化工流動過程綜合實驗裝置

1、化工流動過程綜合實驗裝置L實驗裝置雌示意圖*圖二流動時程辟合安聆旅程示意圖（北京京工科由公司出品）,17一、實驗?zāi)康模? .學(xué)習(xí)直管摩擦阻力 Pf,直管摩擦系數(shù)的測定方法。.2 .掌握直管摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re和相對粗糙度之間的關(guān)系及其變化規(guī)律。3 .掌握局部摩擦阻力 Pf ,局部阻力系數(shù)的測定方法。.4 .學(xué)習(xí)壓強(qiáng)差的幾種測量方法和提高其測量精確度的一些技巧。5 .熟悉離心泵的操作方法。6 .掌握離心泵特性曲線和管路特性曲線的測定方法、表示方法、加深對離心泵 性能的了解。二、實驗內(nèi)容：1 .測定實驗管路內(nèi)流體流動的阻力和直管摩擦系數(shù)。2 .測定實驗管路內(nèi)流體流動的直管摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re和相對

2、粗糙度之間的關(guān)系曲線。3 .測定管路部件局部摩擦阻力 Pf和局部阻力系數(shù) 。4 .熟悉離心泵的結(jié)構(gòu)與操作方法。5 .測定某型號離心泵在一定轉(zhuǎn)速下的特性曲線。6 .測定流量調(diào)節(jié)閥某一開度下管路特性曲線。三、實驗原理：1 .直管摩擦系數(shù) 與雷諾數(shù)Re的測定：f (Re, /d),對直管的摩擦阻力系數(shù)是雷諾數(shù)和相對粗糙度的函數(shù)，即 一定的相對粗糙度而言，f (Re)。流體在一定長度等直徑的水平圓管內(nèi)流動時，其管路阻力引起的能量損失為:u RP2hf Pf(1)又因為摩擦阻力系數(shù)與阻力損失之間有如下關(guān)系(范寧公式)hfPfl u2(2)整理(1) (2)兩式得Re2dPfl u2(3)(4)式中： d

3、 管徑，m ;Pf直管阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa；i管長，mu 流速，m / s ; 3 流體的自度，kg / m ;流體的粘度，Ns / m 2。在實驗裝置中，直管段管長l和管徑d都已固定。若水溫一定，則水的密度 p 和粘度小也是定值。所以本實驗實質(zhì)上是測定直管段流體阻力引起的壓強(qiáng)降 Pf與流速u （流量V）之間的關(guān)系。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和式（3）可計算出不同流速下的直管摩擦系數(shù)入，用式（4）計算對應(yīng)的Re,從而整理出直管摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系，繪出入與Re的關(guān)系曲線。2 .局部阻力系數(shù)的測定_'2P fu P f 2-u式中：局部阻力系數(shù)，無因次；Pf局部阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa；hf局部阻力

4、引起的能量損失，J/kg。hf 一2圖1局部阻力測量取壓口布置圖局部阻力引起的壓強(qiáng)降Pf' 可用下面的方法測量：在一條各處直徑相等的直管段上，安裝待測局部阻力的閥門，在其上、下游開兩對測壓口a-a' 和 b-b，見圖1,使ab =bc ； a / b' = b c則APf, a b = ZP f, bc ；P f ， a b = P f， b c在aa，之間列柏努利方程式：Pa Pa =2APf, a b+2A Pf, a b + P f(5)在bb，之間列柏努利方程式：Pb Pd = Ff, bc + A Pf, bz cz + P f= P f, a b + P f

5、, a，b，+ P f(6)聯(lián)立式 (5) 和 (6) ，則：' _ Pf = 2(Pb Pb ) (Pa Pa )為了實驗方便，稱(Pb Pb )為近點壓差，稱(Pa Pa ) 為遠(yuǎn)點壓差。其數(shù)值用差壓傳感器來測量。3. 離心泵特性曲線:離心泵是最常見的液體輸送設(shè)備。在一定的型號和轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚程H、軸功率N及效率“均隨流量Q而改變。通常通過實驗測出 HHQ N-Q及 “一Q關(guān)系，并用曲線表示之，稱為特性曲線。特性曲線是確定泵的適宜操作 條件和選用泵的重要依據(jù)。泵特性曲線的具體測定方法如下：(1) H 的測定：在泵的吸入口和排出5 之間列柏努利方程Zi十殳十匕+H=Z十2十S 十

