流体力学综合实验指导书

流体力学综合试验装置〔LB101B〕——试验指导书流体力学综合试验试验指导书第第1页13页浙江中控科教仪器设备流体力学综合试验装置〔LB101B〕——试验指导书流体力学综合试验一、试验目的能进展光滑管、粗糙管、闸阀局部阻力测定试验，测出湍流区阻力系数与雷诺数关系曲线图；能进展离心泵特性曲线测定试验，测出扬程、功率和效率与流量的关系曲线图；学习工业上流量、功率、转速、压力和温度等参数的测量方法，使学生了解玻璃转子流量计、压力表、倒U二、装置整体流程图：1－水箱；2－进口压力表；3－双金属温度计；4－灌泵漏斗；5－出口压力表；6－玻璃转子流量计；7－局部阻力管；8－电气掌握箱；9－局部阻力管上的闸阀V1；10－光滑管；11－倒U型差压计；12－均压环；13－粗糙管；14－管路选择球阀f1、f2、f3；15－出口流量调整闸阀V21试验装置流程示意图第第2页共13页浙江中控科教仪器设备流体力学综合试验装置〔LB101B〕——试验指导书离心泵特性测定试验一、根本原理H、轴功率N及效率η与泵的流量Q之间的关系曲线，它是流体在泵内流淌规律的宏观表现形式。由于泵内部流淌状况简单，不能用理论方法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠试验测定。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：p u2 p u2z 11 Hz 1 g 2g 2

22 h 〔1－1〕 g 2 由于两截面间的管长较短，通常可无视阻力项h ，速度平方差也很小故可无视，则有fp pH(z2

z) 2 11 gH H(表值H 〔1－2〕0 1 2式中：H z z，表示泵出口和进口间的位差，m；和0 2 1ρ——流体密度，kg/m3 ；g——重力加速度m/s2；p、p——分别为泵进、出口的真空度和表压，Pa；1 2H、H——分别为泵进、出口的真空度和表压对应的压头，m；1 2u、u——分别为泵进、出口的流速，m/s；1 2z、z——分别为真空表、压力表的安装高度，m。1 2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

NN k 〔W〕 〔1－3〕电其中，N为电功率表显示值，k代表电机传动效率，可取k＝0.95。效率η的计算泵的效率η是泵的有效功率Ne与轴功率NNe是单位时间内流体经过泵时所获第第3页共13页浙江中控科教仪器设备流体力学综合试验装置〔LB101B〕——试验指导书得的实际功率，轴功率N是单位时间内泵轴从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。NeHQNeHQg故泵效率为

〔1－4〕HQg100% 〔1－5〕N44．转速转变时的换算泵的特性曲线是在定转速下的试验测定所得。但是，实际上感应电动机在转矩转变时，其转速会有变化，这样随着流量Q的变化，多个试验点的转速n将有所差异，因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为某肯定转速n下〔2900rpm〕的数据。换算关系如下：n流量 Q”Qnn

