浙江大学化工原理实验---流体力学综合实验报告

1、.专业：姓名：学号：日期： 2015地点：教十1208实验报告课程名称：过程工程原理实验（乙）指导老师：金伟光成绩： _实验名称：流体力学综合实验（一、二）实验类型：工程实验同组学生：一、实验目的和要求（必填）二、实验容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）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（必填）七、讨论、心得1、流体流动阻力的测定实验1.1 实验目的：1.1.1掌握测定流体流经直管、阀门时阻力损失的一般实验方法1.1.2测定直管摩擦系数与雷诺数Re的关系，验证在一般湍流区与的关系曲线1.1.3Re测定流体流经阀门时的局部阻力系数识辨组成管路的各种管件、阀门，并了

2、解其作用。1.2实验装置与流程：实验装置介绍：实验对象部分由贮水箱、离心泵、不同管径和材质的水管、阀门、管件、涡轮流量计、U 形流量计等所组成。实验管路部分有两段并联长直管，自上而下分别为用于粗糙管直管阻力系数和光滑管直管阻力系数。同时在粗糙直管和光滑直管上分别装有闸阀和截止阀，用于测定不同种类阀门的局部阻力。水的流量使用涡流流量计测量，管路直管阻力和局部阻力采用压差传感器测量。实验装置示意图，箭头所示为实验流程：.其中： 1水箱 2 离心泵3 、10、11、12、13、14压差传感器4 温度计5 涡轮流量计6孔板（或文丘里） 流量计 7 、8、9转子流量计15 层流管实验段16 粗糙管实验段

3、17光滑关实验段18 闸阀 19 截止阀20 引水漏斗21 、 22调节阀23 泵出口阀24旁路阀（流量校核）a b c d e f g h 取压点1.3基本原理：流体通过由直管、管件和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能。流体流经直管时所造成的机械能损失成为直管阻力损失。 流体通过管件、 阀门时由于流体运动方向和速度大小的改变所引起的机械能损失成为局部阻力损失。直管阻力摩擦系数的测定：由流体力学知识可知，流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：p fl u2hfd 2（1）公式中：p f ：流体流经l 米直管的压力将，错误 ! 未找到引用源。；：直管

4、阻力摩擦系数，无因次；d ：直管径， m；.h f ：单位质量流体流经l 米直管的机械能损失,J/K ；：流体密度，kg/ 错误 ! 未找到引用源。；l ：直管长度， m；u ：流体在管流动的平均速度， m/s ；由上面的式子可知：2d p f（2）2 lu式子中： Re ：雷诺数，无因次： 流体粘度， kg/(m*s) 。湍流时是 Re 和相对粗糙度（/d）的函数，须由实验测定。由（ 2）可是，要测定，需要确定l 、 d，测定p f 、 u、等参数。其中l和 d 由装置参数表（见下文）给出，、通过测定流体温度，查相关手册而得，u 通过测定流体流量，再由管径计算得到。本装置采用涡流流量计或者转

5、子流量计，那么：错误 ! 未找到引用源。v 为流量计测得的流量，错误 ! 未找到引用源。/h 。（ 3）p f 可直接从仪表中读出。根据实验装置结构参数l 、 d，液体温度，以及实验测定的相关参数，求取Re 和，然后将两者在双对数坐标图上绘制成曲线。局部阻力系数的测定：流体通过某一管件或者阀门时的机械能损失表示为流体在小管径流动时平均动能的某一倍数，局部阻力的这种算法，叫做阻力系数法。即：h fp f'u 22 p f '2故：u2g（ 4） （5）式中： 错误 ! 未找到引用源。: 单位流体流经某一管件或者阀门时的机械能损失，J/kg ；：局部阻力系数，无因次；错误 ! 未找

6、到引用源。：局部阻力压力降，错误 ! 未找到引用源。 ；（ 错误 ! 未找到引用源。=错误 !未找到引用源。，即表示流体经过阀门或管件时的静压损失。）：流体密度，kg/ 错误 ! 未找到引用源。；g ：重力加速度， 9.81m/ 错误 ! 未找到引用源。 ；u：流体在在小截面管流动的平均速度，m/s；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 ，以及实验测定的相关参数， 通过公式 （5）求取管件或阀门的局部阻力系数。1.4实验步骤：开启仪表柜上的总电源、仪表电源开关。.实验室已经将水泵中灌满水，否则应先将水泵中灌满水，然后进行排气，保证管道流体流动是连续的，以便准确测量压差。本装

7、置使用压差变送器测量压差。实验从做大流量开始做起，最小流量应控制在1.3错误 ! 未找到引用源。/h 。由于实验数据处理时使用的是双对数坐标，所以实验时每次流量变化取一递减的等比数列，这样得到的数据点就会均匀分布，时实验结果更具准确性。流量改变后，要等到流动达到稳定后再读数，实验时同时读取不同流量下的压差、流量和温度等有关参数（温度取实验开始时于实验结束时温度的平均值）。装置确定时，根据 错误 ! 未找到引用源。 和 u 的实验值，可以计算和，在等温条件下，雷诺数错误 ! 未找到引用源。 =错误 ! 未找到引用源。 ，绘制 错误 ! 未找到引用源。 曲线（双对数坐标）。实验结束，抄录好数据后准

