實驗四化工流體過程綜合實驗

1、實驗四 化工流體過程綜合實驗一、實驗?zāi)康?.掌握光滑直管、粗糙直管阻力系數(shù)的測量方法，并繪制光滑管及粗糙管的曲線，將其與摩擦系數(shù)圖進行比較；2.掌握閥門的局部阻力系數(shù)的測量方法；3.了解各種流量計（節(jié)流式、轉(zhuǎn)子、渦輪）的結(jié)構(gòu)、性能及特點，掌握其使用方法；掌握節(jié)流式流量計標(biāo)定方法，會測定并繪制文丘里、孔板、噴嘴流量計流量標(biāo)定曲線（流量-壓差關(guān)系）及流量系數(shù)和雷諾數(shù)之間的關(guān)系（關(guān)系）；4.了解離心泵的結(jié)構(gòu)、操作方法，掌握離心泵特性曲線測定方法，并能繪制相應(yīng)曲線。二、實驗內(nèi)容1.測定光滑直管和粗糙直管摩擦阻力系數(shù)，繪制光滑管及粗糙管的曲線；2.測定閥門的局部阻力系數(shù)；3.測定并繪制文丘里、孔板、噴嘴

2、流量計（三選一）流量標(biāo)定曲線（流量-壓差關(guān)系）及流量系數(shù)和雷諾數(shù)之間的關(guān)系（關(guān)系）；4.測量離心泵的特性曲線，并繪制相應(yīng)曲線，確定其最佳工作范圍。三、實驗原理、方法和手段1.流體阻力實驗a.直管摩擦系數(shù)l與雷諾數(shù)Re的測定：直管的摩擦阻力系數(shù)是雷諾數(shù)和相對粗糙度的函數(shù)，即，對一定的相對粗糙度而言，。流體在一定長度等直徑的水平圓管內(nèi)流動時，其管路阻力引起的能量損失為： 又因為摩擦阻力系數(shù)與阻力損失之間有如下關(guān)系（范寧公式） 整理兩式得 式中： 管徑，m ； 直管阻力引起的壓強降，Pa；管長，m；流速，m / s；流體的密度，kg / m3； 流體的粘度，Ns / m2。 在實驗裝置中，直管段管長

3、l和管徑d都已固定。若水溫一定，則水的密度和粘度也是定值。所以本實驗實質(zhì)上是測定直管段流體阻力引起的壓強降與流速u（流量V）之間的關(guān)系。 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和式可計算出不同流速下的直管摩擦系數(shù)，用式計算對應(yīng)的Re，從而整理出直管摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系，繪出與Re的關(guān)系曲線。 b.局部阻力系數(shù)的測定： 式中： 局部阻力系數(shù)，無因次； 局部阻力引起的壓強降，Pa；局部阻力引起的能量損失，Jkg。圖-1 局部阻力測量取壓口布置圖局部阻力引起的壓強降 可用下面的方法測量：在一條各處直徑相等的直管段上，安裝待測局部阻力的閥門，在其上、下游開兩對測壓口a-a和b-b，見圖-1，使 abbc ； abbc則 Pf

4、，a b Pf，bc ； Pf，ab= Pf，bc在aa之間列柏努利方程式： PaPa =2Pf，a b+2Pf，ab+Pf 在bb之間列柏努利方程式： PbPb = Pf，bc+Pf，bc+Pf = Pf，a b+Pf，ab+Pf 聯(lián)立式和，則： 2(PbPb)(PaPa) 為了實驗方便，稱(PbPb)為近點壓差，稱(PaPa)為遠(yuǎn)點壓差。其數(shù)值用差壓傳感器來測量。2.流量計性能測定：流體通過節(jié)流式流量計時在上、下游兩取壓口之間產(chǎn)生壓強差，它與流量的關(guān)系為： 式中：被測流體(水)的體積流量，m3/s； 流量系數(shù)，無因次； 流量計節(jié)流孔截面積，m2； 流量計上、下游兩取壓口之間的壓強差，Pa

