實驗講義修改

1、實驗一 壓頭轉(zhuǎn)換實驗一、 實驗?zāi)康?. 理解留題流動中各種能量與壓頭的概念及其相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，進(jìn)而掌握柏努利方程；2. 觀察流速與壓頭的變化規(guī)律二、 實驗原理1. 流體在流動時具有三種機(jī)械能，即（1）位能、（2）動能、（3）靜壓能。這三種能量可以相互轉(zhuǎn)換。當(dāng)管路條件（如位置高低、管徑大小）改變時，他們便不斷地自行轉(zhuǎn)換。如果粘度為零的理想流體，因為不存在因摩擦和碰撞而產(chǎn)生的機(jī)械能損失，那么同一管路的任何二個截面上盡管三種機(jī)械能彼此不一定相等，但是這三種機(jī)械能的總和是相等的。2. 對實際流體來說，則因為存在粘度，流動過程中總有一部分機(jī)械能因摩擦碰撞而損失，即轉(zhuǎn)化為熱能了。而轉(zhuǎn)化為熱能的機(jī)械能在管路中

2、是不能恢復(fù)的。這樣，對實際流體來說，兩個截面上機(jī)械能的總和則是不相等的，兩者差額就是流體在兩個截面之間因摩擦和碰撞轉(zhuǎn)化為熱的機(jī)械能。因此在進(jìn)行機(jī)械能的衡算時，就必須講這部分損失了的機(jī)械能加到第二個截面上面。3. 上述幾種機(jī)械能都可以用測壓管中的一段液體柱的高度來表示。在流體力學(xué)中，把表示各種機(jī)械能的液體柱高度稱為壓頭。表示位能的稱為位壓頭（H位）；表示動能的稱為動壓頭（H動）；表示壓力能的稱為靜壓頭（H靜）；表示已損失的機(jī)械能稱為損失壓頭（H損）。4. 當(dāng)測壓管上的小孔與水流方向垂直時，測壓管的液位高度（從測壓孔算起）即為靜壓頭，它反映測壓點處液體的靜壓強(qiáng)大?。粶y壓孔處液體的位壓頭則有測壓孔的

3、幾何高度決定。5. 當(dāng)測壓管上的小孔正對水流方向時，測壓管內(nèi)液位將上升，上升的液體高度，即為測壓孔處流體動壓頭。它反映出該點處流體動能的大小。這時測壓管中液柱高度則為靜壓頭和動壓頭之和。6. 任何兩個截面之間，位壓頭、動壓頭和靜壓頭三者總和之差即為損失壓頭。它表示流體流經(jīng)兩個截面之間時機(jī)械能的損失。損失壓頭與流體的動壓頭、流過的導(dǎo)管長度及管徑有關(guān)。其關(guān)系如下： 動壓頭越大，通過的管子越長，則壓頭損失越大，而管徑增大則損失壓頭減小。三、 實驗裝置實驗裝置由水槽、管路以及測壓管三部分組成（見圖11）。水槽設(shè)有進(jìn)水管與溢流管，用于保持液位恒定。管路分為四段。由大小不同的兩種規(guī)格的玻璃管組成，其中A截

4、面的直徑14mm；B截面的直徑28mm；C截面、D截面的直徑14mm；以D截面中心線為零基準(zhǔn)面（即標(biāo)尺為256毫米）ZD=153。 A截面和D截面的距離為103mm。每段管路上設(shè)有二支玻璃的測壓管，左邊一支可測量該截面的靜壓頭，右邊一支測壓孔正對水流，可測動壓頭與靜壓頭之和。 圖11 壓頭轉(zhuǎn)換實驗裝置四、 實驗步驟1. 將低位槽灌有一定數(shù)量的水，關(guān)閉離心泵出口調(diào)節(jié)閥門及實驗測試導(dǎo)管出口調(diào)節(jié)閥門而后啟動離心泵。2. 逐步開大離心泵出口調(diào)節(jié)閥當(dāng)高位槽溢流管有液體溢流后，調(diào)節(jié)導(dǎo)管出口調(diào)節(jié)閥為全開位置。3. 流體穩(wěn)定后讀取A、B、C、D截面靜壓頭和沖壓頭并記錄數(shù)據(jù)。4. 關(guān)小導(dǎo)管出口調(diào)節(jié)閥重復(fù)步驟。

