四川大学化工原理流体力学实验报告材料

实用文档实用文档化工原理实验报告流体力学综合实验姓名：学号：班级号：实验日期：2016.6.12实验成绩： 化工原理实验一一化工原理实验一一流体力学综合实验流体力学综合实验实验目的:.测定流体在管道内流动时的直管阻力损失，作出入与 Re的关系曲线。.观察水在管道内的流动类型。.测定在一定转速下离心泵的特性曲线。、实验原理1、求？？与Re的关系曲线流体在管道内流动时，由于实际流体有粘性，其在管内流动时存在摩擦阻力， 必然会引起流体能量损耗，此损耗能量分为直管阻力损失和局部阻力损失。 流体在水平直管内作稳态流动（如图1所示）时的阻力损失可根据伯努利方程求得。以管中心线为基准面，在1、2截面间列伯努利方程gz1以管中心线为基准面，在1、2截面间列伯努利方程gz1P22U22gz2hf图1流体在1、2截面间稳定流动因U1=U2,Z1=Z2,故流体在等直径管的 1、2两截面间的阻力损失为hf流体流经直管时的摩擦系数与阻力损失之间的关系可由范宁公式求得，其表达式为hflu2hf由上面两式得:duRe——由此可见，摩擦系数与流体流动类型、 管壁粗糙度等因素有关。由因此分析法整理可形象地表示为f（Re,Rd式中：hf 直管阻力损失，J/kg； 摩擦阻力系数；l,d 直管长度和管内径，m^P 流体流经直管的压降，Pa; 流体的密度，kg/m3;

流体黏度，Pa.s;流体在管内的流速，m/s;流体在一段水平等管径管内流动时，测出一定流量下流体流经这段管路所产生的压降，即可算得hfO两截面压差由差压传感器测得；流量由涡轮流量计测得，其值除以管道截面积即可求得流体平均流速u。在已知管径d和平均流速u的情况下，测定流体温度，确定流体的密度和黏度，则可求出雷诺数Re,从而关联出流体流过水平直管的摩擦系数 与雷诺数Re的关系曲线图。2、求离心泵的特性曲线离心泵的特性，可用该泵在一定转速下，扬程与流量Hfi(q)、轴功率与流量Nf2(q)和效率与流量 f3(q)三种曲线来表示。若将H明口X^Q'司的关系分别标绘在同一直角坐标系所得的三条曲线，即为离心泵的特性曲线。泵的特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用离心泵的重要依据。(1)流量qv(m3/h)的测定：通常用泵出口阀调节离心泵输送的流量，并由涡轮流量计测定,本实验采用涡轮流量计后面的调节阀来调节流量。(2)扬程H(mHO)的测定：扬程是指泵每输送1kg重量流体所提供的外加能量。若泵输送的介质是水，则在水箱液面和离心泵出口压力表之间根据能量守恒定律可确定水经离心泵所增加的能量(mH2O),此能量称为扬程H表处为2—纳面，在以水平地面为基准，离心泵进口真空泵为1—表处为2—纳面，在此两截面间列出伯努利方程式:因P1 P大气压增加的能量为2P1 因P1 P大气压增加的能量为2P1 U1g 2gp*，p2 p大气压Z12U22gZ2HfP表，Z2-乙0.2,所以水经离心泵所2 2HfP真-P表u2-uHf式中：Hfg 式中：Hf0,P表，P真 离心泵出口表压、进口真空度，Pa;u2 离心泵出口管内流速，m/s；H 离心泵扬程，m^Q 流体密度，kg/m3。(3)离心泵的轴功率N(kW)的测定：泵轴功率是指泵轴所消耗的电功率，也是电动机传给泵轴的功率。本实验采用功率表测定电机输入功率后，用下式来计算轴功率。NN电传式中：N 离心泵轴功率，kW传一一机械传动效率，近似值取为0.95;N6——电动机的输入功率，由功率表测定。