5、； 被測流體(水)的密度，kgm3 。 用渦輪流量計作為標(biāo)準(zhǔn)流量計來測量流量VS。，每一個流量在壓差計上都有一對應(yīng)的讀數(shù)，將壓差計讀數(shù)P和流量Vs繪制成一條曲線，即流量標(biāo)定曲線。同時利用上式整理數(shù)據(jù)可進一步得到C0Re關(guān)系曲線。3.離心泵性能測定實驗離心泵的特征方程是從理論上對離心泵中液體質(zhì)點的運動情況進行分析研究后，得出的離心泵壓頭與流量的關(guān)系。離心泵的性能受到泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、葉輪形式和轉(zhuǎn)數(shù)的影響。故在實際工作中，其內(nèi)部流動的規(guī)律比較復(fù)雜，實際壓頭要小于理論壓頭。因此，離心泵的揚程尚不能從理論上作出精確的計算，需要實驗測定。a.揚程H的測定：在泵的吸入口和排出口之間列柏努利方程上式中是泵的吸入

6、口和排出口之間管路內(nèi)的流體流動阻力，與柏努利方程中其它項比較，值很小，故可忽略。于是上式變?yōu)椋簩y得的和的值以及計算所得的代入上式即可求得H的值。b.軸功率N的測定：功率表測得的功率為電動機的輸入功率。由于泵由電動機直接帶動，傳動效率可視為1，所以電動機的輸出功率等于泵的軸功率。即：泵的軸功率N = 電動機的輸出功率，kw電動機的輸出功率 = 電動機的輸入功率電動機的效率。泵的軸功率 = 功率表讀數(shù)電動機效率，kw。c.效率的測定：式中： 泵的效率；N泵的軸功率，kw；Ne泵的有效功率kw；H泵的揚程，m；Q泵的流量，m3/s水的密度，kg/m3四、實驗組織運行要求集中授課形式五、實驗條件1.

7、實驗設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)：a.流體阻力部分：被測直管段：光滑管管徑d-0.008 (m) 管長L-1.700 (m) 材料不銹鋼 粗糙管管徑d-0.010 (m) 管長L-1.700 (m) 材料不銹鋼 玻璃轉(zhuǎn)子流量計：LZB25 1001000（L/h）VA10-15F 10100（L/h）壓差傳感器：型號LXWY 測量范圍200 KPa數(shù)字顯示儀表：測量參數(shù)名稱 儀表名稱 數(shù)量溫度 AI-501B 1壓差 AI-501BV24 1流量 AI-501BV24 1功率 AI-501B 1離心泵：型號WB70/055b.流量計性能部分：流量測量：文丘里流量計 文丘里喉徑0.020m 孔板流量計 孔徑

8、0.020m 噴嘴流量計 孔徑0.020m實驗管路管徑： 0.042mc.離心泵性能部分：離心泵：型號WB70/055 電機效率60%；真空表：用于泵吸入口壓強的測量 測量范圍0.1-0MPa 精度1.5級,真空表測壓位置管內(nèi)徑d1=0.036m壓力表：用于泵出口壓力的測量 測量范圍0-0.25MPa 精度1.5級壓強表測壓位置管內(nèi)徑d2=0.042m流量計：渦輪流量計 精度0.5級； 兩測壓口之間距離：真空表與壓強表測壓口之間的垂直距離h0=0.25md.管路特性部分：變頻器：型號E301-201-H 規(guī)格：（0-50）Hz2.實驗裝置流程圖及流程簡介：圖-2 流體流動過程綜合實驗流程示意圖