5、5. 分析討論流體流過不同位置處的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系并得出結(jié)果。6. 關(guān)閉離心泵，實驗結(jié)束。五、使用設(shè)備時應(yīng)注意的事項：1不要將離心泵出口調(diào)節(jié)閥開得過大以免使水流沖擊到高位槽外面，同時導(dǎo)致高位槽液面不穩(wěn)定。2當(dāng)導(dǎo)管出口調(diào)節(jié)閥開大應(yīng)檢查一下高位槽內(nèi)的水面是否穩(wěn)定，當(dāng)水面下降時應(yīng)適當(dāng)開大泵出口調(diào)節(jié)閥。 3導(dǎo)管出口調(diào)節(jié)閥須緩慢地關(guān)小以免造成流量突然下降測壓管中的水溢出管外。 4注意排除實驗導(dǎo)管內(nèi)的空氣泡。 5離心泵不要空轉(zhuǎn)和出口閥門全關(guān)的條件下工作。六、數(shù)據(jù)記錄 水溫： （一） 壓頭測量結(jié)果H 項值 目次別位置水流量(m3/s)ABCD正對垂直正對垂直正對垂直正對垂直12345（二） 流速計算 項目位置動

6、壓頭靜壓頭（m）靜壓頭（m）動壓頭（m）點速度（ms-1）平均流速（ms-1）按所測體積流量計算點A點B點C點D五、 思考題1. 當(dāng)進(jìn)水閥關(guān)閉時，各測量管內(nèi)液位高度H有無變化？這一現(xiàn)象說明什么？這一高度H的物理意義又是什么？2. 用靜力學(xué)原理分析截面C和截面D的靜壓頭哪個大？為什么？3. 測壓孔正對水流方向的測量管，其液位高度H的物理意義是什么？實驗二 流體流動類型及臨界雷諾數(shù)的測定一、 實驗?zāi)康? 觀察流體流動過程中不同的流動型態(tài)及其變化過程；2 測定流動型態(tài)變化時的臨界雷諾數(shù)二、 實驗原理流體充滿導(dǎo)管作穩(wěn)態(tài)流動時基本上有兩種明顯不同的流動型態(tài)：滯流（也叫層流）和湍流。當(dāng)流體在管中作滯流流動

7、時，管內(nèi)的流體各個質(zhì)點沿管軸作相互平行而有規(guī)則的運動，彼此沒有明顯的干擾。當(dāng)流體作湍流流動時，各個質(zhì)點紊亂地向各個不同的方向作無規(guī)則的運動。流體的流動型態(tài)不僅與流體的平均流速有關(guān)，還與流體的粘度、密度和管徑d等因素有關(guān)。也就是說流體的流動型態(tài)取決于雷諾準(zhǔn)數(shù)的大小。 （21）式中： 管子內(nèi)徑（m） 流體流速（m/s） 流體密度（kg/m3） 流體粘度（Pa s或kg/m s）根據(jù)雷諾實驗，流體在平直圓管中流動時，當(dāng)雷諾數(shù)小于某一臨界值時為滯流（或?qū)恿鳎划?dāng)雷諾數(shù)大于某一臨界值時為湍流；當(dāng)雷諾數(shù)介于二者之間時則為不穩(wěn)定的過渡狀態(tài)，可能為滯流，也可能為湍流。對于一定溫度下的某種介質(zhì)在特定的圓管內(nèi)流動

8、時，流體的粘度、密度和管徑d等均為定值，故雷諾數(shù)Re僅為流體平均流速u的函數(shù)。流體的流速確定后，雷諾數(shù)即可確定。流體流動型態(tài)發(fā)生變化時的流速稱為臨界速度，其對應(yīng)的雷諾數(shù)稱為臨界雷諾數(shù)。本實驗以水為介質(zhì)、有色溶液為示蹤物，使其以不同的流速通過平直玻璃管，便可觀察到不同的流動型態(tài)，同時根據(jù)流動型態(tài)的變化，可確定臨界速度與臨界雷諾準(zhǔn)數(shù)。三、 實驗裝置本實驗裝置如圖21所示，主要由穩(wěn)壓溢流水槽5、試驗導(dǎo)管（內(nèi)徑24.2mm）6、緩沖水槽5和轉(zhuǎn)子流量計6組成。水由循環(huán)水泵供給或直接由自來水龍頭輸入穩(wěn)壓溢流水槽，經(jīng)穩(wěn)壓后流經(jīng)試驗導(dǎo)管、緩沖水槽及轉(zhuǎn)子流量計，最后流回低位水槽或排入下水道，穩(wěn)壓溢流槽溢流出來的

