试验1流体力学综合试验

1、沏尹上吟本科实验报告姓名:学院:系:专业:学号:指导教师:2018年11月30日沏户a卡实验报告课程名称：过程工程原理实验 实验类型:综合实验实验项目名称：流体力学综合实验学生姓名： 专业： 学号： 同组学生姓名：指导老师：实验地点：流体综合实验室实验日期:2018年11月 30日实验一流体流动阻力测定一、实验目的和要求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。订 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。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。、实验内容和原理Re 数：R

2、edu PV-2900 二 d采用涡轮流量计测流体流量3V (m/h )直管阻力摩擦系数入的测定流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为:hfPfP - P2Jd 22d pf即九=2 (4)：1uPf -直管（长度l ）的压降。Pa；用压差传感器测量。2.3局部阻力系数流体通过某 某一倍数。即：I的测定（阻力系数法）：（阀门）时的机械能损失可表示为流体在小管径内流动时平均动能的hf.2 pf故匚=一二(6)：u2&p；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 l ）总的压降EAp,减去其直管段的压降，该直管段的压降可由直管阻力Apf （长度l ）实验

3、结果求取。工Ap包含管件（阀门）与直管（长度为1）的压降，Pa；用压差传感器测量。.4流量计校核通过计时称重对涡轮流量计读数进行校核。三、主要仪器设备（系统、软件或平台）1.实验装置如下图所示241水箱2一离心泵3、10、11、12、13、14压差传感器 4温度计5涡轮流量计6一孔板（或文丘里）流量计 7、8、9转子流量计15一层流管实验段16粗糙管实 验段17光滑关实验段 18一闸阀19一截止阀20一引水漏斗21、22调节阀23一泵出口阀24一旁路阀（流量校核）abcdefgh 一取压点名称光滑管不锈钢管粗糙管镀锌铁管局部阻力截止阀闸阀2.装置结构说明及参数如下:直管规格管内径（mm直管段长

4、度（mrm光滑直管21ef=1000粗糙直管22bc=1000截止阀两端直 管（光滑管）21de=660闸阀两端直管 （粗糙管）22ab=680四、操作方法与实验步骤1）离心泵通过引水漏斗（20）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，完成后关闭排气阀门，使压差传感器处于测量状态。3）开启流量调节阀（21）,合理分配流量。每次改变流量，待流动达到稳定后，记录压差、 流量、温度等数据。4）实验结束，关闭出口阀（23）,停止水泵电机，清理装置。五、实验数据记录和处理1.实验其余参数管内径d/mm直管测量段长度

5、l/mm局部测量段长度lj/mm光滑管211000667粗糙管221000762水温19 C水密度998.4kg/m3粘度1.0299cP2.光滑管流体阻力实验记录光滑管流量V(m3/h)流速u(m/s)Re直管压差pf(kpa)hf入截止阀压差pf(kpa)hf5.494.4189678.98.838.84421.9142E-0587.387.43998.4039229824.93.9380041.37.247.25161.9702E-0570.170.21238.4581326394.423.5572200.55.845.84941.9531E-0557.957.99288.6007059

6、013.933.1564196.44.754.75762.0094E-0546.346.37428.6887818973.552.8557989.13.953.95632.0479E-0538.338.36148.8051488383.212.5852435.23.163.16512.0037E-0531.831.85108.9656214882.92.3347371.42.442.44391.8957E-0525.925.94158.9797819082.592.0842307.51.981.98321.9286E-0521.821.83499.4986819332.331.8738060.

7、51.641.64261.9738E-0517.817.82859.5743802542.071.6633813.41.241.24201.8908E-0514.714.723610.07335428求其局部阻力(截止阀全开)为9.005。3.粗糙管流体阻力实验记录粗糙管流量V(m3/h)流 速u(m/s)Re直管压差 pf(kpa)hf入截止阀压差pf(kpa)hf5.594.0987161.910.6510.66712.81E-0512.7512.77043270.5558515.073.7179053.810.5110.52683.3711E-051515.02403851.019313

8、4.573.3471257.58.688.693913.4267E-0512.7412.76041671.0992434.092.9963773.26.956.961143.4255E-0510.310.31650641.1210883.662.6857068.45.935.93953.6499E-058.658.663862181.1558173.312.42516114.804.807693.6122E-057.017.021233971.1467282.972.1746309.63.943.946313.6827E-055.75.709134621.1461582.691.9741943