6、出鬼2g /隔2s/f"二億Z ）十%尸、十口一二一#一十二.'出2 函 2S 瓜也上式中是泵的吸入口和壓出口之間管路內(nèi)的菰體流動阻力，與柏努力方程中其它項比較，/值很小,故可忽略4于是上式變?yōu)?中憶八）十_ 一十一“限一 PS(9)卡將測得的凡-J和國.的值以及計算所得的”均代入上式，即可求得H值.（北京京工科業(yè)公司出品）卜N 測定：功率表測得的功率為電動機(jī)的輸入功率。由于泵由電動機(jī)直接帶動，傳動效率可視為1,所以電動機(jī)的輸出功率等于泵的軸功率。即：泵的軸功率N=電動機(jī)的輸出功率，Kw電動機(jī)輸出功率=電動機(jī)輸入功率x電動機(jī)效率。泵的軸功率=功率表讀數(shù)X電動機(jī)效率，Kw 測定

7、(10)(11)NeN. HQ g HQ “、Ne （Kw）1000102式中：一泵的效率；N一泵的軸功率，KwNe-泵的有效功率KwH泵的揚程，mi;3Q一泵的流重，m/s ；3-水的存度，Kg/m。4 .管路特性曲線：當(dāng)離心泵安裝在特定的管路系統(tǒng)中工作時，實際的工作壓頭和流量不僅與 離心泵本身的性能有關(guān)，還與管路特性有關(guān)，也就是說，在液體輸送過程中， 泵和管路二者相互制約的。管路特性曲線是指流體流經(jīng)管路系統(tǒng)的流量與所需壓頭之間的關(guān)系。若將 泵的特性曲線與管路特性曲線在同一坐標(biāo)圖上，兩曲線交點即為泵的在該管路 的工作點。因此，如同通過改變閥門開度來改變管路特性曲線，求出泵的特性 曲線一樣，可

8、通過改變泵轉(zhuǎn)速來改變泵的特性曲線，從而得出管路特性曲線。 泵的壓頭H計算同上。5 .流量計性能測定：流體通過節(jié)流式流量計時在上、下游兩取壓口之間產(chǎn)生壓強(qiáng)差，它與流量 的關(guān)系為：2（P上?。￢s CA,式中：Vs -被測流體（水）的體積流量，m3/s ;Co 流量系數(shù)，無因次；A 一流量計節(jié)流孔截面積，m2;P上Pf一流量計上、下游兩取壓口之間的壓強(qiáng)差，Pa ;一被測流體（水）的密度，kg/品。用渦輪流量計作為標(biāo)準(zhǔn)流量計來測量流量，每一個流量在壓差計上都有一對應(yīng)的讀數(shù)，將壓差計讀數(shù) P和流量Vs繪制成一條曲線，即流量標(biāo)定曲線。 同時利用上式整理數(shù)據(jù)可進(jìn)一步得到 C Re關(guān)系曲線四、實驗裝置的基本

9、情況L 實圖:圖2流動過程綜合實險流程示意圖（北京京工科業(yè)公司出品）一1-水箱；2-水泵；3-入口真空表；4-出口壓力表；5、16-緩沖罐；6、14-測局部阻力近端閥；7、15-測局部阻力遠(yuǎn)端閥；8、17-粗糙管測壓閥；9、21-光滑管測壓閥；10-局部阻力閥；11-文丘里流量計（孔板流量計）；12-壓力傳感器；13- 渦流流量計；18、32-閥門；20-粗糙管閥；22-小轉(zhuǎn)子流量計；23-大轉(zhuǎn)子流量 計；24閥門；25-水箱放水閥；26-倒U型管放空閥；27-倒U型管；28、30- 倒U型管排水閥；29、31-傕j U型管平衡閥實驗裝置流程簡介1. 流體阻力測量：水泵2將儲水槽1中的水抽出，