9、水也返回低位槽或排入下水道。示蹤物由液瓶1經(jīng)調(diào)節(jié)夾10、試驗導(dǎo)管3至下水道。圖21 雷諾試驗裝置四、 實驗步驟1. 雷諾實驗的過程 (1) 關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥10、7、9,打開進(jìn)水閥3,使自來水充滿水槽,并使其有一定的溢流量。 (2) 輕輕打開閥門10,讓水緩慢流過實驗管道。使紅水全部充滿細(xì)管道中。 (3) 調(diào)節(jié)進(jìn)水閥,維持盡可能小的溢流量。 (4) 緩慢地適當(dāng)打開紅水流量調(diào)節(jié)夾 ,觀察當(dāng)前水流量下實驗管內(nèi)水的流動狀況。讀取流量計的流量并計算出雷諾準(zhǔn)數(shù)。 (5) 增大進(jìn)水閥3 的開度，在維持盡可能小的溢流量的情況下提高水的流量。使水通過試驗導(dǎo)管的流速平穩(wěn)地增大，至試驗導(dǎo)管內(nèi)直線流動的紅色細(xì)流開始發(fā)

10、生波動而呈明顯的S型時，讀取此時流量計的流量并計算出雷諾準(zhǔn)數(shù)。（6）繼續(xù)開大調(diào)節(jié)閥3的開度，使水流量平穩(wěn)增大。當(dāng)流量增大到某一數(shù)值后，紅色溶液一進(jìn)入試驗導(dǎo)管立即被分散成煙霧狀并迅速擴(kuò)散到整個管子。這表明流體的流動型態(tài)已成湍流。記下此時流量計的流量并計算出雷諾準(zhǔn)數(shù)。（7）這樣的試驗操作反復(fù)數(shù)次（至少56次），以便取得重復(fù)性較好的試驗數(shù)據(jù)。2. 實驗結(jié)束時的操作(1) 關(guān)閉紅水流量調(diào)節(jié)夾,使紅水停止流動。(2) 關(guān)閉進(jìn)水閥 3,使自來水停止流入水槽。 (3) 待實驗管道的紅色消失時,關(guān)閉閥門 10。(4) 若日后較長時間不用,請將裝置內(nèi)各處的存水放凈。五、 數(shù)據(jù)記錄1、 試驗設(shè)備基本參數(shù)：試驗導(dǎo)管

11、內(nèi)徑：d=24.2mm2、 試驗數(shù)據(jù)記錄與整理：水溫： 水的密度： kg/m3水的粘度： Pa s實驗記錄和數(shù)據(jù)整理可參考下表：序號流量（L/h）流速(m/s)雷諾準(zhǔn)數(shù)Re觀 察 現(xiàn) 象流 型1管中一條紅線2管中一條紅線管中一條紅線3管中紅線波動4管中紅線波動5管中紅線波動6紅水?dāng)U散7紅水?dāng)U散8紅水?dāng)U散六、 思考題1、 影響流體流動型態(tài)的因素有哪些？2、 為什么說再實驗時流速可作為判斷流動型態(tài)的唯一依據(jù)？3、 生產(chǎn)中無法通過觀察來判斷管內(nèi)流體的流動狀態(tài)，你可用什么反復(fù)來判斷呢？試驗三 流量計的校正一、 實驗?zāi)康?、 了解轉(zhuǎn)子流量計的構(gòu)造和工作原理；2、 掌握轉(zhuǎn)子流量計的使用方法和校正方法；3、

12、 測定流量與轉(zhuǎn)子高度的校正曲線。二、 實驗原理轉(zhuǎn)子流量計的構(gòu)造如圖31所示。它是由一根垂直的略顯錐形的玻璃管和轉(zhuǎn)子（或稱浮子）組成的。錐形玻璃管截面積由上而下逐漸縮小，流體由下而上流過。流量與環(huán)隙截面積大小成比例。當(dāng)流體以一定流量通過環(huán)隙，且作用于轉(zhuǎn)子下端與上端的壓力差、流體對轉(zhuǎn)子的浮力和轉(zhuǎn)子的重力三者相平衡時，轉(zhuǎn)子就停留在一定的位置上。流量發(fā)生變化時，轉(zhuǎn)子將移到新的位置，繼續(xù)維持新的平衡。轉(zhuǎn)子的位置高度反映流體的流量。圖31 轉(zhuǎn)子流量計一定條件下，對于一定的流體，通過轉(zhuǎn)子流量計的體積流量qv與轉(zhuǎn)子所在位置的高度H成正比： （31）式中： 流體的體積流量L/min（實測值） 轉(zhuǎn)子所處的高度（格

