流体力学综合实验报告

1、 浙 江 大 学化学实验报告课程名称：过程工程原理实验甲实验名称： 流体力学综合实验指导教师： 专业班级： 姓 名： 学 号： 同组学生： 实验日期： 实验地点： 流体流动阻力的测定一、 实验目的1） 掌握测定流体流经直管、管件（阀门）时阻力损失的一般实验方法。2） 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。3） 测定流体流经管件（阀门）时的局部阻力系数。4） 识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。二、 试验流程与装置图 1 流体力学综合实验流程示意图装置结构说明及参数如下：名称类型直管规格管内径/mm直管段长度/mm光滑管不锈钢管光滑直管221000粗糙

2、管镀锌铁管粗糙直管211000局部阻力截止阀截止阀两端直管（光滑管）22680闸阀闸阀两端直管（粗糙管）21660三、 基本原理1. 流量计校核通过计时称重对涡轮流量计读数进行校核。2. 雷诺数求解Re=ud(1)u=V900d2(2)式中：V-流体流量，m3h3. 直管阻力摩擦系数的测定流体水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：hf=pf=ldu22(3)即=2dpflu2(4)式中：pf-直管长度为l的压降，Pa4. 局部阻力系数的测定阻力系数法：流体通过某一管件（阀门）时的机械能损失可表示为流体在管径内流动时平均动能的某一倍数，即：hf=pfg=u22g(5)即=2pfu2(6)式中：p

3、f-局部阻力压力降，Pa局部阻力压力降的测量方法：测量管件及管件两端直管（总长度为l）总的压降为p，减去其直管段的压降，该直管段的压降可由直管阻力pf（长度为l）实验结果求取，即pf=p-llpf(7)四、 实验步骤1） 离心泵灌水，关闭出口阀（23），打开电源，启动水泵电机，待电机转动平稳后，把泵的出口阀（23）缓缓开到最大；2） 对压差传感器进行排气，完成后关闭排气口阀，使压差传感器处于测量状态；3） 开启旁路阀（24），选定自最小到最大若干流量，对流量计做流量校核试验；4） 开启流量调节阀（21），先调至最大流量，然后在最小流量1m3h之间再连续取8组等比数据，每次改变流量，待流量稳定后

4、，记录压差、流量、温度等数据；5） 实验结束，关闭出口阀（23），停止水泵电机，清理装置。五、 实验数据处理与结果1. 原始数据实验组号温度/流量/m3h直管压差/ Pa直管和管件压差/ Pa粗糙管132.25.143696035860232.64.282630025260332.73.571902017480432.83.001397012660532.92.50103308950633.12.0776606240733.21.7157304250833.21.4547333180933.41.21380023101033.51.0231801700光滑管129.95.26999070700

5、231.14.40771050300331.43.66603035300431.63.02476024400531.72.50392017100631.82.05329011700731.81.7428708500831.91.4525406000932.11.19233042001032.11.02222033002. 数据计算1） 流量校正流量/m3h时间/s桶质量/kg桶+水质量/kg计算流量m3h相对误差/%0.64300.5904.9920.52821.21.07300.5848.9341.0026.8由此可见当流量小于1m3h时，流量计显示的数据与实际测得的流量相对误差很大，故而在

6、整个实验过程中，流量不能小于1m3h，当流量大于1m3h时，相对误差在5%10%之间，在工业误差允许范围内，但与实际值还是有一定的误差。2）以粗糙管1为例，计算过程如下：查水的物性表可知，在32.2时，水的密度为994.93kg/m3，水的粘度为7.68410-4Pas.根据式（2）可得，u=V900d2=5.149000.0212=4.124m/s根据式（1）可得，Re=ud=994.934.1240.0217.68410-4=1.121105根据式（4）得，=2dpflu2=20.02136960994.9314.1242=9.17210-2根据式（7）可得，=2pfu2=2(35860-

7、369600.66)994.934.1242=1.355从而根据以上计算过程可得到下表：实验组号流速m/s密度kg/m3粘度Pas.Re粗糙管14.124994.937.68410-41.1211059.17210-21.35523.434994.797.62510-49.4091049.41510-21.34732.865994.767.61010-47.8631049.78610-21.20742.407994.727.59610-46.6201041.01810-11.19452.006994.697.58110-45.5271041.08410-11.06561.661994.627.

8、55110-44.5941041.17210-10.86371.372994.587.53610-43.8031041.28510-10.50081.163994.587.53610-43.2251041.47610-10.08490.971994.517.50710-42.7011041.70210-1-0.422100.818994.487.49210-42.2811042.00510-1-1.197光滑管13.846995.738.03010-41.0491052.98510-28.68023.217995.327.84710-48.9771043.29410-28.74932.6769

9、95.217.80310-47.5081043.72310-28.75742.208995.147.77310-46.2191044.31710-28.72551.828995.117.7810-45.1581045.18810-28.68461.499995.077.74410-44.2371046.47610-28.46771.272995.077.74410-43.5961047.84210-28.13381.060995.047.72910-43.0031049.99410-27.64290.870994.977.69910-42.4741041.36110-16.946100.746

