流体流型实验实验报告

1 / 15 流体流型实验实验报告 中国石油大学现代远程教育 学生姓名： 学号： 年级专业层次： 学习中心： 提交时间：年月日 实验一 流体力学综合实验 预习实验： 一、实验目的 1熟悉流体在管路中流动阻力的测定方法及实验数据的归纳 2测定直管摩擦系数和 Re 关系曲线及局部阻力系数 ? 3. 了解离心泵的构造，熟悉其操作和调节方法 4. 测出单级离心泵在固定转速下的特定曲线 二、实验原理 流体在管路中的流动 阻力分为直管阻力和局部阻力两种。直管阻力是流体流经一定管径的直管时，由于流体内摩擦而产生的阻力，可由下式计算： ?plu2 Hf? ?gd2g 局部阻力主要是由于流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部地方所引起的阻力，计算公式如下： ?pu2 2 / 15 H? ?g2g f 管路的能量损失 ?Hf?Hf?Hf 式中 Hf 直管阻力， m 水柱； ? 直管摩擦阻力系数； l 管长， m； d 直管内径， m； u 管内平均流速， m?s?1； g 重力加速度， ?s?2 ?p 直管阻力引起的压强降， Pa； ? 流体的密度， kg?m?3； ? 局部阻力系数； 由式 3-1可得 ? ?P?2d 2 ?lu 这样，利用实验方法测取不同流量下长度为 l 直管两端的压差 ?P即可计算出 ?和 Re，然后在双对数坐标纸上标绘出 ?Re的曲线图。 离心泵的性能受到泵的内部结构、叶轮形式、叶轮3 / 15 转速的影响。 实验将测出的 H Q、 N Q、 ? Q 之间的关系标绘在坐标纸上成为三条曲线，即为离心泵的特性曲 线，根据曲线可找出泵的最佳操作范围，作为选泵的依据。 离心泵的扬程可由进、出口间的能量衡算求得： H?H出口压力表 ?H入口压力表 u?u1 ?h0?2 2g 22 式中 H出口压力表 离心泵出口压力表 读数， m水柱； H入口压力表 离心泵入口压力表的读数， m水柱； h0 离心泵进、出口管路两测压点间的垂直距离，可忽略不计； u1 吸入管内流体的流速， m?s?1； u2 压出管内流体的流速， m?s?1 泵的有效功率，由于泵在运转过程中存在种种能量损失，使泵的实际压头和流量较理论值为低，而输入泵的功率又较理论值为高，所以泵的效率 ? Ne 4 / 15 ?100% N 而泵的有效功率 Ne?QHe?g/ 式中： Ne 泵的有效功率， Kw； N 电机的输入功率，由功率表测出， Kw； Q泵的流量， m3?h-1； He 泵的扬程， m 水柱。 三、实验装置流程图 图 3-1 流体力学综合实验流程图 1-底阀 2-入口压力表 3-离心泵 4-出口压力表 5-充水阀 6-差压变送器 7-涡轮流量计 8-水箱 管子规格： 1#2#，入口内径为，出口内径为，直管内径为，直管管长 1m。 3#8#，入口内径为 41mm，出口内径为，直管内 径为，直管管长 1m 四、实验步骤 1打开充水阀向离心泵泵壳内充水。 2关闭充水阀、出口流量调节阀，启动总电源开关，启动电机电源开关。 3打开出口调节阀至最大，记录下管路流量最大值，即控制柜上的涡轮流量计的读数。 4直管阻力的测定：调节出口阀，流量从大到小测取 8 10 次，再由小到大测取 810次，记录各次实验数据，包括涡轮流量计的读数、直管压差示值。 5. 局部阻力的测定：调节出口阀，改变管路流量 35 / 15 次，分别记录闸阀压差、截止阀压差、涡轮流量计的读数。 6. 离心泵特性曲线的测定：调节出口阀，流量从最大到最小测取 8 10次，再由最小到最大测取 8 10次，记录各次实验数据，包括入口压力表、出口压力表、涡轮流量计、功率表的读数。 7测取实验用水的温度。 8依次关闭出口流量调节阀、电机开关、总电源开关。 3 ?1 4. 当测量流量为零的数据点时，即出口阀全关，数据测量时间不宜太长，以免泵壳内水发热气化。 五、原始数据纪录表格及实验数据处理表格 流量直管压差 入口压力 出口压力 功率表读 m3/h mmH2O 柱 mmHg Kpa 数 Kw 5 -41 44 -51 45 -51 78 -59 83 -59 115 -66 119 -67 182 -79 198 -84 243 -92 271 -94 300 -97 307 -103 359 -112 397 -118 475 -139 475 -139 570 -166 578 -169 局部阻力系数测定： 流量 m3/h 闸阀压差 408 187 107 6 / 15 截止阀压差 455 199 116 六、实验数据处理表格 流量直管压差 入口压力 出口压力 功率表读流速摩擦系扬程 He 有效功率 m3/h mmH2O 柱 5 44 45 78 83 115 119 182 198 243 271 300 307 359 397 475 475 570 578 mmHg -41 -51 -51 -59 -59 -66 -67 -79 -84 -92 -94 -97 -103 -112 -118 -139 -139 -166 -169 Kpa 数 Kw m/s Re 数 Ne 效率 课程名称： 过程工程原理实验指导老师： 成绩：_ 实验名称： 流体力学综合实验实验类型： _ _同组学生姓名： 一、实验目的和要求二、实验内容和原理 三、主要仪器设备四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析 七、讨论、心得 、流体流动阻力测定 一、实验目的 7 / 15 掌握测定流体流经直管、管件时阻力损失的一般实验 方法。 测定直管摩擦系数与雷诺准数 Re的关系，验证在一般湍流区内与 Re的关系曲线。 测定流体流经管件时的局部阻力系数。 