13、數(shù)） 常數(shù)（即校正系數(shù)）通過實驗可作出qv與H的校正曲線供使用，同時可求出校正系數(shù)K。使用轉(zhuǎn)子流量計時應(yīng)注意以下幾點：1） 流量計應(yīng)垂直安裝；2） 為防止混入機(jī)械雜質(zhì)，在流量計上游應(yīng)安裝過濾裝置；3） 讀取不同形狀轉(zhuǎn)子的流量計刻度時，均應(yīng)以轉(zhuǎn)子最大截面處作為度數(shù)基準(zhǔn)。三、 實驗裝置本實驗裝置如圖32所示。用離心泵3將貯水槽1的水直接送到實驗管路中，經(jīng)渦輪流量計計量后分別進(jìn)入到轉(zhuǎn)子流量計、文丘里流量計，最后返回貯水槽1。用文丘里流量計測量時把閥門5打開，閥門6關(guān)閉；轉(zhuǎn)子流量計測量時把閥門6打開，閥門5關(guān)閉。流量由調(diào)節(jié)閥5、6來調(diào)節(jié)，溫度由銅電阻溫度計測量。測定時選定轉(zhuǎn)子的高度，通過渦輪流量計或文

14、丘里流量計計量水的流量，可知轉(zhuǎn)子在這一高度上的實際流量。通過多次改變轉(zhuǎn)子的高度，測定相應(yīng)高度的實際流量，即可作出轉(zhuǎn)子流量計的校正曲線，求出校正系數(shù)K。圖32 流量計實驗流程示意圖1-水箱；2-放水閥；3-離心泵；4-排水閥；5-文丘里流量計調(diào)節(jié)閥；6-轉(zhuǎn)子流量計調(diào)節(jié)閥；7-轉(zhuǎn)子流量計；8-文丘里流量計；9-平衡閥；10-壓力傳感器；11-渦流流量計四、 實驗步驟 關(guān)閉泵流量調(diào)節(jié)閥5、6，啟動離心泵。2 測取轉(zhuǎn)子流量計的性能，按流量從小到大的順序進(jìn)行實驗。在閥門5全關(guān)閉的情況下，用流量調(diào)節(jié)閥6調(diào)節(jié)流量，讀取渦輪頻率數(shù)和轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)。3 用溫度計讀取溫度數(shù)據(jù)。4 實驗結(jié)束后，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥5、6

15、，停泵。五、操作時應(yīng)注意的事項 閥門5、6在離心泵啟動前應(yīng)關(guān)閉，避免由于壓力大將轉(zhuǎn)子流量計的玻璃管打碎。 測量轉(zhuǎn)子流量計性能時，另一支路即文丘里支路調(diào)節(jié)閥5必須關(guān)閉；同樣測量文丘里流量計性能時，轉(zhuǎn)子流量計支路調(diào)節(jié)閥6必須關(guān)閉。 水質(zhì)要清潔，以免影響渦輪流量計的運行。五、 實驗數(shù)據(jù)記錄和校正曲線1、 實驗記錄工作介質(zhì) 流體溫度 實驗記錄表格裝置編號：1 轉(zhuǎn)子流量計量程：0.25-2.5m3/h 管路直徑：0.026m渦輪流量計儀表常數(shù)：830.54（次/s） 水 溫： 渦輪流量計轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)由渦輪流量計頻率算出的流量(f)(L/h)(m3/h) 123456789101112裝置編號：1 轉(zhuǎn)子

16、流量計量程：0.25-2.5m3/h 管路直徑：0.026m 文丘里流量計喉徑：0.015m 水 溫： 文丘里流量計轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)由文丘里流量計算出的流量(P)(L/h)(L/h) 1234567891011122、 校正曲線校正曲線以文丘里流量qv為縱坐標(biāo)，轉(zhuǎn)子流量計為橫坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作圖。直線的斜率即為校正系數(shù)K。六、 思考題1、 流量計為什么要標(biāo)定？2、 轉(zhuǎn)子流量計中轉(zhuǎn)子沒有浮起來，是否表示沒有流體通過？3、 若作出的直線不通過原點，說明什么？實驗四 管路流體流動阻力的測定一、 實驗?zāi)康?、 掌握流體流動阻力的測定方法2、 測定流體流過直管時的摩擦阻力，并確定摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re的關(guān)系

