实验四 化工流体过程综合实验
实验学时： 10 实验类型：综合 实验要求：必修 一、实验目的
1.掌握光滑直管、粗糙直管阻力系数的测量方法，并绘制光滑管及粗糙管的??Re曲线，将其与摩擦系数图进行比较；
2.掌握阀门的局部阻力系数的测量方法；
3.了解各种流量计（节流式、转子、涡轮）的结构、性能及特点，掌握其使用方法；掌握节流式流量计标定方法，会测定并绘制文丘里、孔板、喷嘴流量计流量标定曲线（流量-压差关系）及流量系数和雷诺数之间的关系（Co?Re关系）；
4.了解离心泵的结构、操作方法，掌握离心泵特性曲线测定方法，掌握离心泵管路特性曲线测定方法，并能绘制相应曲线。
二、实验内容
1.测定光滑直管和粗糙直管摩擦阻力系数，绘制光滑管及粗糙管的??Re曲线； 2.测定阀门的局部阻力系数；
3.测定并绘制文丘里、孔板、喷嘴流量计（三选一）流量标定曲线（流量-压差关系）及流量系数和雷诺数之间的关系（Co?Re关系）；
4.测量离心泵的特性曲线，测量离心泵管路特性曲线，并绘制相应曲线；确定其最佳工作范围。
三、实验原理、方法和手段
1.流体阻力实验
a.直管摩擦系数?与雷诺数Re的测定：
直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即??f(Re,?/d)，对一定的相对粗糙度而言，??f(Re)。
流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路阻力引起的能量损失为：
hf?p1?p2???pf? ⑴
又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式）
整理⑴⑵两式得
lu2hf????d2?pf ⑵
2d?pf ?? ⑶ ???lu2 Re?式中： d?管径，m ；
?pf?直管阻力引起的压强降，Pa；
d?u??? ⑷
l?管长，m；
u?流速，m / s；
??流体的密度，kg / m3；
s / m2。 ??流体的粘度，N·
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ρ和粘度μ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⑶可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式⑷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λ与Re的关系曲线。 b.局部阻力系数?的测定：
u2?? h?f? ?2?p'f?2??pf ????????u2
??式中： ??局部阻力系数，无因次；
?pf?局部阻力引起的压强降，Pa；
''h'f?局部阻力引起的能量损失，J／kg。
图-1 局部阻力测量取压口布置图
局部阻力引起的压强降?pf 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，使
ab＝bc ； a＇b＇＝b＇c＇
则 △Pf，a b ＝△Pf，bc ；
△Pf，a＇b＇= △Pf，b＇c＇
在a~a＇之间列柏努利方程式：
Pa－Pa＇ =2△Pf，a b+2△Pf，a＇b＇+△P
在b~b＇之间列柏努利方程式：
Pb－Pb＇ = △Pf，bc+△Pf，b＇c＇+△Pf
= △Pf，a b+△Pf，a＇b＇+△Pf ⑹ 联立式⑸和⑹，则：
?Pf＝2(Pb－Pb＇)－(Pa－Pa＇)
为了实验方便，称(Pb－Pb＇)为近点压差，称(Pa－Pa＇)为远点压差。其数值用差压传感器来测量。
2.流量计性能测定：
流体通过节流式流量计时在上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量的关系为：
'＇＇＇
'f ⑸
Vs?C0A02(p上?p下)?
式中：VS—被测流体(水)的体积流量，m3/s； C0— 流量系数，无因次； A0—流量计节流孔截面积，m2；
p上?p下—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，kg／m3 。
用涡轮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。同时利用上式整理数据可进一步得到C0—Re关系曲线。 3.离心泵性能测定实验
离心泵的特征方程是从理论上对离心泵中液体质点的运动情况进行分析研究后，得出的离心泵压头与流量的关系。离心泵的性能受到泵的内部结构、叶轮形式和转数的影响。故在实际工作中，其内部流动的规律比较复杂，实际压头要小于理论压头。因此，离心泵的扬程尚不能从理论上作出精确的计算，需要实验测定。 a.扬程H的测定：
在泵的吸入口和排出口之间列柏努利方程
p出u2入p入u2入z入???H?z出???hf入?出?g2g?g2gH??z出?z入??p出?p入u?u??g2g2出2入
?hf入?出上式中hf入?出是泵的吸入口和排出口之间管路内的流体流动阻力，与柏努利方程中其它项比较，hf入?出值很小，故可忽略。于是上式变为：
p出?p入u2出?u2入H??z出?z入???
?g2g将测得的z出?z入和p出?p入的值以及计算所得的u入,u出代入上式即可求得H的值。 b.轴功率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，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 = 功率表读数×电动机效率，kw。 c.效率?的测定：
????NeN
HQ?gHQ?Ne??1000102式中： ?—泵的效率；
N—泵的轴功率，kw； Ne—泵的有效功率kw； H—泵的扬程，m； Q—泵的流量，m3/s
?—水的密度，kg/m3
4.管路特性的测定：
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。
管路特性曲线是指流体流经管路系统的流量与所需压头之间的关系。若将泵的特性曲线与管路特性曲线绘制在同一坐标图上，两曲线交点即为泵在该管路的工作点。因此，如同通过改变阀门开度来改变管路特性曲线，求出泵的特性曲线一样，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计算方法同上。
四、实验组织运行要求
集中授课形式
五、实验条件
1.实验设备主要技术参数： a.流体阻力部分：
被测直管段：光滑管管径d-0.008 (m) 管长L-1.700 (m) 材料不锈钢
粗糙管管径d-0.010 (m) 管长L-1.700 (m) 材料不锈钢
局部阻力管径d-0.015 (m) 玻璃转子流量计：
LZB—25 100~1000（L/h） VA10-15F 10~100（L/h）
压差传感器：
型号LXWY 测量范围200 KPa
数字显示仪表：测量参数名称 仪表名称 数量
温度 AI-501B 1 压差 AI-501BV24 1 流量 AI-501BV24 1 功率 AI-501B 1
离心泵：型号WB70/055 b.流量计性能部分：