实验1流动过程综合实验

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l的测定方法。掌握直管摩擦系数l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l。 测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数l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l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） = （1-2） Re = （1-3）式中：管径，m ； 直管阻力引起的压强降，Pa； 管长，m； 流速，m / s； 流体的密度，kg / m3； 流体的粘度，Ns / 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Pf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。 局部阻力系数的测定 （1-4） （1-5）式中：局部阻力系数，无因次； 局部阻力引起的压强降，Pa；局部阻力引起的能量损失，Jkg。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 ； abbc则 Pf，a b Pf，bc ； Pf，ab= Pf，bc 在aa之间列柏努利方程式： PaPa =2Pf，a b+2Pf，ab+Pf （1-6） 在bb之间列柏努利方程式： PbPb = Pf，bc+Pf，bc+Pf = Pf，a b+Pf，ab+Pf （1-7） 联立式(1-6)和(1-7)，则： 2(PbPb)(PaPa) 为了实验方便，称(PbPb)为近点压差，称(PaPa)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）EFGHJMNP； 粗糙管阻力系数流程：AB（CD）EFGHKLOP；（CD）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。 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 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。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）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。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Pf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12345678光滑管直径 m0.007800.007920.00794光滑管取压口间距mm1603.01597.01601.01599.01601.01598.01701.01698.0粗糙管直径 mm25.00.009920.00990粗糙管取压口间距mm1649.01652.01648.01651.01651.01650.01691.01700.0闸阀内径 mm25.015.0截止阀内径 mm25.015.0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）、h（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 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比较，值很小，故可忽略。于是上式变为： 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。 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 kw式中： 泵的效率； N 泵的轴功率，kw Ne 泵的有效功率，kw H 泵的压头，m Q 泵的流量，m3/s 水的密度，kg/m3（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套流程为：AB(CD)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)。. 调节离心泵电机频率，使管路特性改变，调节范围(5020Hz)，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(5020Hz)，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。 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）。 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。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123456两取压口垂直高度差 mm205.0216.0213.0195.0200.0188.0159.0161.0离心泵入口管径 mm33.4离心泵出口管径 mm20.440.040.0离心泵型号BL-6离心泵转速 r/min2800功率 W1100 电机效率65%扬程 m25 流量 m3/h6 涡轮流量计仪表系数78.26377.402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： 式中：被测流体(水)的体积流量，m3/s； 流量系数，无因次； 流量计节流孔截面积，m2； 流量计上、下游两取压口之间的压强差，Pa ； 被测流体(水)的密度，kgm3 。 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。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12345678孔板孔径 mm25.025.01/4圆喷嘴孔径 mm25.025.0文丘里喉径 mm25.025.025.025.0主管道直径 mm40.011