流体力学综合实验报告

1、流体力学综合实验报告浙江大学化学实验报告课程名称：过程工程原理实验甲一实验名称：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:I流体流动阻力的测定实验目的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）测定直管摩擦系数入与雷诺准数Re的关系，验证在一般湍流区内入与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 E。4）识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。试验流程与装置I10. II、口、I氛14压E传孃農 H度计3渦轮ift址计 孔板（或文丘电）漁最让7趴 1转子流SUI 15实脸段11粗巧讥实鲨段 17_建

2、淆关实鲨段1819截止爾2弓I木网斗21. 22ilim 2棗Hl 口阀 24労跻阀流狀咬戦abcdefgh -取压点mi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. 雷诺数求解式中：-流体流量，3. 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: 即式中： -直管长度为 的压降，4. 局部阻力系数

3、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：式中：-局部阻力压力降,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 ）总的压降为，减去其直管段的压降，该直管段的压降可由直管阻力 （长度为）实验结果求取，即四、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

4、后在最小流量 1 之间再连 续取8组等比数据，每次改变流量，待流量稳定后，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/直管压差/直管和管件压差/粗 糙 管1 132.25.143696035860232.64.282630025260332.73.5719020174804 132.83.001397012660532.92.501033089506 :33.12.0776606240733.21.7157304250833.21.45473331809 133.41.213800231010

5、n33.51.0231801700光 滑 管1'29.95.269990707002'31.14.407710503003'31.43.666030353004'31.63.024760244005'31.72.503920171006'31.82.053290117007'31.81.74287085008'31.91.45254060009'32.11.192330420010'32.11.02222033002. 数据计算1）流量校正流量时间/s桶质量桶+ 水质量计算流量相对 误差/%0.64300.5904

6、.9920.52821.21.07300.5848.9341.0026.8由此可见当流量小于1时，流量计显示的数据与实际测得的流量相对误差很大，故而在整个实验过程中，流量不能小于1，当流量大于1时，相对误差在之间，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994.93，水的粘度为根据式（2）可得，根据式（1）可得,根据式（4）得,根据式（7）可得,从而根据以上计算过程可得到下表:实验组 号流速密度粘度.粗 糙 管14.124994.931.35523.434994.791.34732.865994.761.2

7、0742.407994.721.19452.006994.691.06561.661994.620.86371.372994.580.50081.163994.580.08490.971994.51-0.422100.818994.48-1.197光 滑 管1'3.846995.738.6802'3.217995.328.7493'2.676995.218.7574'2.208995.148.7255'1.828995.118.6846'1.499995.078.4677'1.272995.078.1338'1.060995.04

8、7.6429'0.870994.976.94610'0.746994.976.471根据上表可作的关系曲线如下图:?Re曲线图0.010.10入Re粗糙管-光滑管1.0E+042.0E+05将该图与莫狄图对照，可得粗糙管的相对粗糙度-，绝对粗糙度光滑管的相对粗糙度-，绝对粗糙度另外，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

9、被排净？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。II离心泵特性曲线测定实验目的1）了解离心泵结构与特性，熟悉离心泵的使用；2）测定离心泵在

10、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。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n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：若泵进出口速度相差不大，则速度的平方差可忽略，则有:式中：，表示泵出口和进口的位差，本实验为0.1m;-

11、流体密度，；重力加速度，；，-分别为泵进口的真空度和泵出口的表压，；，-分别为泵进出口的流速，；-泵的进出口之间的压差，。2.轴功率 的测量与计算电电传式中：电-电功率表显示值，电-电机效率，可取0.8 ；传一-传动效率，为1。3. 效率的计算泵的效率是泵的有效功率与轴功率的比值。有效功率 是单位时间内流体经过泵时所获得的实际功，轴功率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泵的有效功率可用下式计算： 故泵的效率为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，这话随着流量的变化，多个试

12、验点的转速 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 流量下（可取离心泵的额定转速）的数据。换算关系如下:扬程轴功率效率四、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

13、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/转速功率压差133.510.252700121291900233.99.1127151233143600334.37.9927151187173500434.46.8527301128199300534.75.6827151043224100634.94.542730943245300735.03.402715828264000835.32.242715703279600935.41.1227305822916001035.302700510310600额定转速2850;额定流量6;额定功率1

14、100额定扬程23.42. 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994.48 根据式（2）可得，根据式（3）可得，电 电 传根据式（5）得，再根据式（6）（ 7）（ 8）（ 9）可得,从而根据以上计算过程可得到下表:实验组号流量扬程功率效率110.8210.61791140.327.2729.5616.34861141.037.0938.3919.73251098.440.7847.1522.40311026.742.2355.9625.4587965.242.566 14.7427.5534858.341.1773.5729.9753766.2

15、37.7882.3531.7432650.531.0491.1732.7394529.719.5510035.6432479.80根据上表可得离心泵的特性曲线如下图:扬程(m)-功率(W)效率(%)扬程(m)效率功率(W)效率（%）50403020100图中不难得出在6 时，效率有最高点43流右，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4.58.6，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

16、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，离心泵 启动时应关闭出口阀，以防止电机过载。2)启动离心泵之前为什么要引水灌泵？如果灌泵后依然启动不起来，你认为可能的原因是什么？如果泵内无液体，则当离心泵运转时，其内部的气体经离心力的作 用所形成的吸入室内的真空度很小，没有足够的压差使液体进入泵内， 使离心泵吸不上液体。如果依然启动不了，可能是灌水水好后未将引水阀门关闭， 泵启动之后，吸入口处产生负压，将引水漏斗处的水吸完后即吸 入空气，产生气缚，从而不能将水打出。3) 为什么用泵的出口阀门调节流量？这种方法有什么优缺点？是否还有其他 方法调节流量？使用出口阀调节流量可以保证流体充满管路。这种方法的优点是简 单易行，缺点是节流阀消耗能量。另外可以使用变频器调节电机转速来 调节流量。4）泵启动后，出口阀如果不开，压力表读数是否会逐渐上升？为什么？不会上升，因为水是