9、.73.163.165063.6005E-054.654.657451921.16122.381.7437110.12.632.634213.8281E-053.923.926282051.2676182.171.5933835.62.272.273643.9746E-053.363.365384621.297472求其局部阻力（闸阀全开）为1.097。六、实验结果与分析（必填）1.光滑管入与Re的关系曲线 0. 0出砧- 0.0351 -0.0202- Ch 0200 -aouM-w 1DP D|9K-吹口阴- TOC o 1-5 h z 出口附-.（k仇驰-.0.0188-a ii1B ,

10、!11MOOOO相信aB4KJQ0丽000和CJWKKKI卯0值）Re由于光滑管入与Re的关系曲线无法较好的拟合，故无法计算及相对粗糙度，问题原因将在下部展开。2.粗糙管入与Re的关系曲线在上图中找出Re范围4.58*104;然后再找出入的范围0.03-0.04，查阅课本找出大致相符的弧线，最后找到e/d=0.0008 。楣花管-OvCHO- . TOC o 1-5 h z 0 . Q38 -、山江诺LV nn-l.0.0X4-比。知10.028=| aT -TT In- q-r |r | -=LltJOiJO44XKK) 制皿电 电)000 司“哥 出 KHKI yOOiMl加七、实验分析实

11、验中问题分析：本次实验与现实时之间皆有较大的误差，例如各局部阻力构建的局部阻力系数明显大于表定值；且无论粗糙管或光滑管的入与Re相关性较差，尤其是光滑管的雷若数与直管摩擦系数之间不不如理论上随着雷诺数增加直管摩擦阻力减小，相反的两者间反而成一如周期性的线性关系。以下将分析实验过程中可能导致实验出现误差与错误的地 方。 本次实验中主要使用的数据包含光环管的流量与直管压差。（1）实验出现误差的可能原因一：流量测量出现误差本次实验中流量的测量使用的是涡轮流量计，其工作原理为将流速转换为涡轮的转速，再将转速转换成与流量成正比的电信号输出，故造成流量测量出现的原因可能是在仪器老化，导致电信号的传递出现误

12、差。另外涡轮流量计在仪器安装上也有一定的限制，例如在安装上其要求流量计需要安装在管道倾斜在5以内的管道上，且其安装点的上下游配管的内径与流量计内径相同，且其中通过待测液体应保持洁净无杂质，故另一可能造成测量原因可能是因为流量计在安装上出现问题。（2）实验出现误差的可能原因二：直管压差测量出现误差实验中用以测量直管压差的仪器为压差传感器，测量可能出现误差的原因可能为实验者在压差还未达到完全稳定时就记录其压差，或压差传感器的安装出现问题，导致其测量出的不是流体的静压差。八、思考题1）在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？答：是。由离心泵特性曲线可知，当流量为零时，离心泵轴功

13、率最小，电机负荷最小，关闭 流程尾部的出口阀可以起到保护电机的作用。2）如何检测管路中的空气已经被排除干净？答：启动离心泵用大流量水循环把残留在系统内的空气带走。关闭出口阀后，打开U形管顶部的阀门，利用空气压强使 U形管两支管水往下降， 当两支管液柱水平， 证明系统中空气已 被排除干净。； 3）以水做介质所测得的 入Re关系能否适用于其它流体？如何应用？答：（1）适用其他种类的牛屯型流体。理由 ：从入=66$用）可以看出，阻力系数与流 体具体流动形态无关，只与管径、粗糙度等有关。（2）鉴于Re本身并不十分准确，建议选取中间段曲线，不宜用两边端数据。Re与流速、黏度和管径一次相关，黏度可查表得。

14、4）在不同设备上（包括不同管径），不同水温下测定的 入Re数据能否关联在同一条曲线 答：只要e /d相同，入Re的数据点就能关联在一条直线上。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？答：没有影响.静压是流体内部分子运动造成的.表现的形式是流体的位能是上液面和下液面的垂直高度差，只要静压一-定.高度差就一定.如果用弹簧压力表测量压力是一样的.所以没有影响。实验二离心泵特性曲线测定一、实验目的和要求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、实验内容和原

15、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Y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。2.1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（流程图中的 h和g）,列机械能衡算方程：22Pl UiP2U2Z）十十一十H = Z2十十一:g 2g：g 2g若泵进出口速度相差不大，则速度平方差可忽略，则有H =匕-乙）匹二R:g=ht+AP/ p g 式中：Ho=Z2-Zi,表示泵出口（g）和进口（ h）的位差，本实验为0.

