(整理)化工流動(dòng)過程綜合實(shí)驗(yàn)

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講義天津大學(xué)化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)習(xí)直管摩擦阻力AP、直管摩擦系數(shù)九的測(cè)定方法。f掌握直管摩擦系數(shù)入與雷諾數(shù)Re和相對(duì)粗糙度之間的關(guān)系及變化規(guī)律。掌握局部摩擦阻力APf局部阻力系數(shù)。的測(cè)定方法。4掌學(xué)習(xí)壓強(qiáng)差的幾種測(cè)量方法和提高其測(cè)量精確度的一些技巧。5掌熟悉離心泵的操作方法。6掌掌握離心泵特性曲線和管路特性曲線的測(cè)定方法、表示方法，加深對(duì)離心泵性能的了解。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:測(cè)定實(shí)驗(yàn)管路內(nèi)流體流動(dòng)的阻力和直管摩擦系數(shù)九。測(cè)定實(shí)驗(yàn)管路內(nèi)流體流動(dòng)的直管摩擦系數(shù)入與雷諾數(shù)Re和相對(duì)粗糙度之間的關(guān)系曲線。測(cè)定管路部件局部摩擦阻力APf和局部阻力系數(shù)。。4熟掌悉離心泵的結(jié)構(gòu)與操作方法。5測(cè)掌定某型號(hào)離心泵在一定轉(zhuǎn)速下的特性曲線。6測(cè)掌定流量調(diào)節(jié)閥某一開度下管路特性曲線。三、實(shí)驗(yàn)原理:直管摩擦系數(shù)人與雷諾數(shù)的測(cè)定直管的摩擦阻力系數(shù)是雷諾數(shù)和相對(duì)粗糙度的函數(shù)，即X=f(Re,s/d)，對(duì)一定的相對(duì)粗糙度而言，入=f(Re)。流體在一定長(zhǎng)度等直徑的水平圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，其管路阻力引起的能量損失為：TOC\o"1-5"\h\z.P—pAP /、h=―i2-=——f ()fPP又因?yàn)槟Σ磷枇ο禂?shù)與阻力損失之間有如下關(guān)系(范寧公式)h=/=xgu ()fPd22dAP整理()()兩式得 九=2d--一 ()P-lu2

d?u?pRe二 式中：d-管徑，；l—管長(zhǎng)，;p-流體的密度，式中：d-管徑，；l—管長(zhǎng)，;p-流體的密度，在實(shí)驗(yàn)裝置中，直管段管長(zhǎng)1和管徑都已固定。若水溫一定，則水的密度;H在實(shí)驗(yàn)裝置中，直管段管長(zhǎng)1和管徑都已固定。若水溫一定，則水的密度p和粘度p也是定值。所以本實(shí)驗(yàn)實(shí)質(zhì)上是測(cè)定直管段流體阻力引起的壓強(qiáng)降A(chǔ)P與流速（或流量）之間的關(guān)系。fv根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和式（）可計(jì)算出不同流速下的直管摩擦系班，用式（）計(jì)算對(duì)應(yīng)的，整理出直管摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系，繪出人與的關(guān)系曲線。.局部阻力系數(shù)。的測(cè)定:7,AP\uu2 /12）APhf=f=Ck C=-I-——fp2 （pju2式中：C-局部阻力系數(shù)，無(wú)因次；APf-局部阻力引起的壓強(qiáng)降，ahf-局部阻力引起的能量損失，/。圖-1局部阻力測(cè)量取壓口布置圖局部阻力引起的壓強(qiáng)降A(chǔ)Pf可用下面方法測(cè)量：在一條各處直徑相等的直管段上，安裝待測(cè)局部阻力的閥門，在上、下游各開兩對(duì)測(cè)壓口和'如圖，使=c''=''，則△ =△ ；△ △f，ab f，bc f，a＇b＇f，bc在~之間列柏努利方程式一△ △ △，TOC\o"1-5"\h\z在~之間列柏努利方程式： 一△ △ △Pbb＇f，bcf，b＇c＇f△ △ △P ()f，abf，a＇b＇f聯(lián)立式和，則：AP'= — ——f bb＇aa＇為了實(shí)驗(yàn)方便，稱一b為近點(diǎn)壓差，稱一，為遠(yuǎn)點(diǎn)壓差。其數(shù)值用差壓傳感器或型管壓差計(jì)來(lái)測(cè)量。3離.心泵特性曲線的測(cè)定:離心泵是最常見的液體輸送設(shè)備。在一定的型號(hào)和轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚(yáng)程、軸功率及效率n均隨流量而改變。通常通過實(shí)驗(yàn)測(cè)出一、一及n一關(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(cè)定方法如下：的測(cè)定：在泵的吸入口和排出口之間列柏努利方程Pu2 Pu2TOC\o"1-5"\h\zZ+―入+—入+H=Z+-出+—入+H 7)入Pg2g 出pg2g f入-出P一PU2,—U2、 /、H=XZ—Z人-出__入+ 入+H 7)出入 pg 2g f入-出上式中H 是泵的吸入口和壓出口之間管路內(nèi)的流體流動(dòng)阻力，與柏努力/入一出方程中其它項(xiàng)比較，H 值很小，故可忽略。于是上式變?yōu)椋?入-出TOC\o"1-5"\h\z( \P—P-21—-2 /、H=(Z—Z)+-出——入+ 入 ()出入 pg 2g將測(cè)得的(Z—Z)和P—P值以及計(jì)算所得的-,-代入上式，即可求得H出入出入 入出測(cè)定：功率表測(cè)得的功率為電動(dòng)機(jī)的輸入功率。由于泵由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，傳動(dòng)效率可視為1，所以電動(dòng)機(jī)的輸出功率等于泵的軸功率。即：泵的軸功率電動(dòng)機(jī)的輸出功率，電動(dòng)機(jī)輸出功率電動(dòng)機(jī)輸入功率X電動(dòng)機(jī)效率。泵的軸功率功率表讀數(shù)X電動(dòng)機(jī)效率，。n測(cè)定n=Ne (0NNe=HQPg=HQP(仙)

