1、实验一 流动过程综合实验实验一 流动过程综合实验1 实验目的（1）掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法。（2）识别组成管路的各种管件、阀门的结构、使用方法和性能。（3）学习压差计、流量计的使用方法。（4）学习光滑直管和粗糙直管的摩擦系数 与雷诺准数 Re 的测量方法，并验证流体处于不同流动类型时的 与 Re 二者间的关系。2 基本原理直管摩擦系数 与雷诺数 Re 的测定流体在管内从一个截面流到另一个截面时，由于流体具有粘性，流体层之间的分子动量传递产生的内摩擦阻力，或由于流体之间的湍流动量传递而引起的摩擦阻力，我们将这部分机械能称为能量损失。下面给将介绍圆形直管摩擦系数与雷
2、诺数的实验测定方法。对于不可压缩流体在水平等直径直管内作定态流动，根据伯努利方程有：（1.1）2ffPLuhd（1.1）式中：h f压头损失，J/kg；L两测压点间直管长度， m；d直管内径，m；摩擦阻力系数；u流体流速，m/s； Pf直管阻力引起的压降，N/m2； 流体密度，kg/m 3。将（1.1）式做适当变形，可以得到摩擦系数的表达式，即：（1.2）f2PdLu雷诺准数定义式如下：（1.3）dRe（1.2）式中：流体粘度，Pa.s。在管壁粗糙度、管长和管径一定的条件下，本实验选择水作为流体，通过改变水的流量，并测得不同流量下的P f值，连同L 、d 、 u和 （对一定流体来说，和 都是温
3、度的函数，可以根据流体的种类及温度从手册中查出）一同带入式（1.2）和（1.3） ，将能够分别求出不同流量下的直管摩擦系数和雷诺准数Re，实验一 流动过程综合实验从而整理出与Re的关系并绘制二者关系曲线。3 实验装置3.1 实验装置流程流体流动过程综合实验装置如图 1.2 所示。图 1.2 流动过程综合实验流程示意图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（孔板流量计） ；12- 压力传感器；13-涡流流量计；18
4、、32-阀门；20- 粗糙管阀；22-小转子流量计；23-大转子流量计；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3.2 主要设备与仪器规格及参数流体流动过程综合实验装置主要设备及仪器规格参数见表 1.1。表 1.1 主要设备与仪器规格及参数序号 名称 规格及参数1 被测直管段 光滑管：管径 d=0.008 m，管长 L=1.708 m，不锈钢材质；粗糙管: 管径 d=0.01 m，管长 L=1.713 m，不锈钢材质实验一 流动过程综合实验2 文丘里流量计 文丘里喉径 d=0.020 m3 压差
5、传感器 型号：LXWY，测量上限：200 KPa4 离心泵 型号：WB70/055，电机效率 60%5 真空表 用于泵吸入口真空度的测量，测量范围-0.1-0 Mpa，精度 1.5 级，真空表测压位置管内径 d1=0.028 m6 压力表 用于泵出口压力的测量，测量范围 0-0.25 MPa，精度 1.5 级，压力表测压位置管内径 d2=0.042 m4 实验步骤与注意事项4.1 实验步骤流体阻力测量（1）首先向蓄水槽内注入水直至水满为止（最好使用蒸馏水，以保持流体清洁） 。（2）光滑管阻力测定（步骤 a、b 和 c） 。a. 关闭粗糙管路阀门，将光滑管路阀门全开，在流量为零条件下，打开通向倒