10、送入實驗系統(tǒng)，經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子流量計22、23測量流量，然后送入被測直管段測量流體流動阻力，經(jīng)回流管流回儲水槽1。被測直管段流體流動阻力 AP可根據(jù)其數(shù)值大小分別采用變送器 12或空氣一水倒置U型管來測量2. 流量計、離心泵性能測定：水泵 2 將水槽 1 內(nèi)的水輸送到實驗系統(tǒng)，流體經(jīng)渦輪流量計13 計量，用流量調(diào)節(jié)閥32 調(diào)節(jié)流量，回到儲水槽。同時測量文丘里流量計兩端的壓差，離心泵進(jìn)出口壓強(qiáng)、離心泵電機(jī)輸入功率并記錄。3. 管路特性測量：用流量調(diào)節(jié)閥32 調(diào)節(jié)流量到某一位置，改變電機(jī)頻率，測定渦輪流量計的頻率、泵入口壓強(qiáng)、泵出口壓強(qiáng)并記錄。2. 實驗設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)：1、光滑管雷諾數(shù)50030000

11、、常溫常壓操作；粗糙管雷諾數(shù)50030000、常溫常壓操作；閥門局部阻力雷諾數(shù)200015000、常溫常壓操作。2、流量及性能測定：文丘里流量計流量、孔板流量計流量、渦輪流量計流 量。3、離心泵特性、管路性能：液體流量72m3/h、離心泵效率（刀）：060%，液體溫度：常溫。4不銹鋼光滑管：管徑 d-0.0079m 管長L1.6 m；不銹鋼粗糙管：管 徑d0.0099m、管長L1.6m、內(nèi)裝不銹鋼螺旋絲；不銹鋼局部管：管徑 d 0.02m、管長L 1.6m。5、 4 種不同不銹鋼閥控制局部阻力的測量6、轉(zhuǎn)子流量計：10100、 1001000 l/h 。7、渦輪流量計：220 m3/h。五、實

12、驗方法及步驟：1流體阻力測量（ 1）向儲水槽內(nèi)注水至水滿為止。（ 最好使用蒸餾水，以保持流體清潔）（ 2）光滑管阻力測定： 關(guān)閉粗糙管路閥門8,17,20 ，將光滑管路閥門9,19,21 全開，在流量為零條件下，打開通向倒置U 型管的進(jìn)水閥29,31 ，檢查導(dǎo)壓管內(nèi)是否有氣泡存在。若倒置 U 型管內(nèi)液柱高度差不為零，則表明導(dǎo)壓管內(nèi)存在氣泡。需要進(jìn)行趕氣泡操作。導(dǎo)壓系統(tǒng)如圖4 所示操作方法如下：加大流量，打開U 型管進(jìn)出水閥門29,31 ，使倒置U 型管內(nèi)液體充分流動，以趕出管路內(nèi)的氣泡；若觀察氣泡已趕凈，將流量調(diào)節(jié)閥 24關(guān)閉，U型管 進(jìn)出水閥29,31關(guān)閉，慢慢旋開倒置U型管上部的放空閥26

13、后，分別緩慢打開 閥門28、30,使液柱降至中點上下時馬上關(guān)閉，管內(nèi)形成氣一水柱，此時管內(nèi)液柱高度差不一定為零。然后關(guān)閉放空閥26,打開U型管進(jìn)出水閥29,31 ,此時U型管兩液柱的高度差應(yīng)為零(12mm的高度差可以忽略)，如不為零則表明管路中仍有氣泡存在,需要重復(fù)進(jìn)行趕氣泡操作圖4導(dǎo)壓系統(tǒng)示意圖3、4-排水閥；11- U型管進(jìn)水閥；12-壓力傳感器;26- U型管放空閥；27-U型管該裝置兩個轉(zhuǎn)子流量計并聯(lián)連接，根據(jù)流量大小選擇不同量程的流量計測量 流量。 差壓變送器與倒置U型管亦是并聯(lián)連接，用于測量壓差，小流量時用U型管 壓差計測量，大流量時用差壓變送器測量。應(yīng)在最大流量和最小流量之間進(jìn)行

