流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)-實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、過程工程原理實(shí)驗(yàn)專業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 姓名： 學(xué)號(hào)：日期：2013/9/29地點(diǎn)：教十1208實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 過程工程原理實(shí)驗(yàn) 指導(dǎo)老師： 成績(jī)：_實(shí)驗(yàn)名稱： 流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)類型：_ _同組學(xué)生姓名： 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得裝 訂 線、流體流動(dòng)阻力測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諟y(cè)定流體流經(jīng)直管、管件（閥門）時(shí)阻力損失的一般實(shí)驗(yàn)方法。測(cè)定直管摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的關(guān)系，驗(yàn)證在一般湍流區(qū)內(nèi)與Re的關(guān)系曲線。測(cè)定流體流經(jīng)管件（閥門）時(shí)的局部阻力系數(shù)。識(shí)辨組成

2、管路的各種管件、閥門，并了解其作用。二、基本原理直管阻力摩擦系數(shù)的測(cè)定流體在水平等徑直管中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，阻力損失為： 即 采用渦輪流量計(jì)測(cè)流量V 用壓差傳感器測(cè)量流體流經(jīng)直管的壓力降。根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)l、d，流體溫度T（查流體物性、），及實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)定的流量V、壓力降 Pf，求取Re和，再將Re和標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上。局部阻力系數(shù)的測(cè)定流體通過某一管件或閥門時(shí)的機(jī)械能損失表示為流體在小管徑內(nèi)流動(dòng)時(shí)平均動(dòng)能的某一倍數(shù)，這種方法稱為阻力倍數(shù)法。即： 故 根據(jù)連接管件或閥門兩端管徑中小管的直徑d，流體溫度T（查流體物性、），及實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)定的流量V、壓力降Pf ，通過式或，求取管件（閥門）的局部阻力系數(shù)。

3、三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示：1、水箱 2、離心泵 3、壓差傳感器 4、溫度計(jì) 5、渦輪流量計(jì) 6、流量計(jì) 7、轉(zhuǎn)子流量計(jì) 8、轉(zhuǎn)子流量計(jì) 9、壓差傳感器 10、壓差傳感器 11、壓差傳感器 12、粗糙管實(shí)驗(yàn)段 13、光滑管實(shí)驗(yàn)段 14、層流管實(shí)驗(yàn)段 15、壓差傳感器 16、壓差傳感器 17、局部阻力 18、局部阻力圖1 實(shí)驗(yàn)裝置流程圖裝置參數(shù)：名稱材質(zhì)管內(nèi)徑/mm測(cè)量段長(zhǎng)度/mm光滑管不銹鋼管211000粗糙管鍍鋅鐵管221000局部阻力閘閥22640局部阻力截止閥21620四、實(shí)驗(yàn)步驟首先對(duì)水泵進(jìn)行灌水，然后關(guān)閉出口閥，打開電源，啟動(dòng)水泵電機(jī)，待電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后，把泵的出口閥緩緩開到

4、最大。對(duì)壓差傳感器進(jìn)行排氣，完成后關(guān)閉排氣閥門，使壓差傳感器處于測(cè)量狀態(tài)。緩慢轉(zhuǎn)到調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)流量，讓流量從最大到1.5范圍內(nèi)變化，并且讓流量按等比變化。每次改變流量，待流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，分別記下流量值、直管壓差和閥門壓差。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉出口閥，停止水泵電機(jī)，清理裝置。五、數(shù)據(jù)記錄及處理當(dāng)水溫T=27.1時(shí)，密度=996.4kg/cm3，粘度=0.860*0.001Pas。根據(jù)式、，以及公式閥門壓差 可計(jì)算得到如下結(jié)果：光滑管序號(hào)流量V/(m3/h)平均流速u(m/s)直管壓差（kPa)直管阻力摩擦系數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)Re截止閥壓差（kPa）局部阻力系數(shù)15.38 4.32 8.70 0.0197 10