〔1－6〕扬程 HH( )2n

〔1－7〕轴功率 NN(

n)3n

〔1－8〕效率 Q”HgQHg

〔1－9〕N N二、试验装置与流程离心泵特性曲线测定装置流程图如下：第第4页共13页浙江中控科教仪器设备流体力学综合试验装置〔LB101B〕——试验指导书1－水箱；2－离心泵；3—进口压力表；4－双金属温度计；5－灌泵漏斗；6－出口压力表；7－玻璃转9－离心泵的管路〔利用光滑管充当1—光滑管管路球阀f1流量调整闸阀V2；2-2试验装置流程示意图四、试验步骤及留意事项试验步骤：清理水箱中的杂质，然后加装试验用水。通过灌泵漏斗给离心泵灌水，直到排出泵内气体。检查各阀门开度和仪表自检状况，试开状态下检查电机和离心泵是否正常运转。开启离心泵之前先将出口流量调整闸阀V2关闭，当泵到达额定转速前方可逐步翻开此出口阀。试验时，通过调整闸阀V2以增大流量，待各仪表读数显示稳定后，读取相应数据。离心泵特性试验主要猎取试验数据为：流量Q、泵进口压力p、泵出口压力p、电机功率N 、泵转1 2 电速n，及流体温度t和两测压点间高度差HH0.1。0 0第5页共13页第5页共13页浙江中控科教仪器设备额定转速、扬程和功率等，停泵前先将出口阀关闭。流体力学综合试验装置〔LB101B〕——额定转速、扬程和功率等，停泵前先将出口阀关闭。留意事项：一般每次试验前，均需对泵进展灌泵操作，以防止离心泵气缚。同时留意定期对泵进展保养，防止叶轮被固体颗粒损坏。泵运转过程中，勿触碰泵主轴局部，因其高速转动，可能会缠绕并损害身体接触部位。不要在出口阀关闭状态下长时间使泵运转，一般不超过三分钟，否则泵中液体循环温度上升，易生气泡，使泵抽空。五、数据处理1：试验日期： 试验人员： 学号： 装置号：离心泵型号＝ ，额定流量＝ ，额定扬程＝ ，额定功率＝泵进出口测压点高度差H= ，流体温度t＝0试验次数试验次数流量Q泵进口压力p1泵出口压力p2电机功率N电泵转速nm3/hkPakPakWr/m2：试验次数试验次数流量Q扬程H轴功率N泵效率ηm3/hmkW%第第6页共13页浙江中控科教仪器设备流体力学综合试验装置〔LB101B〕——试验指导书六、试验报告分别绘制肯定转速下的H～Q、N～Q、η～Q曲线分析试验结果，推断泵最为适宜的工作范围。七、思考题试从所测试验数据分析，离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门？启动离心泵之前为什么要引水灌泵？假设灌泵后照旧启动不起来，你认为可能的缘由是什么？为什么用泵的出口阀门调整流量？这种方法有什么优缺点？是否还有其他方法调整流量？泵启动后，出口阀假设不开，压力表读数是否会渐渐上升？为什么？正常工作的离心泵，在其进口管路上安装阀门是否合理？为什么？试分析，用清水泵输送密度为1200Kg/ｍ3的盐水，在一样流量下你认为泵的压力是否变化？轴功率是否变化？第第7页共13页浙江中控科教仪器设备流体力学综合试验装置〔LB101B〕——试验指导书流体流淌阻力测定试验一、试验目的把握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般试验方法。测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系，验证在一般湍流区内λ与Re的关系曲线。测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数。学会倒U形压差计和涡轮番量计的使用方法。识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。二、根本原理流体通过由直管、管件〔如三通和弯头等〕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，要损失肯定的机械能。流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小转变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。λ的测定流体在水公平径直管中稳定流淌时，阻力损失为：p pp

lu2h f

1 2dp

d 2 〔1〕即， 式中：λ—直管阻力摩擦系数，无因次；d—直管内径，m；

f 〔2〕lu2p—l米直管的压力降，Pa；fh—l米直管的机械能损失，J/kg；fρ—流体密度，kg/m3；l—直管长度，m；u—流体在管内流淌的平均流速，m/s。滞流(层流)时，第第8页共13页浙江中控科教仪器设备流体力学综合试验装置〔LB101B〕——试验指导书64 〔3〕Re式中：Re—雷诺准数，无因次；μ—流体粘度，kg/(m·s)。

Re

du 〔4〕λ是雷诺准数Re和相对粗糙度〔ε/d〕的函数，须由试验确定。由式〔2〕λl、d，测定pf

、u、ρ、μ等参数。l、d为装置参数〔装置参数表格中给出，μ通过测定流体温度，再查有关手册而得，u得到。例如本装置承受涡轮番量计测流量，V，m3/h。u V (5)900d2p 可用UUf当承受倒置U型管液柱压差计时式中：R－水柱高度，m。

p gR (6)f当承受U型管液柱压差计时p gR (7)f 0式中：R－液柱高度，m；－指示液密度，kg/m3。0l、d，指示液密度t(ρ、μ)，及试验时测定的0 0流量V、液柱压差计的读数R，通过式(5)、(6)或(7)、(4)和式(2)Reλ，再将Reλ标绘在双对数坐标图上。局部阻力系数的测定局部阻力损失通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。当量长度法流体流过某管件或阀门时造成的机械能损失看作与某一长度为le