17、3、 測定流體流過管件的局部阻力，并求出阻力系數(shù)。二、 實驗原理流體在管路中流動時，由于粘性剪應(yīng)力和渦流的存在，不可避免地會引起壓力損耗。這種損耗包括流體經(jīng)過直管的沿程阻力以及因流體流動方向改變或因管子大小形狀改變所引起的局部阻力。1、 直管阻力損失的測定不可壓縮流體連續(xù)穩(wěn)定地在直管中流動時，相距米的任意兩個截面11和22間的機(jī)械能恒算可以用下式來表示： （41）或者 （42）式中：，截面11和截面22距基準(zhǔn)面的高度，m，流體在截面11和截面22處的絕對壓強(qiáng)，Pa；，流體在截面11和截面22處的流速，ms1；流體的密度，kgm3單位質(zhì)量流體流過米距離時的直管阻力損失，Jkg1單位重量流體流過米

18、距離時的直管阻力損失，m。當(dāng)兩個截面管徑相等，并處于同一水平面時，則有，分別代入式（41）和式（42）得： （43）以及 （44） 應(yīng)用上述兩式均可計算出流體的直管阻力損失，其大小主要體現(xiàn)在所取兩截面的壓差上。因此，只需測得所取截面的壓差，便可得到直管阻力損失。2、 直管摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)Re的測定當(dāng)流體在圓形直管內(nèi)流動時，直管的阻力損失可通過范寧（Fanning）公式進(jìn)行計算： （45）或 （46）式中：直管的摩擦系數(shù)，無量綱；直管的長度，m；直管的內(nèi)徑，m；大量實驗研究表明，摩擦系數(shù)與流體的密度、粘度、管徑、流速和管壁粗糙度e有關(guān)應(yīng)用因次分析的方法，可以得出摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)和管壁相對粗糙度e

19、/d存在函數(shù)關(guān)系，即： （47）通過實驗測得和Re數(shù)據(jù)，可以在雙對數(shù)坐標(biāo)上標(biāo)繪出實驗曲線。當(dāng)Re2000時，摩擦系數(shù)與管壁粗糙度e無關(guān)；當(dāng)流體在直管中呈湍流時，不僅和Re有關(guān)，而且與管壁相對粗糙度e/d有關(guān)。3、 局部阻力系數(shù)的測定在化工設(shè)計和工程計算中，局部阻力損失的計算有兩種方法，即當(dāng)量長度法和局部阻力系數(shù)法。對于當(dāng)量長度法，仍然采用式（45）或式（46）來計算。不過此時要將式中的直管長度用當(dāng)量長度代替。若采用阻力系數(shù)法，則通常采用下列公式進(jìn)行計算。 （48）或 （49）式中：管件的局部阻力系數(shù)，無量綱；管件的局部阻力損失，Jkg1管件的局部阻力損失，m。只要測得了管件的局部阻力損失，即可

20、以通過上式計算出管徑的局部阻力系數(shù)。本實驗中，管件的局部阻力損失或的測量系統(tǒng)與直管阻力損失的測量類似，不同的是在管路系統(tǒng)中接入了需要測量的管件。通過U形水柱壓差計測出管件兩端的壓差，然后用式（43）或（44）求出管件的局部阻力損失（此時須將式中的或分別相應(yīng)地?fù)Q成或）。將求出的局部阻力損失或的值代入式（48）或（49），就可以求出管件的局部阻力系數(shù)。三、 實驗裝置實驗流程示意圖見圖1。 水泵2將儲水槽1中的水抽出，送入實驗系統(tǒng)，首先經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子流量計15、16測量流量，然后送入被測直管段測量流體在光滑管或粗糙管的流動阻力，或經(jīng)10測量局部阻力后回到儲水槽，水循環(huán)使用。被測直管段流體流動阻力p可根據(jù)

21、其數(shù)值大小分別采用變送器12或空氣-水倒置型管22來測量。有關(guān)設(shè)備數(shù)據(jù)：被測光滑直管段： 管徑d0.008m； 管長L1.698m； 材料不銹鋼管被測粗糙直管段： 管徑 d0.010m； 管長L1.698m； 材料不銹鋼管被測局部阻力直管段: 管徑 d0.015m；管長 L1.2m； 材料不銹鋼管玻璃轉(zhuǎn)子流量計: 型號 測量范圍 LZB40 1001000(Lh) LZB10 10100(Lh) 圖41 流體流動阻力測定裝置1-水箱；2-離心泵；3、4-放水閥；5、13-緩沖罐；6-局部阻力近端測壓閥；7、15-局部阻力遠(yuǎn)端測壓閥；8、20-粗糙管測壓回水閥；9、19-光滑管測壓閥；10-局部