5、5033.08 79.50 8.56 24.54 3.64 6.44 0.0205 88633.86 52.20 7.90 33.85 3.09 4.81 0.0212 75163.08 36.40 7.66 43.31 2.66 3.70 0.0221 64620.72 25.70 7.31 52.81 2.25 2.78 0.0230 54859.28 17.10 6.75 62.36 1.89 2.03 0.0239 46073.99 10.50 5.88 72.05 1.64 1.60 0.0249 40021.90 6.70 4.97 81.74 1.40 1.20 0.0259 3

6、3969.81 3.40 3.50 平均局部阻力系數(shù) =6.566*0.001粗糙管序號(hào)流量V/(m3/h)平均流速u(m/s)直管壓差（kPa)直管阻力摩擦系數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)Re截止閥壓差（kPa）局部阻力系數(shù)15.61 4.10 13.23 0.0347 104545.01 17.07 0.96 24.78 3.49 9.73 0.0352 89077.56 12.53 0.97 34.04 2.95 6.99 0.0354 75287.31 9.06 0.99 43.43 2.51 5.11 0.0359 63919.67 6.58 0.99 52.93 2.14 3.78 0.0364 54

7、601.94 4.87 1.01 62.50 1.83 2.82 0.0373 46588.68 3.64 1.03 72.09 1.53 2.02 0.0382 38948.14 2.61 1.06 81.81 1.32 1.53 0.0386 33730.21 1.98 1.08 91.52 1.11 1.12 0.0400 28325.92 1.43 1.09 平均局部阻力系數(shù) =1.02*0.001作Re曲線：對(duì)照化工原理教材上有關(guān)曲線圖，可估算出粗糙管的相對(duì)粗糙度為0.034，則絕對(duì)粗糙度為7.48*10-4。（0.034*0.022=7.46*10-4）同理，光滑管的相對(duì)粗糙度為0

8、.019，則其絕對(duì)粗糙度為3.99*10-4。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看到，粗糙管的相對(duì)粗糙度要大于光滑管的相對(duì)粗糙度；同時(shí)根據(jù)閘閥和球閥全開時(shí)的局部阻力系數(shù)，可以看到球閥的局部阻力系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于閘閥的局部阻力系數(shù)，這是由于它們的結(jié)構(gòu)造成的。 六、思考題在對(duì)裝置做排氣工作時(shí)，是否一定要關(guān)閉流程尾部的出口閥？為什么？答：對(duì)裝置做排氣工作時(shí)，先要打開出口閥，使流體流動(dòng)穩(wěn)定后，再關(guān)閉流程尾部的出口閥，這樣可使管中有較大壓力使得氣體排出。如何檢測(cè)管路中的空氣已經(jīng)被排除干凈？答：先檢查連接軟管以及傳感器的出口管中有沒有氣泡。如果沒有了，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，看壓差計(jì)的讀數(shù)是否為零，如果為零，則說明氣體已經(jīng)排空。 以水作介

9、質(zhì)所測(cè)得的Re關(guān)系能否適用于其他流體？如何應(yīng)用？答：能適用于其他流體。通過密度和黏度換算。在不同設(shè)備上（包括不同管徑），不同水溫下測(cè)定的Re數(shù)據(jù)能否關(guān)聯(lián)在同一條曲線上？答：不同設(shè)備上，不同的水溫下測(cè)定的Re數(shù)據(jù)能關(guān)聯(lián)在同一曲線上。、離心泵特性曲線測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆x心泵結(jié)構(gòu)與特性，熟悉離心泵的使用；測(cè)定離心泵在恒定轉(zhuǎn)速下的操作特性，做出特性曲線；了解差壓變送器、渦輪流量計(jì)等儀器儀表的工作原理和使用方法。二、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(zhuǎn)速下泵的揚(yáng)程H、軸功率N及效率與泵流量Q之前的關(guān)系曲線，它是流體在泵內(nèi)流動(dòng)規(guī)律的宏觀表現(xiàn)形式。由于泵內(nèi)流動(dòng)復(fù)雜