(4)离心泵效率刀的测定：泵的效率是指理论功率与轴功率的比值，即n一

N而理论功率Nt是离心泵对流体所做的有效功率，即NqHpgqHp9.81NqHpgqHp9.81qHp1000102三、实验流程图?10X2钢管转子流量计?35X2铜管?35X2钢管?35X2钢管孔板流量计—涡轮流量计|> 转子流量计?35X2铜管?35X2钢管?35X2钢管孔板流量计—涡轮流量计|> 真空压力表离心泵流体力学实验流程示意图四、实验操作步骤1、求入与Re的关系曲线根据现场实验装置，理清流程，检查设备的完好性，熟悉各仪表的使用方法。打开控制柜面上的总电源开关，按下仪表开关，检查无误后按下水泵开关。打开球阀1,调节流量调节闸阀2使管内流量约为10.5m3/h,逐步减小流量，每次约减少0.5m3/h,待数据稳定后，记录流量及压差读数，待流量减小到约为 4m3/h后停止实验。打开球阀2,关闭球阀1,重复步骤(3)。打开球阀2和最上层钢管的阀，调节转子流量计，使流量为40L/h,逐步减小流量，每次约减少4L/h,待数据稳定后，记录流量及压差读数，待流量减小到约为4L/h时停止实验。完成直管阻力损失测定。2、求离心泵的特性曲线根据现场实验装置，理清流程，检查设备的完好性，熟悉各仪表的使用方法。

打开控制柜面上的总电源开关， 按下仪表开关，先关闭出口阀门，检查无误后按下水泵开关。打开球阀2,调节流量调节阀1使管内流量，先开至最大，再逐步减小流量，每次约减少1m3/h,待数据稳定后，记录流量及压差读数，待流量减小到约为 4m3/h后停止实验，记录9-10组数据。改变频率为35Hz,重复操作（3）,可以测定不同频率下离心泵的特性曲线。五、实验数据记录1、设备参数：层流钢管管长：L1 2.0m管内径：d1 6mm；湍流铜管管长：L21.2m管内径：湍流铜管管长：L21.2m管内径：d2 31mmi湍流钢管管长：L31.2m管内径：d3 31mm离心泵进口管径：D 50mm出口管径：d40mm孔板孔径：do 12mm离心泵Z0.2mN%传（传 0.95）;管内径：d1 31mm2、实验数据记录1）求入与Re的关系曲线在耳J丁P??/??在耳J丁P??/??3??)?p(kpa)18.73.1428.32.9037.92.6647.52.4057.12.2166.71.9776.31.7785.91.5595.51.38105.11.21114.71.04铜管湍流在耳J丁P??4??3??)?P(kpa)111.14.65210.54.2039.93.7849.33.3858.73.0068.12.6177.52.2586.91.9796.31.68105.71.40115.11.16钢管湍流钢管层流在耳钢管层流在耳J丁P???????)?p(pa)14093523670133250042840252434062029071623081216598116104582、求离心泵的特性曲线30Hz离心泵数据记录序号流量qv(m/h)真空表P1(Pa)压力表P2(Pa)电机功率N电(W)115.65-220028000694214.64-200031000666313.65-180037000645412.65-120040000615511.6220042000589610.6804700056579.661005000054988.6710005100052197.67150055000488106.63180059000468115.62180060000442124.58200067000388130.080.00220.083166.935Hz离心泵数据记录序号流量qv(m/h)真空表P1(Pa)压力表P2(Pa)电机功率N电(W)118.27-500420001052

217.26-40048000998316.24-30051000972415.26-30056000933514.27-20061000906613.28-20065000861712.27-20068000824811.27-10071000798910.26076000758109.26-10080000725118.26082000682127.26-10089000653136.2715090000626145.26180100000585154.43200110000528六、典型计算1、求入与Re的关系曲线以铜管湍流的第一组数据为例计算T=22C时，p=997.044kg/??3从=1.0X10-3??????以管中心线为基准面，在 1、2截面间列伯努利方程?? ?? ?? ??导£+????予/+????+???因？?=??,??=??,故流体在等径管的1、2两截面间的阻力损失为??? 3.14?1000__=_= ??? 3.14?1000__=_= ?? ?? 1000=3.15??/??????????????????????24??2873600X0.0007548=3.202??/??；??????Re=3=0.031X3.202X0.001997.048960.27一一 ???因为？？?=入大;一一 ???因为？？?=入大;所以入=?????■§=3.15X0^31 =0.01587?????H 1.2 3.2022其他计算与此相同。2、求离心泵的特性曲线铜管湍流湍流铜管：管长？？=1.2??;管内径？？=31????J丁P?????3??)?p(kpa)u(?????Re入

