四川大学
化工原理实验报告
学院化学工程学院专业化学工程与工艺班号姓名 学号实验日期年月日指导老师
一．实验名称 流体力学综合实验 二．实验目的 测定流体在管道内流动时的直管阻力损失，作出λ与Re的关系曲线。 观察水在管道内的流动类型。 测定在一定转速下离心泵的特性曲线。 标定孔板流量计，绘制Co与Re的关系曲线。 熟悉流量、压差、温度等化够不够仪表的使用。 三．实验原理 1求 ??与Re的关系曲线 流体在管道内流动时，由于实际流体有粘性，其在管内流动时存在摩擦阻力，必然会引起流体能量损耗，此损耗能量分为直管阻力损失和局部阻力损失。流体在水平直管内作稳态流动（如图1所示）时的阻力损失可根据伯努利方程求得。 以管中心线为基准面，在1、2截面间列伯努利方程: 2p1u1p2u22++gz1=++gz2+hf ρ2ρ2 因u1=u2，z1=z2，故流体在等直径管的1、2两截面间的阻力损失为 hf=p1?p2?p= ρρ 流体以流速u通过管内径d、长度为l的一段管道时，其直管阻力为 lu2hf=λ·· d2 由上面两式得：λ=而 Re=duρμ?pρ·l·u2 d2 由此可见，摩擦系数与流体流动类型、管壁粗糙度等因素有关。由因次分析法整理可形象地表示为 ελ=φ(Re,) d 式中：hf-----------直管阻力损失，J/kg； ?------------摩擦阻力系数； l.d----------直管长度和管内径，m； ?P---------流体流经直管的压降，Pa； ?-----------流体的密度，kg/m3； ?-----------流体黏度，Pa·s； u-----------流体在管内的流速，m/s； 流体在一段水平等管径管内流动时，测出一定流量下流体流经这段管路所产生的压降，即可算得hf。两截面压差由差压传感器测得；流量由涡轮流量计测得，其值除以管道截面积即可求得流体平均流速u。在已知管径d和平均流速u的情况下，测定流体温度，确定流体的密度ρ和黏度μ，则可求出雷诺数Re，从而关联出流体流过水平直管的摩擦系数λ与雷诺数Re的关系曲线图。 2求离心泵的特性曲线 离心泵的特性，可用该泵在一定转速下，扬程与流量 H=f1(qv), 轴功率与流量N=f2(qv)，效率与流量η=f3(qv)三条曲线形式表示。若将扬程H、轴功率N和效率??对流量????之间的关系分别绘制在同一直角坐标上所得的三条曲线，即为离心泵的特性曲线，如图二所示。 ①流量????：离心泵输送的流量qv由涡轮流量计测定。 ②扬程H：扬程是指离心泵对单位重量的液体所提供的外加能量。以离心泵入口管中心线的水平面为基准面，离心泵入口真空压力表处为1-1截面，出口压力表处为2-2截面，在1-1截面和2-2截面之间列出伯努利方程式，确定流体经离心泵所增加的能量（mH2O）此能量称为扬程H，其计算式为 2p2?p1u22?u1H=++ z2?z1 +∑Hf1?2 ρg2g式中：∑Hf1?2≈0；p2、p1——离心泵出、进口表压（Pa）； u1,u2——离心泵进、出口管内流速（m/s）； z1,z2——离心泵进、出口压力表处离基准面的高度（m）； H——离心泵扬程（mH2O）； ρ——流体密度（kg/m3） ③轴功率N：离心泵的轴功率N(kW)是指泵轴所消耗的电功率，实验采用功率表测定电机输入功率后，按下式进行计算 N=N电×η传 式中：N——离心泵轴功率（kW）； η传——机械传动效率，近似取为0.95； N电——电动机的输入有效功率，由功率表测定。 ④效率：离心泵的效率??是理论功率与轴功率的比值。即 ??=????×100% ??qvHρ 102而理论功率Nt是离心泵对流体所做的有效功（kW），即 Nt=四．实验装置图及主要设备 ?流体力学实验装置示意图如图所示。 ?主要设备和仪表 ①供水系统：水箱、离心泵、循环管路。 ②测压仪表：压差变送器、压力表。 ③流量仪表：涡轮流量计、转子流量计、孔板流量计。 ④控制柜：变频器、功率表、转速器、无纸记录仪。 ⑤管路系统：由不锈钢管、铜管、水箱和离心泵构成循环管路系统。 五．实验步骤 1) 理清实验装置，检查设备和仪表是否完好，先启动总电源，再启动仪表电源，然后观察仪表工作是否正常。 2) 关闭调节阀1和调节阀2，检查水箱里的水液位是否到指定液位（高于离心泵出口至少100mm）。 3) 测定离心泵特性曲线时应设定离心泵频率，再启动离心泵。 4) 调节阀2（逆时针为开启，顺时针为关闭）开到最大开度，流量最大，稳定2-3min后，记录流量、离心泵进口和出口表压、功率。 5) 逐渐调节调节阀2，使流量从最大到零，重复操作8-10次，每次稳定2-3min后，记录流量、离心泵进出口表压、功率，完成离心泵特性曲线的测定。 6) 改变离心泵频率，重复操作实验步骤（4）、（5），完成不同频率时离心泵特性曲线测定。 7) 开启调节阀1，全开管路的切换阀，关闭调节阀2，排除管路系统内空气。 8) 开启所测管路的三通阀后，再开启所测管路1-1截面和2-2截面的测压阀，排除测压管内的气体。 9) 测定a钢管时，全开切换阀2开启转子流量计计流量，观察测压管内的气体是否排尽，确定排尽后，关闭三通阀，稳定3min，记录流量和压差。 10) 改变转子流量计流量，流量从小到大，每次调节后稳定3min，记录相应的流量和压差。 11) 重复操作实验步骤（10）5-6次，完成流体在a管内层流时的直管阻力测定。 12) 测定b铜管路流体在湍流时的直管阻力，全开切换阀3，开启b铜管路的三通阀后，再开此管路1-1截面和2-2截面的测压阀，检查并关闭其余管路的切换阀和测压阀，排尽测压管内的气体，使测压管内充满流体。 13) 关闭此管路的三通阀，全开调节阀1使流量到最大，稳定3min后，记录其流量和压差。 14) 调节调节阀1改变流量，每次调节稳定3min后，记录相应的流量和压差。 15) 重复操作步骤（14）8-10次，使流量从最大到4m3/h，完成流体在b铜管路内湍流时的直管阻力测定。 16) 开启c钢管路切换阀和三通阀后，再开所测管路1-1截面和2-2截面的测压阀，检查并关闭其余管路的切换阀和测压阀，排除测压管内的气体。 17) 关闭三通阀，全开调节阀1使流量到最大，稳定3min后，记录其流量和压差。