6、置 U 型管的进水阀，检查导压管内是否有气泡存在。若倒置 U 型管内液柱高度差不为零，则表明导压管内存在气泡，需要进行驱赶气泡操作。导压系统如图 1.3 所示。图 1.3 导压系统示意图3/4-排水阀； 11-U 型管进水阀；12- 压力传感器；26-U 型管放空阀；27-U 型管驱赶气泡操作方法如下：加大流量，打开 U 型管进出水阀 11，使倒置 U 型管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若认为气泡已赶净，将流量调节阀 24 关闭，U 型管进出水阀 11 关闭，慢慢旋开倒置 U 型管上部的放空阀 26 后，分别缓慢打开阀 3、4实验一 流动过程综合实验阀，使液柱降至中点上下时马上关闭，管内
7、形成气水柱，此时管内液柱高度差不一定应为零。然后关闭放空阀 26，打开 U 型管进出水阀 11，此时 U 型管两液柱的高度差应为零（12 mm 的高度差可以忽略） ，如不为零则表明管路中有气泡存在，需要重复进行驱赶气泡操作。b. 该装置两个转子流量计并联连接，根据流量大小选择不同量程的流量计测量流量。c. 差压变送器与倒置 U 型管亦是并联连接，用于测量压差，小流量时用置U 型管压差计测量，大流量时用差压变送器测量。应在最大流量和最小流量之间进行实验，一般测取 1520 组数据。注：在测大流量的压差时应关闭 U 型管的进出水阀 11，防止水利用 U 型管形成回路影响实验数据。（3）粗糙管阻力测
8、定。关闭光滑管阀，将粗糙管阀全开，从小流量到最大流量，测取 1520 组数据。（4）测取水箱水温。待数据测量完毕，关闭流量调节阀，停泵。（5）粗糙管、局部阻力测量方法同前。4.2 注意事项（1）实验前，请仔细阅读说明书中关于直流数字表操作方法部分。（2）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。（3）利用压力传感器测量大流量下P 时,应切断空气水倒置 型玻璃管的阀门，否则将影响测量数值的准确。 （4）在实验过程中每调节一个流量之后应待流量和直管压降的数据稳定以后方可记录数据。（5） 若较长时间未做实验，启动离心泵时应先盘轴转动，否则易烧坏电机。（6
9、）该装置电路采用五线三相制配电，实验设备应良好接地。（7）使用变频调速器时一定注意 FWD 指示灯亮，切忌按 FWD REV 键，REV 指示灯亮时电机反转。实验一 流动过程综合实验（8）启动离心泵前，必须关闭流量调节阀，关闭压力表和真空表的开关，以免损坏测量仪表。（9）实验水质要清洁，以免影响涡轮流量计运行。5 实验记录5.1 光滑管内流体流动阻力实验记录表 1.2 光滑管内流体流动实验记录（装置编号： 光滑管内径= mm，管长= m）工作流体： 流体温度： 流体密度： 流体粘度：直管压差 P序号 流量(l/h)（kPa） （mmH 2O）P（Pa）流速 u(m/s) Re 12345678
10、1013141516171819205.2 粗糙管内流体流动阻力实验记录表 1.3 光滑管内流体流动实验记录（装置编号： 粗糙管内径= mm，管长= m）工作流体： 流体温度： 流体密度： 流体粘度：实验一 流动过程综合实验直管压差 P序号 流量(l/h)（kPa） （mmH 2O）P（Pa）流速 u(m/s) Re 123456781013141516171819206 实验数据整理（1）绘制流体在光滑管和粗糙管内的流动摩擦系数与雷诺准数的关系曲线。（2）绘制文丘里流量计流量标定曲线（流量-压差关系）及流量系数和雷诺数之间的关系曲线（C-Re 关系） 。（3）绘制离心泵性能曲线。（4）绘制离心泵管路特性曲线。7 思考题（1）在 U 型压差计上装设“平衡阀”有何作用？它们在何时开着，何时实验一 流动过程综合实验关闭？（2）离心泵启动前哪些阀应开着，哪些阀门应该关闭？ （3）在进行系统排气时，是否应关闭系统的出口阀门？为什么？（4）如何检验测试系统内的空气已经排除干净？（5）U 型压差计的零点应如何校正？（6）在一定相对粗糙度（/d）下，lg -lgRe 的关系曲线是怎样的？当 Re 是够大时，曲线情况如何? 由此可得何种结论？