22、阻力管閥；11-U型管進(jìn)水閥；12-壓力傳感器；14-流量調(diào)節(jié)閥； 15、16-水轉(zhuǎn)子流量計；17-光滑管閥；18-粗糙管閥；21-倒置U型管放空閥；22-倒置U型管；23-水箱放水閥；24-放水閥；四、 實驗步驟 向儲水槽內(nèi)注水，直到水滿為止。 2. 大流量狀態(tài)下的壓差測量系統(tǒng)，應(yīng)先接電預(yù)熱1015分鐘，調(diào)好數(shù)字表的零點，然后啟動泵進(jìn)行實驗。3. 光滑管阻力測定： 關(guān)閉粗糙管閥18、粗糙管測壓進(jìn)水閥20、粗糙管測壓回水閥8，將光滑管閥17全開。 在流量為零條件下，打開光滑管測壓進(jìn)水閥19和回水閥9，旋開倒置U型管進(jìn)水閥11，檢查導(dǎo)壓管內(nèi)是否有氣泡存在。若倒置U型管內(nèi)液柱高度差不為零，則表明導(dǎo)

23、壓管內(nèi)存在氣泡，需要進(jìn)行趕氣泡操作。導(dǎo)壓系統(tǒng)如圖42所示。操作方法如下：開大流量，使倒置U型管內(nèi)液體充分流動，以趕出管路內(nèi)的氣泡；若認(rèn)為氣泡已趕凈，將流量閥關(guān)閉；慢慢旋開倒置U型管上部的放空閥26，打開閥19，使液柱降至零點上下時馬上關(guān)閉，管內(nèi)形成氣-水柱，此時管內(nèi)液柱高度差應(yīng)為零。然后關(guān)閉放空閥26。圖2 導(dǎo)壓系統(tǒng)示意圖13-粗糙管測壓進(jìn)水閥；14-直管壓力傳感器；15-粗糙管測壓回水閥；16-光滑管測壓回水閥；17-光滑管測壓進(jìn)水閥；18-U型管進(jìn)水閥；19-排水閥；20-U型管出水閥；26-U型管放空閥 該裝置兩個轉(zhuǎn)子流量計并聯(lián)連接，根據(jù)流量大小選擇不同量程的流量計測量流量。 差壓變送器

24、與倒置U型管也是并聯(lián)連接，用于測量直管段的壓差，小流量時用倒置型管壓差計測量，大流量時用差壓變送器測量。應(yīng)在最大流量和最小流量之間進(jìn)行實驗，一般測取510組數(shù)據(jù)。當(dāng)流量小于300Lh時,只用倒置型管來測量壓差。4. 粗糙管阻力測定：關(guān)閉閥17、光滑管測壓進(jìn)水閥19、光滑管測壓回水閥9，全開閥18，旋開粗糙管測壓進(jìn)水閥20、粗糙管測壓回水閥8，逐漸調(diào)大流量調(diào)節(jié)閥，趕出導(dǎo)壓管內(nèi)氣泡。 從小流量到最大流量，一般測取510組數(shù)據(jù)。 直管段的壓差用差壓變送器測量。光滑管和粗糙管直管阻力的測定使用同一差壓變送器，當(dāng)測量光滑管直管阻力時，要把通向粗糙管直管阻力的閥門關(guān)閉；同樣當(dāng)測量粗糙管直管阻力時，要把通向

25、光滑管直管阻力的閥門關(guān)閉。5. 局部阻力測定關(guān)閉閥門17和18，全開或半開閥門10，改變流量，用差壓變送器測量遠(yuǎn)點、近點壓差。遠(yuǎn)點、近點壓差的測量使用同一差壓變送器。當(dāng)測量遠(yuǎn)點壓差時，要把通向近點壓差的閥門關(guān)閉；同樣當(dāng)近點壓差時，要把通向遠(yuǎn)點壓差的閥門關(guān)閉。6. 測取水箱水溫。7. 待數(shù)據(jù)測量完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵。五、 數(shù)據(jù)記錄表1 光滑管數(shù)據(jù)表（第 套設(shè)備）裝置編號： 光滑管內(nèi)徑：8mm； 管長：1.690m； 液體溫度： 液體密度： 液體粘度： 序號流量（L/h）直管壓差PP流速uRe（kPa）（mmH2O）（Pa）(m/s)123456789表2 粗糙管數(shù)據(jù)表（第 套）裝置編號：