14、 實驗操作，一般測取1520組數(shù)據(jù)。注：在測大流量的壓差時應(yīng)關(guān)閉 U型管的進(jìn)出水閥29,31,防止水利用U型管 形成回路影響實驗數(shù)據(jù)。(3)粗糙管阻力測定：關(guān)閉光滑管閥，將粗糙管閥全開，從小流量到最大流量，測取 1520組數(shù)據(jù)。(4)測取水箱水溫。待數(shù)據(jù)測量完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵。(5)粗糙管、局部阻力測量方法同前。2.流量計、離心泵性能測定(1)向儲水槽內(nèi)注入蒸儲水。檢查流量調(diào)節(jié)閥32,壓力表4的開關(guān)及真空表3的開關(guān)是否關(guān)閉（ 應(yīng)關(guān)閉） 。（ 2）啟動離心泵，緩慢打開調(diào)節(jié)閥32 至全開。待系統(tǒng)內(nèi)流體穩(wěn)定，即系統(tǒng)內(nèi)已沒有氣體，打開壓力表和真空表的開關(guān)，方可測取數(shù)據(jù)。（3）用閥門32調(diào)節(jié)流量

15、，從流量為零至最大或流量從最大到零，測取1015組數(shù)據(jù)，同時記錄渦輪流量計頻率、文丘里流量計的壓差、泵入口壓強(qiáng)、泵出口壓強(qiáng)、功率表讀數(shù)，并記錄水溫。（ 4）實驗結(jié)束后，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵，切斷電源。3管路特性的測量（ 1）測量管路特性曲線測定時，先置流量調(diào)節(jié)閥32 為某一開度，調(diào)節(jié)離心泵電機(jī)頻率（調(diào)節(jié)范圍5020Hz）,測取810組數(shù)據(jù)，同時記錄電機(jī)頻率、泵入口壓強(qiáng)、泵出口壓強(qiáng)、流量計讀數(shù)，并記錄水溫。（ 2）實驗結(jié)束后，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵，切斷電源。3. 管路特性的測定：當(dāng)離心泵安裝在特定的管路系統(tǒng)中工作時，實際的工作壓頭和流量不僅與離心泵本身的性能有關(guān)，還與管路特性有關(guān)，也就是說，在液

16、體輸送過程中，泵和管路二者是相互制約的。管路特性曲線是指流體流經(jīng)管路系統(tǒng)的流量與所需壓頭之間的關(guān)系。若將泵的特性曲線與管路特性曲線繪制在同一坐標(biāo)圖上，兩曲線交點即為泵在該管路的工作點。因此，如同通過改變閥門開度來改變管路特性曲線，求出泵的特性曲線一樣，可通過改變泵轉(zhuǎn)速來改變泵的特性曲線，從而得出管路特性曲線。泵的壓頭H 計算方法同上。六、 實驗注意事項1直流數(shù)字表操作方法請仔細(xì)閱讀說明書，待熟悉其性能和使用方法后再進(jìn)行使用操作。2啟動離心泵之前以及從光滑管阻力測量過渡到其它測量之前，都必須檢查所有流量調(diào)節(jié)閥是否關(guān)閉。3.利用壓力傳感器測量大流量下P 時,應(yīng)切斷空氣一水倒置U型玻璃管的閥門 否則

17、將影響測量數(shù)值的準(zhǔn)確。4在實驗過程中每調(diào)節(jié)一個流量之后應(yīng)待流量和直管壓降的數(shù)據(jù)穩(wěn)定以后方可記錄數(shù)據(jù)。5 .若之前較長時間未做實驗，啟動離心泵時應(yīng)先盤軸轉(zhuǎn)動，否則易燒壞電機(jī)。6 .該裝置電路采用五線三相制配電，實驗設(shè)備應(yīng)良好接地。7 .使用變頻調(diào)速器時一定注意 FWD旨示燈亮，切忌按FWD REV!, REV旨示燈 亮?xí)r電機(jī)反轉(zhuǎn)。8 .啟動離心泵前，必須關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉壓力表和真空表的開關(guān)，以免 損壞測量儀表。9 .實驗水質(zhì)要清潔，以免影響渦輪流量計運行。七、實驗數(shù)據(jù)笈-、直管阻力實驗數(shù)據(jù)表（A套光滑直管內(nèi)徑7.8mm管長1.60米）t=20 C、L 1.005 10-3 (pa.s)、p

18、= 998.2(Kg/m3)R序號Q (l/h)(KPa)(mmH2o)AP (KPa)u (m/s)Re入11200106.301063006.98540710.021582110090.80908006.40495650.021943100075.90759005.82450590.02219490061.20612005.23405530.02209580048.70487004.65360470.02225670038.20382004.07315420.02280760028.50京工科業(yè)提供285003.49270360.02315850020.50205002.91225300.