1000 102式中：n—泵的效率;一泵的軸功率，泵的有效功率一泵的揚(yáng)程，—泵的流量，p水的密度，.管路特性曲線的測(cè)定當(dāng)離心泵安裝在特定的管路系統(tǒng)中工作時(shí)，實(shí)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(shuō)，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(diǎn)即為泵的在該管路的工作點(diǎn)。因此，如同通過改變閥門開度來(lái)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(lái)改變泵的特性曲線，從而得出管路特性曲線。泵的壓頭計(jì)算同上。5流.量計(jì)性能的測(cè)定:流體通過節(jié)流式流量計(jì)時(shí)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(關(guān)系為：；2(P—P)式中：q-被測(cè)流體水的體積流量，VC—流量系數(shù)，無(wú)因次；0A—流量計(jì)節(jié)流孔截面積，；0P「P一流量計(jì)上、下游兩取壓口之間的壓強(qiáng)差，上下P—被測(cè)流體水的密度，/用渦輪流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)來(lái)測(cè)量流量q，每一個(gè)流量在壓差計(jì)上都有V一對(duì)應(yīng)的讀數(shù)，將壓差計(jì)讀數(shù)△和流量q繪制成一條曲線，即流量標(biāo)定曲線。V同時(shí)利用上式整理數(shù)據(jù)可進(jìn)一步得到c—關(guān)系曲線。0

