综合性实验指导书.doc

综合性实验指导书编制人：肖益民 林真国审定人：康侍民一、实验目的与任务实验目的：获得管网的总阻抗和管网特性曲线，结合风机性能曲线，求取风机在管网中的工作状态点；加深对工程实际管网的认识和理解；培养实验动手、分工合作的能力。实验任务：（1） 了解实验台的组成；（2） 测定管网的总阻抗；（3） 调节风机的供电频率，测定风机转速；（4） 测定空气温度与大气压力，计算密度；（5） 绘制管网特性曲线；（6） 风机性能曲线换算；（7） 求取风机在不同转速时的工况点。二、实验的综合知识点完成本实验的测试和数据处理与分析需要综合应用以下知识：（1）流体力学关于管道流动阻力计算、管道断面流量测定的原理；（2）流体输配管网关于管网阻抗、管网特性曲线、风机（水泵）的性能曲线、风机（水泵）的工作状态点等基本概念；（3）流体输配管网关于风机（水泵）的相似律；管网特性曲线由管网的构造特性确定，与风机（水泵）性能无关；风机（水泵）的工作状态点由管网特性曲线与风机（水泵）的性能共同确定的；调节管网特性和风机（水泵）性能均可改变风机（水泵）的工作状态点等流体输配管网的基本原理；（3）流体输配管网关于管网的水力计算方法；（4）工程热力学关于气体密度的计算方法。三、实验装置见图1“实验装置系统图”。四、实验主要仪表与设备测压管：标准毕托管或自制测压管，2支倾斜式微压计：2台水银温度计：2支，050转速表：1套空盒气压计：1套双转速离心风机：1台，附风机性能参数表五、实验原理1、管网的总阻抗与特性曲线对于工程中的通风空调枝状管网，可以按照各个管段之间的串并联关系，将其简化为一个环路，环路的能量平衡关系如下： （1）式中，管网的全压动力，Pa，实验系统中，即为风机的输出全压；重力对环路中流体流动的作用力，Pa；流体在环路的流动阻力，Pa； （2）S管网系统的总阻抗（管网特性系数），kg/m7；Q管网系统的总风量，m3/s。管网系统中的流动介质为空气，且物理性质与周围环境空气相同时，重力对环路中流体流动的作用力为零，则 （3）所以 （4）因此，只要测定出管网中的总流量和总阻力（或风机的输出全压），即可计算出管网系统的总阻抗。2、管网系统的特性曲线对于枝状管网系统，将式（2）代入式（1），得到： （5）将式（5）以流量为横坐标、压强为纵坐标描绘在直角坐标系中，即为管网的特性曲线。显然，当时，有 （6）3、风机的性能曲线换算根据相似律，风机在工作流体密度和转速与额定状态不一致时，相似工况点之间的性能参数满足如下换算关系：流量： （7）式中，风机转速，r/min； 全压： （8）式中，流体密度，kg/m3。功率： （9）效率： （10）式中带下标0的各变量表示风机在标准状态下的性能参数（样本参数），不带下标的各变量表示风机在工作状态下的性能参数。4、断面压力之间的关系 （11）式中，全压，Pa；静压，Pa；动压，Pa； （12）式中，流速，m/s。5、断面流量计算 （13）式中，断面面积，m2；断面平均流速，m/s。六、实验步骤与方法1熟悉实验装置及仪器。了解仪器的使用方法及注意事项，检查测压管安装是否正确，校正微压计零点，选取合适的位置，悬挂水银温度计与放置大气压力表；2测量管段e-f、f-g、g-h、h-i、i-j的管道尺寸，统计局部阻力形式，填入表管网水力计算表（表1）中；3将管网中的阀门1、2、3、4、5、10、12开到最大位置，关闭阀门6和11，开启风机，将风机的转速置于低转速档；4选择断面A-A、B-B作为流量测定断面，分别进行断面划分、测点选择。待风机运转平稳后，利用微压计和测压管，测定这两个断面的流量，二者之和即为管网的总流量，测试数据记录在表2中；5测定风机进口附近的断面C-C、出口附近的断面D-D的平均静压，测试数据记录在表3中，此两断面的静压加上平均动压，即为各自的全压平均值；6进行步骤4、5的同时，利用转速表测定风机的转速，分别在温度计、大气压力表上读取实验环境的空气温度、大气压力值，填入表中。以上为工况一（阀门14全开，风机低速运转）的测定；7将风机调至高转速档，重复步骤4、5、6的工作，测试数据记录在相应的表格中。此步骤为工况二（阀门14全开，风机高速运转）的测定；8将管网中的阀门1、2、3、4适当关小，其他阀门状态保持不变，风机仍处于低转速档，重复步骤4、5、6的工作，测试数据记录在相应的表格中。此步骤为工况三（阀门14半开，风机高速运转）的测定；9将风机调至低转速档，重复步骤4、5、6的工作，测试数据记录在相应的表格中。此步骤为工况四（阀门14半开，风机低速运转）的测定；10关闭风机，再次测量实验环境的空气温度，测量实验环境的空气温度、大气压力，填入相应的表格中。11整理好实验仪器与设备，交实验指导老师验收。七、实验数据整理与分析见实验报告书。八、其他说明本实验可由89名同学协作完成。实验开始，由指导老师介绍实验装置与操作方法，接着，分3个小组进行管道尺寸测量与统计，并调节各个阀门至步骤3要求的位置。随后，进行工况一的测试内容时，1个小组测定A-A、B-B断面的流量，1个小组测定C-C、D-D断面的静压，1个小组测定风机的转速。进行工况二、三、四的测试内容时，小组之间进行轮换。指导老师讲解1015分钟，管道尺寸测量与统计1015分钟，每个工况测试2025分钟，总学时：3学时。附录、管道内空气流量的测定方法在风管同一截面上各点的速度往往不同。因此，在确定管内空气的流量时，必须采用该截面上的平均流速。截面上各测点位置的确定：对圆形风管，可将其分成数个面积相等的同心圆环，在每个圆环内互相垂直的两个方向各布置两个测点，这些测点都必须位于该面积的中心位置上。各测点距管道中心的距离可以按下式计算： （14）式中 Ri风管中心到第i点的距离， mm； R0风管的半径， mm； i从风管中心算起的同心环顺序号；n风管断面上划分的同心环数量；对于圆形风管其分环数由下表确定：风管直径mm）=3003005005008008501100大于1150划分环数n23456为了使各测点位置计算更方便，各测点至管壁的距离（以管径D的倍数表示）可以按下表确定：测 点序 号同 心 环 数（n）2345610.0670.0440.0320.0250.02120.250.1470.1050.0820.06730.750.2960.1940.1460.11840.9330.7040.320.2260.1775 0.8530.680.3420.256 0.9560.8060.6580.3557 0.8950.7740.6458 0.9680.8540.759 0.9180.82310 0.9750.88211 0.93312 0.979（1）管道断面空气流速的计算在风管内某点的速度相应有一个动压，当测出该点的动压后即可求出它的速度。然而，对一个截面来讲，要计算出平均速度必须计算出平均动压。其平均动压由下式求得 （15）式中Hdp测点断面平均动压头，mmH2O； H1、H2、Hi断面各测点的动压头，mmH2O； n.测点数；从而，平均流速为 （16）式中水的密度， kg/m3；