10、，不能使用理論方法推導(dǎo)出泵的特性關(guān)系曲線，只能依靠實(shí)驗(yàn)測(cè)定。揚(yáng)程H的測(cè)定與計(jì)算取離心泵進(jìn)口真空表和出口壓力表處為1、2兩截面，列機(jī)械能衡算方程： 若泵進(jìn)出口速度相差不大，則速度平方差可忽略，則有 式中：，表示泵出口和進(jìn)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(jìn)、出口的真空度和表壓，m； H1、H2分別為泵進(jìn)、出口的真空度和表壓對(duì)應(yīng)的壓頭，m； u1、u2分別為泵進(jìn)、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(jì)算出泵的揚(yáng)程。軸功率N的測(cè)量與計(jì)算 其中，為電功

11、率表顯示值，k代表電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)效率，可取k=0.95。效率的計(jì)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(shí)間內(nèi)流體經(jīng)過泵時(shí)所獲得的實(shí)際功，軸功率N是單位時(shí)間內(nèi)泵軸從電機(jī)得到的功，兩者差異反映了水力損失、容積損失和機(jī)械損失的大小。泵的有效功率Ne可用下式計(jì)算： 故泵效率為 轉(zhuǎn)速改變時(shí)的換算泵的特性曲線是在定轉(zhuǎn)速下的實(shí)驗(yàn)測(cè)定所得。但是，實(shí)際上感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)矩改變時(shí)，其轉(zhuǎn)速會(huì)有變化，這話隨著流量Q的變化，多個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)速n將有所差異，因此在繪制特性曲線之前，須將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)換算為某一定轉(zhuǎn)速n下（可取離心泵的額定轉(zhuǎn)速）的數(shù)據(jù)。換算關(guān)系如下：流量 揚(yáng)程 軸功率 效率 三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程實(shí)

12、驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)對(duì)象部分是由貯水箱、離心泵，渦輪流量計(jì)和壓差傳感器等組成的。水的流量使用渦輪流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，泵進(jìn)出口壓差采用壓差傳感器進(jìn)行測(cè)量，泵的軸功率由功率表測(cè)量，流體溫度采用Pt100溫度傳感器測(cè)量。實(shí)驗(yàn)流程離心泵特性曲線測(cè)定裝置流程圖如上圖1所示。四、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)步驟清洗水箱，并加裝實(shí)驗(yàn)用水。給離心泵灌水，排除泵內(nèi)氣體。檢查電源和信號(hào)線是否與控制柜連接正確，檢查各閥門開度和儀器自檢情況，試開狀態(tài)下檢查電機(jī)和離心泵是否正確運(yùn)轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，逐漸關(guān)閉調(diào)節(jié)閥以減小流量，待各儀器讀數(shù)顯示穩(wěn)定后，讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)。（離心泵特性實(shí)驗(yàn)部分，主要獲取實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：流量Q、泵進(jìn)出口壓差P、電機(jī)功率N電、泵轉(zhuǎn)速

13、n和流體溫度t。）測(cè)取10組左右數(shù)據(jù)后，可以停泵，同時(shí)記錄下設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)（如離心泵型號(hào)，額定流量、揚(yáng)程和功率等）。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉出口閥，停止水泵電機(jī)，清理裝置。注意事項(xiàng)一般每次實(shí)驗(yàn)前，均需對(duì)泵進(jìn)行灌泵操作，以防止離心泵氣縛。同時(shí)注意定期對(duì)泵進(jìn)行保養(yǎng)，防止葉輪被固體顆粒損壞。泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，勿觸碰泵主軸部分，因其高速轉(zhuǎn)動(dòng)，可能會(huì)纏繞并傷害身體接觸部位。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理分別繪制一定轉(zhuǎn)速下的HQ、NQ、Q曲線實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄：離心泵型號(hào) MS100/L1 ，額定流量 6m3/h ，額定揚(yáng)程 24m 額定功率 1.1kw ，額定轉(zhuǎn)速 2850rpm ，泵進(jìn)出口測(cè)壓點(diǎn)高度差H0 水溫t： 33.2 序

14、號(hào)流量Q（m3/h)泵進(jìn)出口壓差P/kPa電機(jī)功率N電/W泵轉(zhuǎn)速n/rpm110.08 109.0 1231291028.94 154.3 1236289538.02 180.6 1199289546.94 208.4 1153291055.97 230.0 1069291065.02 248.8 1003292573.97 267.4 904292582.97 283.7 784294092.02 293.8 7312955100.93 306.6 5932970110.00 319.9 5252955水溫t=33.2時(shí)，水的密度=994.6kg/m3 根據(jù)式、，計(jì)算結(jié)果如下表所示。序號(hào)流量

