010 0.135 0.70 6.20 3.51 1.08 14.63 420 246 58.6 7 5.40 -0.006 0.150 0.67 5.40 3.06 0.94 15.89 402 233 57.9 8 4.60 -0.004 0.165 0.64 4.60 2.60 0.80 17.34 384 216 56.4 9 3.70 0.000 0.175 0.60 3.70 2.09 0.65 18.06 360 181 50.4 10 2.
28、90 0.000 0.185 0.54 2.90 1.64 0.51 19.16 324 151 46.6 11 2.00 0.000 0.195 0.50 2.00 1.13 0.35 20.25 300 110 36.6 12 1.20 0.000 0.202 0.45 1.20 0.68 0.21 21.01 270 68 25.3 计算实例：以第一组数据为例入口流速 (m/s)，出口流速 (m/s)83.514.02.36)2(36011 dQu 80.14.3025.361)2(3602 dQu压头 (m) 其中 Z 出 -Z 入 =355mm（两取压口之间垂直距离）.81.951.
29、9604.(62 ） ）（） 入出入出入出 guPZH泵轴功率 N=0.75*1000*0.6=450（w） 有效功率 (w) 7.3 gHQNe %5.3940178Ne离心泵特性曲线与管路特性曲线见下图离 心 泵 特 性 曲 线 与 管 路 特 性 曲 线01020304050607080901000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011流 量 Q(m3/h)压 头 H(m)*4泵 轴 功 率 N（ w）*0.1 (%)管 路 特 性 H*4多 项 式 (压 头H(m)*4)多 项 式 ( (%)多 项 式 (泵 轴 功 率 N（ w） *0.1)多 项 式 (管 路 特 性H*4
30、)表 2 离心泵管路特性曲线装置编号：1 * 两取压口之间垂直距离：355mm 入/出口管径：25/45mm 水温： T 平均 =29.5 水密度 =995.8Kg/m 3序号电机频率Hz涡轮流量计读数（m 3/h）入口真空表读数(MPa)出口压强表读数(MPa)流量Q(m3 / h)入口流速u1(m/s)出口流速u2(m/s)压头H(m)1 50 10.2 -0.032 0.045 10.2 5.77 1.78 6.70 2 48 9.9 -0.031 0.04 9.9 5.61 1.73 6.17 3 46 9.6 -0.028 0.04 9.6 5.44 1.68 5.95 4 44 9
31、.2 -0.026 0.038 9.2 5.21 1.61 5.66 5 42 8.8 -0.024 0.035 8.8 4.98 1.54 5.25 6 40 8.4 -0.021 0.033 8.4 4.76 1.47 4.84 7 38 8.2 -0.019 0.03 8.2 4.64 1.43 4.38 8 36 7.6 -0.017 0.027 7.6 4.30 1.33 4.01 9 34 7.2 -0.014 0.025 7.2 4.08 1.26 3.58 10 32 6.8 -0.012 0.024 6.8 3.85 1.19 3.36 11 30 6.4 -0.01 0.022 6.4 3.62 1.12 3.03 12 28 6.0 -0.008 0.02 6.0 3.40 1.05 2.69 13 26 5.6 -0.006 0.017 5.6 3.17 0.98 2.25 14 24 5.1 -0.005 0.016 5.1 2.89 0.89 2.12 数据处理实例：略