9、1-水箱；2-水泵；3-入口真空表； 4-出口壓力表； 5、16-緩沖罐； 6、14-測局部阻力近端閥； 7、15-測局部阻力遠(yuǎn)端閥； 8、17-粗糙管測壓閥； 9、21-光滑管測壓閥； 10-局部阻力閥； 11-文丘里流量計（孔板流量計）； 12-壓力傳感器； 13-渦流流量計； 18、32-閥門； 20-粗糙管閥； 22-小轉(zhuǎn)子流量計；23-大轉(zhuǎn)子流量計； 24閥門； 25-水箱放水閥； 26-倒U型管放空閥； 27- 倒U型管； 28、30-倒U型管排水閥； 29、31-倒U型管平衡閥流體阻力測量流程：水泵2將儲水槽1中的水抽出，送入實驗系統(tǒng)，經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子流量計22、23測量流量，然后送入

10、被測直管段測量流體流動阻力，經(jīng)回流管流回儲水槽1。被測直管段流體流動阻力P 可根據(jù)其數(shù)值大小分別采用變送器12或空氣水倒置型管來測量。流量計、離心泵性能測定流程：水泵2將水槽1內(nèi)的水輸送到實驗系統(tǒng)，流體經(jīng)渦輪流量計13計量，用流量調(diào)節(jié)閥32調(diào)節(jié)流量，回到儲水槽。同時測量文丘里流量計兩端的壓差，離心泵進出口壓強、離心泵電機輸入功率并記錄。管路特性測量流程：用流量調(diào)節(jié)閥32調(diào)節(jié)流量到某一位置，改變電機頻率，測定渦輪流量計的頻率、泵入口壓強、泵出口壓強并記錄。六、實驗步驟1.流體阻力測量：向儲水槽內(nèi)注水至水箱三分之二。(最好使用蒸餾水，以保持流體清潔) 光滑管阻力測定：關(guān)閉粗糙管路閥門，將光滑管路閥

11、門全開，在流量為零條件下，打開通向倒置U型管的進水閥，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)壓管內(nèi)存在氣泡。需要進行趕氣泡操作。導(dǎo)壓系統(tǒng)如圖-3所示：3、4-排水閥；11- U型管進水閥；12-壓力傳感器；26- U型管放空閥；27-U型管圖-3 導(dǎo)壓系統(tǒng)示意圖導(dǎo)壓系統(tǒng)排氣操作方法如下：a.打開11，3，4， 1030秒（層流實驗時3060秒）；b.關(guān)閉11；c.打開26，將倒U型壓差計中的水排凈；d.關(guān)閉3，4，26；e.打開11，使水進入倒U型壓差計；f.閉流量調(diào)節(jié)閥24，此時若倒U型壓差計中的差值為0，則說明管線中的氣已排凈。如不為零則表明管路中仍有氣泡存在

12、，需要重復(fù)進行趕氣泡操作。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。差壓變送器與倒置U型管亦是并聯(lián)連接，用于測量壓差，小流量時用型管壓差計測量，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行實驗操作，一般測取1520組數(shù)據(jù)。注：在測大流量的壓差時應(yīng)關(guān)閉U型管的進出水閥11，防止水利用U型管形成回路影響實驗數(shù)據(jù)。粗糙管阻力測定：關(guān)閉光滑管閥，將粗糙管閥全開，從小流量到最大流量，測取1520組數(shù)據(jù)。測取水箱水溫。待數(shù)據(jù)測量完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵。粗糙管、局部阻力測量方法同前。2.流量計、離心泵性能測定（以文丘里流量計為例）：向儲水槽內(nèi)注入蒸餾水。檢查流量

13、調(diào)節(jié)閥32，壓力表4的開關(guān)及真空表3的開關(guān)是否關(guān)閉(應(yīng)關(guān)閉)。啟動離心泵，緩慢打開調(diào)節(jié)閥32至全開。待系統(tǒng)內(nèi)流體穩(wěn)定，即系統(tǒng)內(nèi)已沒有氣體，打開壓力表和真空表的開關(guān)，方可測取數(shù)據(jù)。用閥門32調(diào)節(jié)流量，從流量為零至最大或流量從最大到零，測取 1015組數(shù)據(jù)，同時記錄渦輪流量計頻率、文丘里流量計的壓差、泵入口壓強、泵出口壓強、功率表讀數(shù)，并記錄水溫。實驗結(jié)束后，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵，關(guān)閉電源。七、實驗注意事項：1.直流數(shù)字表操作方法請仔細(xì)閱讀說明書，待熟悉其性能和使用方法后再進行使用操作。2.啟動離心泵之前以及從光滑管阻力測量過渡到其它測量之前，都必須檢查所有流量調(diào)節(jié)閥是否關(guān)閉。3.利用壓力傳感器測