19、02398940013.70137002.33180240.02504103008.3083001.74135180.02697112004284194.901.1690120.03066121001341313.360.5845060.0384013901111087.930.5240550.03927148091891.910.4736050.04075157071695.880.4131540.04153166054529.260.3527040.04299175029284.230.2922530.03324184016156.820.2318020.02866193014137.22

20、0.1713520.044582020988.210.129010.064482110439.200.064510.11463（層流流動中阻力系數(shù)入與雷諾準(zhǔn)數(shù)的關(guān)系為：入=54/Re )表二、直管P目力實蛉數(shù)據(jù)表（第一套粗糙直管內(nèi)徑10.口2、管長L600米）dt=20t、i=l.OO5xiC-S(pa.s), p=的Z-2(Kg/m3產(chǎn)序號/Q (lZh) 首RQAP <KPa)戶u (m s5 fRe/3*(KPi)中(mniH2o)1段0一1851850004.2卻441吩0.1284 加的1100/15ggQ1590CKV工孫38661=01314”恥1Q0M134.90+14J

21、1349003 54口3514*=口弘91P4 口90。7IQ8 mA1陶吩立反3163 加0.13359酎80085.90F85姒32.8328117/0.1342370067.9Ck戶67皿2.48-'24602*=0.13853仃EOM5L3W513處2.12210890 1425W3 口5OW36,403心劃(X*L77u17373/。1例1»9如0/25g北京京工科業(yè)2500M1.42*14059-0562M38 口15. M口154附L0加1054+=017113 平1320g黃76(X>r0.71702 P*7049002IOOp口264025 酊.530

22、.3W350025g77n13Rgo4-1Q225P22012加0.3243如如0 2722 和1“aoF18&>1823.0202勿28120.2848715甲股np155戶1519.18 /0N%斗6的0.3100處164SOP123/1205.540一2”21郎0 334DM1750*-'088P0.1817m03450*LM4婚W度”5S8.O7P0.1414。60 3675SPL打眥7能p372卅0卜105懺0.4133(20中2gp必19 6曲0.0770和0.45010表三、局部阻力實驗數(shù)據(jù)表序號Q (l/h)近端壓差遠(yuǎn)端壓差u (m/s)局部阻力壓差阻力系

23、數(shù)（Re16002.42.50.94423005.212308.0728002.83.21.25824003.016410.76310003.341.57326002.120513.45圖三人一Re曲線（第一套）表二、離心泵性能測定實驗數(shù)據(jù)記錄（液體溫度28c 液體密度p =996.3kg/m、泵進(jìn)出口高度=0.18米）序渦輪流量計入口壓力P1出口壓力P2電機(jī)功率Q壓頭h泵軸功率N號(MPa)(MPa)(kw)(m3/h)(m)(w)(%)11810.0280.0840.618.4111.636663.221740.0240.0950.618.0812.336664.53r 164 10.02

24、30.107r 0.67.6213.5360F 77.441580.0220.1150.597.3414.235479.951470.0190.1260.596.8315.035478.66r 136 i0.0160.139:0.586.3216.034879.071230.0130.1510.575.7116.934276.981110.010.1630.575.1617.834273.19r 105 i0.0090.1670.564.8818.233671.610940.0080.175r 0.534.3718.9318；70.411830.0060.1810.523.8619.33126

25、4.812700.0040.1870.53.2519.730058.013550.0020.1950.462.5620.327651.114380.0010.2020.411.7720.924640.815000.230.340.0023.72040.016表三、流量計性能測定實驗數(shù)據(jù)記錄渦輪流量計儀表常數(shù)77.496 (s/l ) 文丘里流量計壓差讀數(shù)初始值 0.2kPa序 號渦輪流量計文丘里流量計文丘里流量計Q流速uReCo(kPa)(Pa)(m3/h)(m/s)118311.3113008.501.609731971.013217710.5105008.221.5471703671.01631669.393007.711.45866323