8、备做离心泵特性曲线特定的实验。1.5 数据记录和处理：1.5.1装置参数：名称管径（ mm）直管测量段长度（mm）局部阻力测量段长度（mm）光滑管21ef=1000de=660粗糙管22bc=1000ab=680数据记录以及数据处理、绘图实验数据记录：粗糙管实验开始水温： 17.1 oC结束水温： 18.7 o C流量 V （ m3 / h ）直管压差pf（kPa）p （kPa）管件两端压差5.0424.9324.944.2324.9424.643.6922.6719.043.0515.6613.162.4710.649.062.097.536.521.745.354.731.453.683.

9、39.光滑管实验开始水温： 15.9 oC结束水温： 17.1 o C流量 V （ m3 / h ）直管压差pf （kPa）管件两端压差p （kPa）5.148.0992.74.386.4567.03.644.9046.33.053.5032.32.572.6523.32.192.0616.51.861.5511.11.481.127.1数据处理：计算示例：取粗糙管第5 组数据为例：3V =2.47 m / h 、p f =10.64 kPa 、p =9.06 kPa查表有平均温度 17.9 oC下水的密度998.2kg / m3，黏度1.068*103 cP错误 ! 未找到引用源。=2.47

10、/（ 900* *0.022*0.022 ） =1.805m/s错误 ! 未找到引用源。 =错误 ! 未找到引用源。 =0.022*1.805*998.2/（1.068* 10 3 ）=37114.72=2*0.022*10.64*1000/（ 998.2*1*1.805*1.805） =0.14402d p f2' lu2 p f（ 9.06-0.68*10.64） *1000/ （ 998.2*1.805*1.805*9.81） =0.1144=2*u 2g可以得到一系列和 Re 的值，列于下表中粗糙管.Re0.081075730.480.12030.115163557.670.1

11、6420.137455443.840.10180.138945833.080.10320.144037114.720.11440.142331402.550.12260.145926144.800.13800.144521787.680.1615光滑管Re0.0200177886.741.04950.02198666370.411.03800.0241755157.141.03160.0245946216.841.02320.0262238943.371.03560.0280833185.211.00190.0293028184.690.92450.0334322426.530.92171.6

12、实验结果与数据分析1.6.1根据光滑管、粗糙管实验结果，在双对数坐标上分别标绘出Re 曲线，对照Moody 图，估算.得到：光滑管：相对粗糙度 /d=0.0010 ，绝对粗糙度粗糙管：由于曲线不符合实际情况，未能得出结果。在下面分析。光滑管阀门=1.003 ；粗糙管阀门=0.1044按照化工原理相关理论，对于光滑管来说，当流体流过光滑管时，因为管的粗糙峰很小，粗糙峰都处在湍流的层流底层之下，故 /d 对流动阻力不产生任何影响，因此只是Re 的函数。然而根据图可以得知，实验所得的结果表明，也受到相对粗糙度/d 的影响， 但是相比于粗糙管的曲线可以看出，/d 对光滑管阻力的影响要比对粗糙管阻力的影

13、响小。究其原因，可能是因为实验所选用的光滑管本身光滑度就不是很好，在实验过程中由于操作不精细也会引入误差，数据处理时精确度的选择等也会对结果造成影响。查看图表可知，光滑管的实验结果与理论基本上吻合，偏离不是很大，但是粗糙管曲线的趋势出现明显的误差。误差分析： 理论上讲， 流体在粗糙馆湍流流动时， Re、 /d 对流动阻力均有影响， 且随着 Re 的增大， /d 对的影响越来越重要，相反， Re 的影响却越来越弱。这是因为， /d 一定时， Re 越大，则暴露在湍流主体区的粗糙峰就越多， /d 对的影响就越大； 当 Re 增大到一定程度后， 几乎所有的粗糙峰都暴露在湍流主体区，此时流动进入了阻力

14、平方区，该区域的曲线趋近于水平线。这时粗糙管的摩擦损失 错误! 未找到引用源。 错误 ! 未找到引用源。而作出的粗糙管曲线， Re 很大时， /d 对流动阻力影响非常大，并不是理论的水平线，原因可能是刚开始实验的点是 Re 最大的俩点，此时管路由于实验间隔时间较长，管路生锈，表面粗糙度很高，并不能达到阻力平方区，不能表现为水平线，此时阻力损失大，当继续实验时，由于水的冲刷，有些粗糙点被冲刷掉，进而后面的几点作出的曲线符合理论的曲线状态。1.7讨论、心得、思考题过程工程原理实验是工程实验，实验结果受实际复杂情况影响较大。我认为，误差来源主要.有下面几个方面：（ 1）流体不纯净。由于实验反复地有人