26、粗糙管內(nèi)徑：10mm； 管長：1.690m； 液體溫度： 液體密度： 液體粘度： 序號流量（L/h）直管壓差PP流速uRe（kPa）（mmH2O）（Pa）(m/s)12345678910表3 局部阻力實驗數(shù)據(jù)（第 套設(shè)備）序號流量Q/(L/h)近點壓差/kPa遠(yuǎn)點壓差/kPa局部阻力壓差/Pa流速/（m/s）阻力系數(shù)12345678910六、 思考題1、 為什么要排除管路及測壓導(dǎo)管中的空氣？2、 壓差計使用前后為什么要排除掉支管中的氣體？如支管中有氣泡對本實驗有何影響？3、 本實驗求得的Re曲線，對其他流體是否適用？為什么？4、 測壓導(dǎo)管的粗細(xì)、長短對測量結(jié)果有無影響？為什么？實驗五 離心泵性

27、能的測定一、 實驗?zāi)康?、 了解離心泵的結(jié)構(gòu)與特性2、 熟悉離心泵的啟動與操作3、 掌握離心泵的特性曲線的測定方法二、 實驗原理離心泵是應(yīng)用最廣的一種液體輸送設(shè)備，它的主要特性參數(shù)包括流量Q、揚程He、功率N和效率的特性曲線。這些參數(shù)之間存在一定的關(guān)系。在一定轉(zhuǎn)速下，He、N和都隨著輸液量Q的變化而變化。通過實驗測定不同Q、He、N和的值，就可以作出泵在該轉(zhuǎn)速下的特性曲線。1） 流量Q的測定轉(zhuǎn)速一定，用泵出口閥調(diào)節(jié)流量。用秒表計時，管路中流過的液體量通過量桶來測量或通過流量計測量得到。2） 揚程He的測定根據(jù)泵進(jìn)出口管上安裝的真空表和壓力表度數(shù)可計算出揚程： （51）式中：，壓力表和真空表的讀

28、數(shù)，m液柱壓力表和真空表表心的垂直距離，m，泵進(jìn)、出口管內(nèi)的流速，m/s。由于本實驗裝置的吸入管與壓出管的管徑相同，兩截面上的平均流速相等，即，又由于吸入導(dǎo)管與壓出導(dǎo)管上兩測壓口之間的垂直距離很小，即因此，式（51）可簡化為： （52）由此可見，兩個壓差計的讀數(shù)直觀地反映了離心泵的揚程。我們只要測定泵的進(jìn)口真空度和出口的表壓，便可求出泵在某一轉(zhuǎn)速下，某一流量時的揚程He。 泵的揚程He隨流量Q增大而降低。當(dāng)流量Q為零時，泵的揚程He最大，當(dāng)流量Q最大時，泵的揚程He最小。3） 泵的功率N的測定離心泵的軸功率可由電動機(jī)的輸出功率直接計算得出 （53）式中：U電動機(jī)的輸入電壓，VI電動機(jī)的輸入電流

29、，A離心泵的有效功率Ne可由下式計算得到： （54）式中：揚程，m流量，m3/s流體密度，kg/m34） 泵的效率的測定泵的效率可由下式計算得到： （55）三、 實驗裝置實驗流程示意圖如圖51所示。水泵2將水槽1內(nèi)的水輸送到實驗系統(tǒng)，用流量調(diào)節(jié)閥9調(diào)節(jié)流量，流體經(jīng)渦輪流量計6計量后，流回儲水槽。設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)如下：(1)真空表測壓位置管內(nèi)徑d1=0.025m(2)壓強(qiáng)表測壓位置管內(nèi)徑d2=0.025m(3)真空表與壓強(qiáng)表測壓口之間的垂直距離h0=0.18m（4）實驗管路d=0.040m(5) 電機(jī)效率為60%圖51 離心泵性能測定實驗裝置流程示意圖1- 水箱 2-離心泵 3-真空表 4-回水

30、閥 5-壓力表 6-渦輪流量計7-溫度計8-排水閥計9- 流量調(diào)節(jié)閥渦輪流量計顯示讀數(shù)為頻率，單位為赫茲。通過以下公式轉(zhuǎn)換為m3/h。 （讀數(shù)/77.901）36001000四、 實驗步驟離心泵主要特性測定步驟1、在某一恒定轉(zhuǎn)速下，在泵出口閥全關(guān)至全開的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)不同的開度，測取若干組流量及與其對應(yīng)的進(jìn)口真空度、出口表壓、泵工作電流、電壓等實驗數(shù)據(jù)。2、將出口閥關(guān)閉，切斷電源停泵，結(jié)束實驗。五、 數(shù)據(jù)記錄表51 離心泵性能測定數(shù)據(jù)記錄表項目序號渦輪流量計（Hz）泵進(jìn)口真空度(MPa)泵出口表壓(MPa)電機(jī)功率（KW）12345678910表52 離心泵性能測定數(shù)據(jù)整理表項目序號流量Q（m3/