的同直径的管道所产生的机械能损失相当，此折合的管道长度称为当量长度，用符号le

表示。这样，就可以用直管阻力的公式来计算第第9页共13页浙江中控科教仪器设备流体力学综合试验装置〔LB101B〕——试验指导书局部阻力损失，而且在管路计算时可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，则流体在管路中流淌时的总机械能损失 h 为：fllh eu2f d 2

(8)阻力系数法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淌时平均动能的某一倍数部阻力的这种计算方法，称为阻力系数法。即：h

p

u2

(9)f g 22p故 f

(10)式中：—局部阻力系数，无因次；pf

P〔本装置中，所测得的压降应扣除两测压口间直管段的压降，直管段的压降由直管阻力试验结果求取〕ρ—流体密度，kg/m3；g—重力加速度，9.81m/s2；u—流体在小截面管中的平均流速，m／s。待测的管件和阀门由现场指定。本试验承受阻力系数法表示管件或阀门的局部阻力损失。0依据连接收件或阀门两端管径中小管的直径d，指示液密度，流体温度t(ρ、μ)，00及试验时测定的流量V、液柱压差计的读数R，通过式(5)、(6)或(7)、(10)求取管件或阀门的局部阻力系数。三、试验装置与流程试验装置1所示：第第10页共13页浙江中控科教仪器设备流体力学综合试验装置〔LB101B〕——试验指导书1－水箱；2－离心泵；3－进口压力表；4－双金属温度计；5－出口压力表；6－玻璃转子流量计；7－局部阻力管；8－电气掌握柜；9－光滑管；10－均压环；11－倒U型差压计；12－粗糙管；13－管路选择球阀f1、f2、f3；14－局部管上的闸阀V1；15－引压管；16-出口流量调整闸阀V2图1 试验装置流程示意图试验流程试验对象局部是由贮水箱，离心泵，不同管径、材质的水管，各种阀门、管件，玻璃转子流量计和倒U型差压计等所组成的。管路局部有三段并联的长直管，分别为用于测定局部阻力系数，光滑管(闸阀)；光滑管直管阻力的测定同样使用内壁光滑的不锈钢管，而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较粗糙的镀锌管。水的流量使用玻璃转子流量计测量，管路和管件的阻力承受均压环和引压管将压力传递给倒U型第第11页共13页浙江中控科教仪器设备流体力学综合试验装置〔LB101B〕——试验指导书差压计直接显示压差。装置参数装置参数如表1所示。由于管子的材质存在批次的差异，所以可能会产生管径的不同，所以表1中的管内径只能做为参考。管内径〔mm〕管内径〔mm〕测量段长度名称材质管路号管内径〔cm〕1局部阻力闸阀1A20.095光滑管不锈钢管1B20.0100粗糙管镀锌铁管1C21.0100四、试验步骤泵启动：首先对水箱进展灌水，然后关闭出口阀V2，翻开总电源和仪表开关，启动水泵，待电机转动平稳后，把出口阀V2缓缓开到最大。试验管路选择：选择试验管路，把对应的进口阀f1、f2、f3翻开〔f1是粗糙管管路的阀门，f2f3是局部阻力管路的阀门，在出口阀最大开度下，保持全流量流淌－10min。流量调整：调整出口流量调整闸阀V2,然后开启相应管路的选择阀f1、f2、f3，调整流量，让14m3/h0.5m3/h左右。每次转变流量，待流淌到达稳定后，登记对应流量下的的压差值。装置确定时，依据P和u的试验测定值，可计算λ和ξ，在等温条件下，雷诺数Re=duρ/μ=Au，其中A为常数，因此只要调整管路流量，即可得到一系列λ～Re的试验点，从而绘出λ～Re曲线。试验完毕：关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，清理装置。五、试验数据处理依据上述试验测得的数据填写到下表：第12页共第12页共13页浙江中控科教仪器设备流体力学综合试验装置〔LB101B〕——试验指导书直管根本参数：光滑管径 20 粗糙管径 21 局部阻力管径 20 序号序号流量〔m3/h〕〔KPa〕粗糙管压差〔KPa〕局部阻力压差〔KPa〕六、试