15、Q（m3/h)泵進(jìn)出口壓差P/kPa電機(jī)功率N電/W泵轉(zhuǎn)速n/rpmQ(m3/h)H(m)H(m)N(W)N(W)=110.08 109.0 123129109.87 11.28 10.82 1041379.35 978283.16 0.276 28.94 154.3 123628958.80 15.93 15.44 1324424.23 1263618.55 0.355 38.02 180.6 119928957.90 18.63 18.05 1389372.18 1325584.67 0.384 46.94 208.4 115329106.80 21.48 20.60 1365020.90

16、 1282315.57 0.386 55.97 230.0 106929105.85 23.70 22.73 1295371.60 1216886.25 0.395 65.02 248.8 100329254.89 25.63 24.33 1159869.55 1072916.97 0.371 73.97 267.4 90429253.87 27.53 26.14 985573.60 911687.56 0.350 82.97 283.7 78429402.88 29.21 27.45 770190.08 701601.50 0.311 92.02 293.8 73129551.95 30.2

17、4 28.13 534199.79 479254.10 0.228 100.93 306.6 59329700.89 31.56 29.06 252754.44 223338.73 0.131 110.00 319.9 52529550.00 32.92 30.62 0.00 0.00 0.000 作HQ、NQ、Q曲線：（見下頁(yè)）分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，判斷泵最為適宜的工作范圍。效率曲線有一最高點(diǎn)，稱為設(shè)計(jì)點(diǎn)。由于管路輸送條件不同，離心泵不可能正好在最佳工況點(diǎn)運(yùn)行。一般選用離心泵時(shí)，其工作區(qū)應(yīng)處于最高效率點(diǎn)的92%左右。由上圖得，當(dāng)Q=5.97m3 /h時(shí)，泵效率最大，值為0.395。因此，正常工作時(shí)泵

18、的效率為0.3630.395，工作范圍為5.19.0m3 /h。六、思考題試從所測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，離心泵在啟動(dòng)時(shí)為什么要關(guān)閉出口閥門？答：從圖中可以看出，軸功率隨流量的增大而增大，當(dāng)流量為零時(shí)，功率最小，若開機(jī)時(shí)閥門開大，則電機(jī)的瞬時(shí)功率很大，會(huì)對(duì)電機(jī)造成損害。因此，離心泵應(yīng)在出口閥關(guān)閉時(shí)啟動(dòng)，以防止電機(jī)過載。啟動(dòng)離心泵之前為什么要引水灌泵？如果灌泵后依然啟動(dòng)不起來，你認(rèn)為可能的原因是什么？答：若泵內(nèi)無液體，則當(dāng)離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其內(nèi)部的氣體經(jīng)離心力的作用所形成的吸入室內(nèi)的真空度很小，沒有足夠的壓差使液體進(jìn)入泵內(nèi)，使離心泵吸不上液體。如果依然啟動(dòng)不了，可能是引水好后未將引水閥門關(guān)閉，泵啟動(dòng)之后，吸入口處產(chǎn)生負(fù)壓，將引水漏斗處的水吸完后即吸入空氣，產(chǎn)生氣縛，從而不能將水打出。 為什么用泵的出口閥門調(diào)節(jié)流量？這種方法有什么優(yōu)缺點(diǎn)？是否還有其他方法調(diào)節(jié)流量？答：如果在泵的進(jìn)口側(cè)調(diào)節(jié)流量，當(dāng)閥門關(guān)小時(shí)，會(huì)出現(xiàn)液體不能充滿管路的現(xiàn)象，這會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響，因此要用泵的出口閥門調(diào)節(jié)流量。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，缺點(diǎn)是節(jié)流閥消耗能量。另外可以使用變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量。泵啟動(dòng)后，出口閥如果不開，壓力表讀數(shù)是否會(huì)逐漸上升？為什么？