18.73.143.20298960.270.0158728.32.903.05594410.370.0161137.92.662.90789860.480.0163147.52.402.76085310.580.0163357.12.212.61380760.680.0167766.71.972.46676210.780.0167976.31.772.31871660.890.0170685.91.552.17167110.990.0170495.51.382.02462561.090.01745105.11.211.87758011.190.01780114.71.041.73053461.30.01801ReRe钢管湍流在耳J丁P?????3??)?p(kpa)u(?????Re入111.14.654.085126259.70.01444210.54.203.864119434.80.0145839.93.783.6431126100.0147649.33.383.423105785.10.0149558.73.003.20298960.270.0151768.12.612.98192135.430.0152277.52.252.76085310.580.0153086.91.972.53978485.730.0158396.31.682.31871660.890.01620105.71.402.09864836.040.01649115.11.161.87758011.190.01706湍流钢管：管长？??=??????管内径？????=????????

0.10.01Re与入的关系曲线100000Re0.10.01Re与入的关系曲线100000Re10000钢管层流层流钢管：管长？??=????管内径？??=??????在耳J丁P???????)?p(pa)u(?????Re入1409350.3932351.030.060842367010.3532111.740.056313325000.3141878.430.050834284020.2751645.120.053385243400.2361411.810.061456202900.1961172.520.075477162300.157939.220.093538121650.118705.910.11928981160.079472.600039233.310.377372、离心泵的特性曲线以第一组数据为例，n=30HzT=23C时，p=997.044Kg/??3科=1.0X10-3??????2-2截面，在此以水平地面为基准面， 离心泵进口压力表为1-12-2截面，在此两截面之间列伯努利方程?? ?????+2??+??+??=??赤+22?+??+汇？??因为汇?%=0;所以？？=需+?冬？？1+2???Z?Z=??-??=0.2??; 进口直径D=50mm;??? ??? 15.65??=??=/=3600X???人0.052??/??=2.215??/??；4 4出口直径d=40mmcc?????=可???? 15.65 cc,c〜3=3600X??X0.042■■■■=4 43.458??/??、H=3.647mHON=?“？7］电？7］传；周电=0.75;N=?“？7］电？7］传；N=694X0.75X0.95=494.5W????ri=—'； ???=????????3.647X15.65X997.044X9.81/3600??=155.26????Y]155.26494.5X100%=31.36%30Hz离心泵的特性曲线序号油??(??3??)扬程H(mH2O)轴功率N(W)效率115.653.647494.531.36%214.643.889474.532.60%313.654.440459.635.83%412.654.647438.236.45%511.624.672419.735.15%610.685.173402.637.29%79.665.439391.236.49%88.675.422371.234.41%97.675.756347.734.50%106.636.113333.533.02%115.626.197314.930.04%124.586.876276.4530.95%qv(?/h)35Hz离心泵的特性曲线序号油??(??3??)扬程H(mH2O)轴功率N(W)效率118.275.036749.5533.35%217.265.586711.0836.84%316.245.833692.5537.16%

415.266.298664.7639.28%514.276.756645.5340.58%613.287.125613.4641.91%712.277.394587.1041.99%811.277.656568.5841.23%910.268.125540.0841.94%109.268.515516.5641.47%118.268.684485.9340.11%127.269.387465.2639.80%136.279.444446.0336.07%145.2610.446416.8135.82%154.4311.455376.2036.65%qv(?/h)七、实验结果分析与讨论1、求？？与Re的关系曲线实验结果：由关系曲线可以看出，钢管层流实验中，雷诺数 Re与摩擦阻力系数 在双对数坐标中呈线性关系，摩擦阻力系数只与流动类型有关，且随雷诺数Re的增加而减小，而与管壁粗糙度无关；在铜管湍流与钢管湍流实验中，摩擦阻力系数 随雷诺数Re增加而趋于一个定值，此时流体进入完全阻力平方区，摩擦阻力系数 仅与管壁的相对粗糙度有关，与雷诺数的增加无关。结果分析：实验结果基本与理论相符合，但是也存在误差，如：在钢管层流实验中，在雷诺数在1870~2000范围内，雷诺数Re增大，入并不随Re增大而减小，反而增大。产生这种现象可能是因为在Re为1870~2000范围内时已经非常接近于湍流，导致其规律与理论出现偏差。此外，还有可能是因为设备本身存在的误差，即流量调小至一定程度时，无法保证对流量的精准调节，使结果出现误差。减小误差的措施：a.在实验正式开始前对设备进行检查， 确认设备无漏水等现象再开始实验；b.进行流量调节时，每次应以相同幅度减小 c.调节好流量后，应等待