15、在做，而水泵里面的水却没有及时更换，导致水中杂质很多，影响水的密度和粘度，导致实验结果不准确。（ 2）装置中的光滑管和粗糙管实际上不可能做到真正水平，有一定的倾斜角，也会导致实验结果的偏离。（ 3）在读取仪表显示器数据时，由于数值不断波动且长时间不能稳定，准确难度增加，导致实验结果产生误差。（ 4）实验所用管道壁经过流体的不断流通可能会被腐蚀或生锈，使管径数值不准确，造成实验误差。（ 5）由于实验中流体的流动与管壁发生摩擦会产生热量，使流体温度升高，改变了流体的密度和粘度，而实验数据处理时是假设实验过程中流体温度恒定，这样也就引入了误差。思考题：（ 1）在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程

16、尾部的出口阀？为什么？答：需要关闭。防止排气不充分，影响实验结果。（ 2）如何检测管路中的空气已经被排除干净？答：调节阀门，使流体流速为 0，如果 错误 ! 未找到引用源。 =0，则说明空气已经排尽。然而事实上，由于实验装置本身误差， 即使空气已经排除干净， 压差也不一定为 0。而且由于实验室不断有人进行实验，所以本实验过程中并不要求做排气这一过程。（3）以水作介质所测得的-Re 关系能否用于其它流体？答：可以，因为 -Re 关系于管介质种类无关，只与管子的相对粗糙度有关。所以只要相对粗糙度相同， -Re 关系就相同。2、离心泵特性曲线的测定2.1实验目的：2.2.1了解离心泵结构与特性，熟悉

17、离心泵的用；2.2.2测定离心泵在恒定转速下的操作特性，做出特性曲线；2.2.3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。2.2实验装置与流程：实验主要装置：实验对象部分由贮水箱，离心泵，文丘里流量计和压差传感器等组成。如图：.离心泵实验图2.3基本原理：离心泵特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程H 、轴功率 N 及效率 与泵的流量 Q 之间的关系曲线，它是流体在泵流动规律的宏观表现形式。由于泵部流动情况复杂，不能用理论方法推倒出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。扬程 H 的测定与计算在离心泵进口真空表和出口压力表处列机械能恒算方程：错误 !

18、 未找到引用源。(1)若泵进出口速度相差不大，则速度平方差可忽略，有：错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。（ 2）式中： 错误 ! 未找到引用源。 ，表示泵出口和进口的位差， m ：流体密度， kg/ 错误 ! 未找到引用源。 ；g ：重力加速度， 9.81m/ 错误 ! 未找到引用源。 ；p表示压力， H 表示真空度和表压对应的压头，u 表示速度， z 示压力表安装高度。由（ 2）可知，只要直接读出泵进出口测量点的高度差和压差，就可以算出泵的扬程。本实验直接由压差变送器读出压差，计算时不必考虑泵进出口位差。轴功率 N 的测量和计算NN电k（W）(3)其中， N 电为电功率表显示数值，k

19、 代表电机传动效率，k=0.8.效率 的计算N eQ gHNN（ 4）Q：泵的流量， 错误 ! 未找到引用源。 /h 。2.3.4 转速改变时的计算泵的特性曲线是在恒定转速下的实验测定所得，实际上电机在运作时转速会发生变化，流量Q也就跟着变化，转速 n 也会变化，因此在绘制特性曲线之前，本次实验将实验数据根据离心泵的额定功率进行换算，换算关系如下：H2QnN3nn扬程：n流量：Qn轴功率： NnH效率不受影响。2.4 实验步骤：前两步实验已经由实验1 完成，本实验测取10 组左右数据，同时记录设备相关数据。实验结束，关闭泵出口阀，关闭水泵电机，关闭仪表电源和总电源开关，将实验装置回复原状。2.

20、5 数据记录和处理：2.5.1离心泵型号： Ms 100/L1额定转速： 2850rpm额定流量：6 错误 ! 未找到引用源。 /h额定扬程： 23.4m额定功率： 1.1kw水温： 19.7查表得： =998.2 kg/错误 ! 未找到引用源。 =1.0050错误 ! 未找到引用源。 Pa·s2.5.2实验数据处理流量进出口压电机功率 N泵转 速扬程 H/m轴 功 率效率 V/( 错误!差错误!未电 /wu/rpmN/W序号找到引用未找到引源。 /kPa用源。 /h)19.66105.71216286510.794972.80.291528.56146.21190285014.93

21、0952.00.365137.49176.81147286518.055917.60.400946.4204.71090286520.904872.00.4173.55.36229.21024286523.406819.20.416664.28250.7926288025.602740.80.402373.24269.5825289527.5226600.367582.14284.8706291029.084564.80.299791.07298.0600291030.4324800.1845100316.7530292532.3424240.0000计算示例：取第5 组数据错误 ! 未找到引用源。 = N=Nd*0.8=1024*0.8=819.2W Q gH=N2.6试验结果与分析：绘制一定转速下的HQ、 NQ、 Q 曲线.图表分析（ 1）从以上三条曲线可以看出，该离心泵的压头随流量的增加而下降，轴功率随流量的增加而增加，符合大部分离心泵的特点。（ 2）从 Q 曲线看出流量在 6.45.3m 3/h 之间某点效率最大，是最适宜的工作点，曲线符合实际离心泵的特点。（