10、994.977.69910-42.1201041.76510-16.471根据上表可作Re的关系曲线如下图：将该图与莫狄图对照，可得粗糙管的相对粗糙度d=0.05，绝对粗糙度=0.050.021=1.05mm光滑管的相对粗糙度d=0.004，绝对粗糙度=0.0040.022=0.09mm。另外，从上表中排除粗糙管的9,10两组为负值的数据，可以得出球心阀的局部阻力系数远远大于闸阀的局部阻力系数。六、 思考题1）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？ 要先打开流程尾部的出口阀，是流体稳定流动后，再关闭出口阀可以形成较高压差以利于气体的排出。2）如何检测管路中的空气已经被排净

11、？当连接软管以及传感器的出口管中没有气泡后，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。否则要继续排气。3） 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？影响曲线的因素在于密度和黏度，所以把水介质下的曲线换算成其他流体的密度和黏度则可以依旧使用。4） 在不同设备上（包括不同管径），不同水温下测定的Re数据能否关联在同一曲线上？可以关联在同一曲线上。5） 如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响？根据U型压差计的原理，这样的偏差会使静压的测量值偏大。 离心泵特性曲线测定一、 实验目的1） 了解离心泵结构与特性，熟悉离心泵的使用；2） 测定离

12、心泵在恒定转速下的操作特性，做出特性曲线；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。二、 试验流程与装置装置图见流体流动阻力测定实验的装置图三、 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。1. 扬程H的测定与计算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：z1+p1g+u122g+H=z2+p2g+u222g(1)若泵进出口速度相差不大，则速度的平

13、方差可忽略，则有：H=z2-z1+p2-p1g=H0+pg(2) 式中：H0=z2-z1，表示泵出口和进口的位差，本实验为0.1m; -流体密度，kg/m3； g-重力加速度，m/s2; p1，p2-分别为泵进口的真空度和泵出口的表压，Pa； u1，u2-分别为泵进出口的流速，m/s； p-泵的进出口之间的压差，Pa。2. 轴功率N的测量与计算N=N电k电k传(3)式中：N电-电功率表显示值，w； k电-电机效率，可取0.8；k传 -传动效率，为1。3. 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是单位时间内流体经过泵时所获得的实际功，轴功率N是单位时间内泵轴从电机得到

14、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泵的有效功率Ne可用下式计算：Ne=HQg(4)故泵的效率为=HQgN100%(5)4. 转速改变时的换算泵的特性曲线是在定转速下的实验测定所得。但是，实际上感应电动机在转矩改变时，其转速会有变化，这话随着流量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一定转速n下（可取离心泵的额定转速）的数据。换算关系如下：流量Q=Qnn(6)扬程H=H(nn)2(7)轴功率N=Nnn3(8)效率=HQgN=HQgN=(9)四、 实验步骤1） 离心泵灌水，关闭出口阀（23），开启仪表柜上的总电源、仪表电源开关，启动

15、水泵，待电机转动平稳后，把泵的出口阀（23）缓慢开到最大；2） 对压差传感器进行排气，完成后关闭排气口阀，使压差传感器处于测量状态；3） 缓慢开启流量调节阀（22），先调至最大流量，然后在最小流量0之间再连续取8组等差数据，每次改变流量，待流量稳定后，记录压差、流量、温度、电机功率等数据。记录设备数据有离心泵型号、额定流量、扬程、和功率；4） 实验结束，关闭出口阀（23），停止水泵电机，关闭电源，清理装置。五、 实验数据处理与结果1. 原始数据实验组号温度/流量/m3h转速r/min功率/W压差/Pa133.510.252700121291900233.99.11271512331436003

16、34.37.9927151187173500434.46.8527301128199300534.75.6827151043224100634.94.542730943245300735.03.402715828264000835.32.242715703279600935.41.1227305822916001035.302700510310600额定转速 2850r/min；额定流量 6m3h；额定功率 1100 W额定扬程 23.4m2. 数据计算以泵实验1为例，计算过程如下：查水的物性表可知，在33.5时，水的密度为994.48kg/m3。根据式（2）可得，H=H0+pg=0.1+91

17、900994.489.8=9.5296m根据式（3）可得，N=N电k电k传=12120.81=969.6W根据式（5）得，=HQgN=9.529610.253600994.489.8969.6=27.27%再根据式（6）（7）（8）（9）可得，Q=Qnn=10.82m3hH=Hnn2=10.6179mN=Nnn3=1140.3W=27.27%从而根据以上计算过程可得到下表：实验组号流量/m3h扬程/m功率/W效率/%110.8210.61791140.327.2729.5616.34861141.037.0938.3919.73251098.440.7847.1522.40311026.742

18、.2355.9625.4587965.242.5664.7427.5534858.341.1773.5729.9753766.237.7882.3531.7432650.531.0491.1732.7394529.719.5510035.6432479.80根据上表可得离心泵的特性曲线如下图： 图中不难得出在6m3h时，效率有最高点43%左右，在工业设计中，工作区的效率一般不低于最高效率点的92%，故而工作区的效率范围为40%43%，所以流量范围为4.5m3h8.6m3h，此时为泵的最适宜工作范围。 从本次实验中可以看出，在误差较小可以忽略的情况下，泵的最高效率也只有43%，还不足50%，所以泵的效率很低，耗能也一般很多。六、 思考题1） 试从所测实验数据分析，离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门？ 从离心泵特性曲线可以看出，轴功率随流量的增大而增大，如果开机时阀门开大，则电机的瞬时功率很大，会对电机造成损害。因此，离