四、實(shí)驗(yàn)裝置的基本情況:實(shí)驗(yàn)1裝.置流程示意圖26圖-2流動(dòng)過程綜合實(shí)驗(yàn)流程示意圖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(cè)-局部阻力近端閥；7、15測(cè)-局部阻力遠(yuǎn)端閥；8、17粗-糙管測(cè)壓閥；9、21光-滑管測(cè)壓閥；10局-部阻力閥；11文-丘里流量計(jì)（孔板流量計(jì)）；12壓-力傳感器；13渦流流量計(jì)；1、832閥-門；20粗-糙管閥；22小-轉(zhuǎn)子流量計(jì)；23大-轉(zhuǎn)子流量計(jì)；閥門；水箱放水閥；倒型管放空閥； 倒型管；、倒型管排水閥；、倒型管平衡閥；實(shí)驗(yàn)裝置流程簡(jiǎn)介①流體阻力測(cè)量：水泵2將儲(chǔ)水槽1中的水抽出，送入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)2、22測(cè)量流量，然后送入被測(cè)直管段測(cè)量流體流動(dòng)阻力，經(jīng)回流管流回儲(chǔ)水槽1。被測(cè)直管段流體流動(dòng)阻力△可根據(jù)其數(shù)值大小分別采用變送器 或空氣一水倒置U型管來(lái)測(cè)量。②流量計(jì)、離心泵性能測(cè)定：水泵2將水槽1內(nèi)的水輸送到實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，流體經(jīng)渦輪流量計(jì)13計(jì)量，用流量調(diào)節(jié)閥32調(diào)節(jié)流量，回到儲(chǔ)水槽。同時(shí)測(cè)量文丘里流量計(jì)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(cè)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(cè)定渦輪流量計(jì)的頻率、泵入口壓強(qiáng)、泵出口壓強(qiáng)并記錄。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)：表-1實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)序號(hào)名稱規(guī)格材料玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)一 ( )一 ( )壓差傳感器型號(hào) 測(cè)量范圍不銹鋼離心泵型號(hào)不銹鋼文丘里流量計(jì)喉徑不銹鋼實(shí)驗(yàn)管路管徑不銹鋼真空表測(cè)量范圍 精度級(jí)真空表測(cè)壓位置管內(nèi)徑壓力表測(cè)量范圍 精度級(jí)壓強(qiáng)表測(cè)壓位置管內(nèi)徑渦輪流量計(jì)型號(hào) 測(cè)量范圍一變頻器型號(hào) 規(guī)格：（ 5表-2實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)：光滑管：管徑 管長(zhǎng)粗糙管：管徑 管長(zhǎng)真空表與壓強(qiáng)表測(cè)壓口之間的垂直距離泵入口管路：管徑 .泵出口管路：管徑3實(shí).驗(yàn)裝置面板圖：流量（m'/h）■尊5iVlIIIII1㈤“壓差(KPa)IVIIIII11國(guó)sasvD五⑷功率（Kw>iJ*LUUJ3U口CD水溫rc）JdIIII11國(guó)GB51□S變頻精UJz）coo

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總電源圖-3實(shí)驗(yàn)裝置儀表面板圖五、實(shí)驗(yàn)方法及步驟：1．流體阻力測(cè)定（1）向儲(chǔ)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(cè)定：①關(guān)閉粗糙管路閥門8,17，,將2光0滑管路閥門9,19全,開2，1在流量為零條件下，打開通向倒置型管的進(jìn)水閥，檢查導(dǎo)壓管內(nèi)是否有氣泡存在。若倒置型管內(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，打開型管進(jìn)出水閥門 ，使倒置型管內(nèi)液體充分流動(dòng)，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)閥關(guān)閉，型管進(jìn)出水閥關(guān)閉，慢慢旋開倒置型管上部的放空閥后，分別緩慢打開閥門28、30，使液柱降至中點(diǎn)上下時(shí)馬上關(guān)閉，管內(nèi)形成氣—水柱，此時(shí)管內(nèi)液柱高

度差不一定為零。然后關(guān)閉放空閥，打開型管進(jìn)出水閥，此時(shí)型管兩液柱的高度差應(yīng)為零（一的高度差可以忽略），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8排水閥； 型管進(jìn)水閥； 壓力傳感器； 型管放空閥； 型管②該裝置兩個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)并聯(lián)連接，根據(jù)流量大小選擇不同量程的流量計(jì)測(cè)量流量。③差壓變送器與倒置型管亦是并聯(lián)連接，用于測(cè)量壓差，小流量時(shí)用U型管壓差計(jì)測(cè)量，大流量時(shí)用差壓變送器測(cè)量。應(yīng)在最大流量和最小流量之間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，一般測(cè)取?組數(shù)據(jù)。注：在測(cè)大流量的壓差時(shí)應(yīng)關(guān)閉型管的進(jìn)出水閥 ，防止水利用型管形成回路影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。）粗糙管阻力測(cè)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(cè)取15~組2數(shù)0據(jù)。(4)測(cè)取水箱水溫。待數(shù)據(jù)測(cè)量完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵。(5)粗糙管、局部阻力測(cè)量方法同前。2．流量計(jì)、離心泵性能測(cè)定(1)向儲(chǔ)水槽內(nèi)注入蒸餾水。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(dòng)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(cè)取數(shù)據(jù)。()用閥門調(diào)節(jié)流量，從流量為零至最大或流量從最大到零，測(cè)取?15組數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄渦輪流量計(jì)頻率、文丘里流量計(jì)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(shí)驗(yàn)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(cè)量(1)測(cè)量管路特性曲線測(cè)定時(shí)，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)范圍一),測(cè)取?組數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄電機(jī)頻率、泵入口壓強(qiáng)、泵出口壓強(qiáng)、流量計(jì)讀數(shù)，并記錄水溫。(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵，切斷電源。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1．仔細(xì)閱讀數(shù)字儀表操作方法說(shuō)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(dòng)離心泵之前以及從光滑管阻力測(cè)量過渡到