识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。 装 二、基本原理 直管阻力摩擦系数的测定 流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为： 订 线 hf? ?pf ? ? p1?p2 ? 2d?pf lu2? d2 8 / 15 采用涡轮流量计测流量 V f 即 ? ?lu2 Re? du? ? u? V 900?d2 用压差传感器测量流体流经直管的压力降 ?pf。 根据实验装置结构参数 l、 d，流体温度 T，及实验时测定的流量 V、压力降 Pf，求取 Re 和，再将 Re 和标绘在双对数坐标图上。 局部阻力系数 的测定 流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数，这种方法称为阻力倍数法。即： u2 h? ?g2g 9 / 15 ?pf 故 ? 2?pf ?u2 根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径 d，流体温度 T，及实验时测定的流量 V、压力降 Pf ，通过式或，求取管件的局部阻力系数。 三、实验装置与流程 实验装置如下图所示： 1、水箱 2、离心泵 3、压差传感器 4、温度计 5、涡轮流量计 6、流量计 7、转子流量计 8、转子流量计 9、压差传感器 10、压差传感器 11、压差传感器 12、粗糙管实验段 13、光滑管实验段 14、层流管实验段 15、压差传感器 16、压差传感器 17、局部阻力 18、局部阻力 图 1 实验装置流程图 装置参数： 四、实验步骤 首先对水泵进行灌水，然后关闭出口阀，打开电源，启动水泵电机，待电机转动平稳后 ，把泵的出 口阀缓缓开到最大。 10 / 15 对压差传感器进行排气，完成后关闭排气阀门，使压差传感器处于测量状态。 缓慢转到调节阀，调节流量，让流量从最大到 /h范围内变化，并且让流量按等比变化。每次改变流量，待流动达到稳定后，分别记下流量值、直管压差和阀门压差。 实验结束，关闭出口阀，停止水泵电机，清理装置。 3 五、数据记录及处理 当水温 T=时，密度 =/cm3，粘度 =* s。 根据式、，以及公式 阀门压差 ?pf?pf?可计算得到如下结果： 光滑管 l1 ?pf l 序号 2 3 4 5 6 7 8 流量 V/ 平均流速 直管压差 直管阻力摩擦雷诺准数 Re 截止阀压差 11 / 15 局部阻力系 0 平均局部阻力系数 =* 粗糙管 序号 2 3 4 5 6 7 流量 平均流速 直管压差直管阻力摩擦系 雷诺准数 截止阀压差局部阻力系 平均局部阻力系数 =* 作 Re 曲线： 对 照化工原理教材上有关曲线图，可估算出粗糙管的相对粗糙度为，则绝对粗糙度为 *10。 12 / 15 同理，光滑管的相对粗糙度为，则其绝对粗糙度为*10。 从实验结果可以看到，粗糙管的相对粗糙度要大于光滑管的相对粗糙度；同时根据闸阀和球阀全开时的局部阻力系数，可以看到球阀的局部阻力系数远远大于闸阀的局部阻力系数，这是由于它们的结构造成的。 -4 -4 六、思考题 在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的出口阀？为什么？ 答：对装置做 排气工作时，先要打开出口阀，使流体流动稳定后，再关闭流程尾部的出口阀，这样可使管中有较大压力使得气体排出。 如何检测管路中的空气已经被排除干净？ 答：先检查连接软管以及传感器的出口管中有没有气泡。如果没有了，关闭流量调节阀，看压差计的读数是否为零，如果为零，则说明气体已经排空。 以水作介质所测得的 Re 关系能否适用于其他流体？如何应用？ 答：能适用于其他流体。通过密度和黏度换算。 在不同设备上，不同水温下测定的 Re 数据能否13 / 15 关联在同一条曲线上？ 答： 不同设备上，不同的水温下测定的 Re 数据能关联在同一曲线上。 、离心泵特性曲线测定 一、实验目的 了解离心泵结构与特性，熟悉离心泵的使用； 测定离心泵在恒定转速下的操作特性，做出特性曲线； 了解差压变送器、涡轮流量计等仪器仪表的工作原理和使用方法。 二、基本原理 离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程 H、轴功率 N 及效率与泵流量 Q 之前的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏 观表现形式。由于泵内流动复杂，不能使用理论方法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。 扬程 H的测定与计算 取离心泵进口真空表和出口压力表处为 1、 2两截面，列机械能衡算方程： 2 p1u12p2u2 z1?H?z2? ?g2g?g2g 14 / 15 若泵进出口速度相差不大，则速度平方差可忽略，则有 H? p2?p1 ?g ?H0?H1?H2 式中： H0?z2?z1，表示泵出口和进口间的位差， m； 流体密度， kg/m3； g 重力加速度， m/s2； p1、 p2 分别为泵进、出口的真空度和表压， m； H1、 H2 分别为泵进、出口的真空度和表压对应的压头， m； u1、 u2 分别为泵进、出口的流速， m/s； z1、 z2 分别为真空表、压力表的安装高度， m。 由上式可知，只要直接读出真空表和压力表上的数值，及两表的安装高度差，就可计算出泵的扬程。 轴功率 N 的测量与计算 N?N电 ?k 其中， N电为电功率表显示值， k代表电动机转动效率，可取 k=。 效率的计算 泵的效率是泵的有效功率 Ne与轴功率 N的比值。有效功率 Ne 是单位时间内