14、量大流量下P時,應(yīng)切斷空氣水倒置型玻璃管的閥門否則將影響測量數(shù)值的準(zhǔn)確。 4.在實驗過程中每調(diào)節(jié)一個流量之后應(yīng)待流量和直管壓降的數(shù)據(jù)穩(wěn)定以后方可記錄數(shù)據(jù)。5.若之前較長時間未做實驗，啟動離心泵時應(yīng)先盤軸轉(zhuǎn)動，否則易燒壞電機。6.該裝置電路采用五線三相制配電，實驗設(shè)備應(yīng)良好接地。7.使用變頻調(diào)速器時一定注意FWD指示燈亮，切忌按FWD REV鍵，REV指示燈亮?xí)r電機反轉(zhuǎn)。8.啟動離心泵前，必須關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉壓力表和真空表的開關(guān)，以免損壞測量儀表。9.實驗水質(zhì)要清潔，以免影響渦輪流量計運行。八、思考題1.本實驗中的U型壓差計的指示劑是何物？為什么選擇它？2.本實驗中，倒置U型壓差計一開始就排

15、了氣的，為什么在實驗過程中還可以兩邊示數(shù)自由增大和減?。?.在做各實驗時，如何判斷流量這一數(shù)據(jù)是否合理？一般氣體流速和流體流速各在什么范圍？九、實驗報告實驗報告應(yīng)體現(xiàn)預(yù)習(xí)、實驗記錄和實驗報告1.實驗預(yù)習(xí)在實驗前每位同學(xué)都需要對本次實驗進行認(rèn)真的預(yù)習(xí)，并寫好預(yù)習(xí)報告，在預(yù)習(xí)報告中要寫出實驗?zāi)康?、要求，需要用到的儀器設(shè)備、物品資料以及簡要的實驗步驟，形成一個操作提綱。對實驗中的安全注意事項及可能出現(xiàn)的現(xiàn)象等做到心中有數(shù)，但這些不要求寫在預(yù)習(xí)報告中。2.實驗記錄學(xué)生開始實驗時，應(yīng)該將記錄本放在近旁，將實驗中所做的每一步操作、觀察到的現(xiàn)象和所測得的數(shù)據(jù)及相關(guān)條件如實地記錄下來。實驗記錄中應(yīng)有指導(dǎo)教師的

16、簽名。附：數(shù)據(jù)記錄表a.直管阻力損失的測定表一 流體阻力光滑管實驗數(shù)據(jù)表光滑管：內(nèi)徑 mm、管長 m（液體溫度 液體密度= kg/m 液體粘度= mPas）序號流量(l/h)直管壓差PP流速uRe（kPa）（mmH2O）（Pa）(m/s)1222表二 流體阻力粗糙管實驗數(shù)據(jù)表粗糙管：內(nèi)徑 mm、管長 m（液體溫度 液體密度= kg/m 液體粘度= mPaS）序號流量(l/h)直管壓差PP流速uRe（kPa）（mmH2O）（Pa）(m/s)1222b.局部阻力損失的測定表三 局部阻力實驗數(shù)據(jù)表序號Q（l/h）近端壓差遠(yuǎn)端壓差u（m/s）局部阻力壓差阻力系數(shù)123c. 流量計性能測定表四 流量計性能測定實驗數(shù)據(jù)表序號孔板流量計孔板流量計流量Q流速uReCo(kPa)(Pa)(m3/h)(m/s)1211d.離心泵特性曲線測