31、h）揚程He（mH2O）軸功率N（W）泵的效率12345678910六、 思考題1、 為什么離心泵啟動前要先灌水排氣？2、 為什么離心泵啟動前要先關(guān)閉出口閥？而停泵時也要關(guān)閉出口閥？3、 隨著流量變化，泵的出口壓力表及入口真空表讀數(shù)按什么規(guī)律變化？4、 什么情況下出現(xiàn)“汽蝕”現(xiàn)象？實驗七 套管熱交換器實驗一、 實驗?zāi)康?、 測定流體在水平圓管作強(qiáng)制湍流時的對流傳熱系數(shù)2、 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)估算對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式中的參數(shù)，加深對經(jīng)驗公式的理解3、 加深對傳熱過程基本原理的理解，并對傳熱過程的研究方法有所了解二、 實驗原理 冷熱流體通過固體壁所進(jìn)行的熱交換過程，是先由熱流體把熱量傳遞給固體壁面，然后由

32、固體壁面的一側(cè)傳向另一側(cè)，最后再由壁面把熱量傳給冷流體。即熱交換過程是由對流導(dǎo)熱對流等三個過程串聯(lián)組成的。1、 對流傳熱系數(shù)的測定根據(jù)牛頓冷卻定律，可得熱流體和冷流體通過間壁的熱流量為： （71）式中：、熱流體和冷流體對間壁的傳熱系數(shù)，Wm-2K-1、套管換熱器那關(guān)的內(nèi)、外表面積，m2、熱流體和冷流體對間壁的對數(shù)平均溫度差，K； （72）式中：、熱流體的進(jìn)、出口溫度，K、熱流體進(jìn)口端和出口端處間壁的溫度，K、冷流體的進(jìn)、出口溫度，K。換熱器的熱流量 可通過熱流體的熱量恒算得到，即： （73） 式中：熱流體的平均比熱容，JKg-1K-1熱流體的質(zhì)量流量，Kgs-1、熱流體的進(jìn)、出口溫度，K 從以

33、上分析可知，再實驗中測得了熱流體的流量，冷流體的進(jìn)、出口溫度，熱流體的進(jìn)、出口溫度，熱流體進(jìn)、出口的壁溫，套管換熱器內(nèi)管的內(nèi)、外徑和壁厚，測溫點之間的距離，查得了間壁的導(dǎo)熱系數(shù)和熱流體的物性參數(shù)后，就可以求出熱流體和冷流體對間壁的傳熱系數(shù)、。2、 總傳熱系數(shù)K的測定對于液液熱交換，K與、由如下關(guān)系： （74）式中： 熱流體再圓形內(nèi)管中強(qiáng)制對流時的傳熱系數(shù)，Wm-2K-1冷流體再環(huán)形套管中強(qiáng)制對流時的傳熱系數(shù)，Wm-2K-1套管換熱器內(nèi)管壁厚，m 套管換熱器內(nèi)管的導(dǎo)熱系數(shù)，Wm-1K-1由1測得、，即可由式（74）計算出換熱器的總傳熱系數(shù)K。另外，K值也可以進(jìn)行直接測定。根據(jù)熱交換器的傳熱速率方

34、程，可得： （75）式中：換熱器的熱流量，W，可由式（73）計算得到；換熱器內(nèi)管管壁的平均傳熱面積，m2，可由下式計算得到： （76）換熱器的對數(shù)平均溫度差，K。 （77）式中：、熱流體的進(jìn)、出口溫度，K、冷流體的進(jìn)、出口溫度，K。3、 對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式在熱交換器的設(shè)計過程中，需要知道熱交換體系的總傳熱系數(shù)K。但K與流體的性質(zhì)及流體流動狀況間的關(guān)系很難進(jìn)行實驗關(guān)聯(lián)，而對流傳熱系數(shù)卻與流體的性質(zhì)及流體流動狀況存在著一定的關(guān)系。因此，工程上常通過實驗將流體的性質(zhì)及流體流動狀況與對流傳熱系數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，得到一系列相應(yīng)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式。當(dāng)需要設(shè)計一個熱交換器時，設(shè)計者可根據(jù)熱交換體系的實際情況，選擇合適的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式，計算出傳熱系數(shù)，并用式（74）來確定熱