16、1m;3P 流体号度， kg/m ;2g重力加速度， m/s ；P、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;Z1、Z2分别为真空表、压力表的安装高度，m;AP泵的出口和进口之间的压差，Pa,用压差传感器测量。轴功率N的测量与计算N二维其中, N*蟒秣麻曲W%挪螂可* *岫一梅微%靴H即1效率Y的计算泵的效率Y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 = HQ Pg

17、故泵效率为外=HQ 0g M100%N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，这样随着流量 Q的变化，多个实验点的转速 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。（ n流里 Q = Q （6） n n o 扬程H = H （） n n q 轴功率n =N（一）3 n TOC o 1-5 h z QH?g QH ?g,、效率n =2=t|NN三、主要仪器设备（系统、软件或平台）实验流程图见实验一。实验装置是由贮水箱、离心泵，涡轮流量计和压差传感器等组成的。水的流量使

18、用涡轮流量计进行测量，泵进出口压差采用压差传感器（3）进行测量，泵的轴功率由功率表测量，流体温度采用 Pt100温度传感器测量。四、操作方法与实验步骤1） 离心泵通过引水漏斗（20）灌水，关闭泵出口阀（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）缓缓开到最大。2）对压差传感器进行排气，完成后关闭排气阀门，使压差传感器处于测量状态。3）缓缓开启流量调节阀（22）,合理分配流量。每次改变流量，待流动达到稳定后，记录 压差、流量、电机功率、流体温度、转速等数据。记录设备数据（如离心泵型号，额定 流量、扬程和功率等）。4）实验结束，关闭泵出口阀（23）,

19、关闭水泵电机，关闭仪表电源和总电源开关，将装置恢复原状。五、实验数据记录和处理1.实验数据：离心泵特性曲线序号流 量Qm3/hQ(m3/s)泵进出口压差 P（kpa）电机功率N/w泵转速（rpm）扬程H(m)轴功率N（W）效率71 %110.630.002916128.71270408013.04185978.738638.0439829.660.002660155.61373406515.838151069.87338.5503938.730.002404178.81310406518.166651020.78241.882847.710.002139203.71269403520.9742

20、21011.05443.4372756.640.001842228.41221403523.49028972.811143.5436265.640.001570248.51154402025.72870929.760642.5441674.660.001302265.51074400527.67952875.064740.3312883.660.001027280.6897399029.46108739.123940.0663692.640.000735292.7807402030.26478650.187833.49784101.640.000457299.1667402030.921595

21、37.391925.723421100.000000312.2589399032.75302485.333302.其余参数:离心泉型号AMS120/1.1额定转速rpm2850额定流量m3/h7额定扬程m20额定功率kw1.1蹦进出口高度差 H00.2253.离心泵特性曲线:离心泵特性曲线35扬程H (m)-轴功率N (w)效率Y (%)30m 25 , H 程 扬201550010122k 5040-20率 效-1010 02468流量 Q (m3/h)六、实验结果与分析根据该离心泵的特性曲线，其泵扬程与流量间的关系为：随着流量变大，扬程H减小。与轴功率之间的关系为： 随着流量增大，轴功率接

22、近线性增加。 与泵的效率 刀的关系为，随 着流量增加，泵的效率 刀增加。根据泵特性曲线，可以发现当流量为7m3/h时离心泵效率最高，故在其流量值土 15%为泵的高效区。该实验操作中有一很大的问题，在离心泵进出口压差测量点上，进出口压力传感器分别接在进口段旁一支管与利用一口径与值管相近的管做为压差传感器的测量点，该做法会给测 量造成极大的误差，也是本次实验中实验值出现误差的主要来源o七、思考题1）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？答：由于轴功率随着流量增大而上升，故离心泵启动前应关闭出口阀，使泵在所需功率最小 的条件启动，以减小电动机的启动电流，同时避免出口管线的水利冲击

23、。2）启动离心泵之前为什么要引水灌泵？如果灌泵后仍然启动不起来，你认为可能的原因是什么？答:（1）离心泵在工作前如为先灌满所需液体或气体，叶轮会在空气中转动， 甩出空气，因空气密度比液体小，以轮旋转所产生的离心力又与密度成正比，从而造成叶轮吸入端真空度不足以膝上液体的现象，即气缚现象。（2）泵不启动可能是电路问题或泵本身已经损坏，即使电机的三相电接反，仍可启动。3)为什么用阀门(22)调节流量？这种方法有什么优缺点？是否还有其他方法调解流量？ 答：(1)调节出口阀门开度，实际上是改变管路特性曲线，改变泵的工作点，从而起到调节流量的作用;(2)这种方法的优点时方便、快捷，流量可以连续变化；缺点是当阀门关小时，会增大流动阻力，多消耗能量，不经济；(3)还可以改变泵的转速、减小叶轮直径或用双泵并联 操作。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？答:(