實(shí)驗(yàn)講義修改11-9

1、實(shí)驗(yàn)一 壓頭轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 理解留題流動(dòng)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(guān)察流速與壓頭的變化規(guī)律二、 實(shí)驗(yàn)原理1. 流體在流動(dòng)時(shí)具有三種機(jī)械能，即（1）位能、（2）動(dòng)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?。└淖儠r(shí)，他們便不斷地自行轉(zhuǎn)換。如果粘度為零的理想流體，因?yàn)椴淮嬖谝蚰Σ梁团鲎捕a(chǎn)生的機(jī)械能損失，那么同一管路的任何二個(gè)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(duì)實(shí)際流體來(lái)說(shuō)，則因?yàn)榇嬖谡扯龋鲃?dòng)過(guò)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(duì)實(shí)際流體來(lái)說(shuō)，兩個(gè)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(gè)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(shí)，就必須講這部分損失了的機(jī)械能加到第二個(gè)截面上面。3. 上述幾種機(jī)械能都可以用測(cè)壓管中的一段液體柱的高度來(lái)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(chēng)為壓頭。表示位能的稱(chēng)為位壓頭（H位）；表示動(dòng)能的稱(chēng)為動(dòng)壓頭（H動(dòng)）；表示壓力能的稱(chēng)為靜壓頭（H靜）；表示已損失的機(jī)械能稱(chēng)為損失壓頭（H損）。4. 當(dāng)測(cè)壓管上的小孔與水流方向垂直時(shí)，測(cè)壓管的液位高度（從測(cè)壓孔算起）即為靜壓頭，它反映測(cè)壓點(diǎn)處液體的靜壓強(qiáng)大??；測(cè)壓孔處液體的位壓頭則有測(cè)壓孔的

3、幾何高度決定。5. 當(dāng)測(cè)壓管上的小孔正對(duì)水流方向時(shí)，測(cè)壓管內(nèi)液位將上升，上升的液體高度，即為測(cè)壓孔處流體動(dòng)壓頭。它反映出該點(diǎn)處流體動(dòng)能的大小。這時(shí)測(cè)壓管中液柱高度則為靜壓頭和動(dòng)壓頭之和。6. 任何兩個(gè)截面之間，位壓頭、動(dòng)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(gè)截面之間時(shí)機(jī)械能的損失。損失壓頭與流體的動(dòng)壓頭、流過(guò)的導(dǎo)管長(zhǎng)度及管徑有關(guān)。其關(guān)系如下： 動(dòng)壓頭越大，通過(guò)的管子越長(zhǎng)，則壓頭損失越大，而管徑增大則損失壓頭減小。三、 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置由水槽、管路以及測(cè)壓管三部分組成（見(jiàn)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(xiàn)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(cè)壓管，左邊一支可測(cè)量該截面的靜壓頭，右邊一支測(cè)壓孔正對(duì)水流，可測(cè)動(dòng)壓頭與靜壓頭之和。 圖11 壓頭轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)裝置四、 實(shí)驗(yàn)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(mén)及實(shí)驗(yàn)測(cè)試導(dǎo)管出口調(diào)節(jié)閥門(mén)而后啟動(dòng)離心泵。2. 逐步開(kāi)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(kāi)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(guò)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(shí)驗(yàn)結(jié)束。五、使用設(shè)備時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)：1不要將離心泵出口調(diào)節(jié)閥開(kāi)得過(guò)大以免使水流沖擊到高位槽外面，同時(shí)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(kāi)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(shí)應(yīng)適當(dāng)開(kāi)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(cè)壓管中的水溢出管外。 4注意排除實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管內(nèi)的空氣泡。 5離心泵不要空轉(zhuǎn)和出口閥門(mén)全關(guān)的條件下工作。六、數(shù)據(jù)記錄 水溫： （一） 壓頭測(cè)量結(jié)果H 項(xiàng)值 目次別位置水流量(m3/s)ABCD正對(duì)垂直正對(duì)垂直正對(duì)垂直正對(duì)垂直12345（二） 流速計(jì)算 項(xiàng)目位置動(dòng)

6、壓頭靜壓頭（m）靜壓頭（m）動(dòng)壓頭（m）點(diǎn)速度（ms-1）平均流速（ms-1）按所測(cè)體積流量計(jì)算點(diǎn)A點(diǎn)B點(diǎn)C點(diǎn)D五、 思考題1. 當(dāng)進(jìn)水閥關(guān)閉時(shí)，各測(cè)量管內(nèi)液位高度H有無(wú)變化？這一現(xiàn)象說(shuō)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(gè)大？為什么？3. 測(cè)壓孔正對(duì)水流方向的測(cè)量管，其液位高度H的物理意義是什么？實(shí)驗(yàn)二 流體流動(dòng)類(lèi)型及臨界雷諾數(shù)的測(cè)定一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 觀(guān)察流體流動(dòng)過(guò)程中不同的流動(dòng)型態(tài)及其變化過(guò)程；2 測(cè)定流動(dòng)型態(tài)變化時(shí)的臨界雷諾數(shù)二、 實(shí)驗(yàn)原理流體充滿(mǎn)導(dǎo)管作穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)基本上有兩種明顯不同的流動(dòng)型態(tài)：滯流（也叫層流）和湍流。當(dāng)流體在管中作滯流流動(dòng)

7、時(shí)，管內(nèi)的流體各個(gè)質(zhì)點(diǎn)沿管軸作相互平行而有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，彼此沒(méi)有明顯的干擾。當(dāng)流體作湍流流動(dòng)時(shí)，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)紊亂地向各個(gè)不同的方向作無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。流體的流動(dòng)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(shuō)流體的流動(dòng)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(shí)驗(yàn)，流體在平直圓管中流動(dòng)時(shí)，當(dāng)雷諾數(shù)小于某一臨界值時(shí)為滯流（或?qū)恿鳎?；?dāng)雷諾數(shù)大于某一臨界值時(shí)為湍流；當(dāng)雷諾數(shù)介于二者之間時(shí)則為不穩(wěn)定的過(guò)渡狀態(tài)，可能為滯流，也可能為湍流。對(duì)于一定溫度下的某種介質(zhì)在特定的圓管內(nèi)流動(dòng)

8、時(shí)，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(mài)的函數(shù)。流體的流速確定后，雷諾數(shù)即可確定。流體流動(dòng)型態(tài)發(fā)生變化時(shí)的流速稱(chēng)為臨界速度，其對(duì)應(yīng)的雷諾數(shù)稱(chēng)為臨界雷諾數(shù)。本實(shí)驗(yàn)以水為介質(zhì)、有色溶液為示蹤物，使其以不同的流速通過(guò)平直玻璃管，便可觀(guān)察到不同的流動(dòng)型態(tài)，同時(shí)根據(jù)流動(dòng)型態(tài)的變化，可確定臨界速度與臨界雷諾準(zhǔn)數(shù)。三、 實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)裝置如圖21所示，主要由穩(wěn)壓溢流水槽5、試驗(yàn)導(dǎo)管（內(nèi)徑24.2mm）6、緩沖水槽5和轉(zhuǎn)子流量計(jì)6組成。水由循環(huán)水泵供給或直接由自來(lái)水龍頭輸入穩(wěn)壓溢流水槽，經(jīng)穩(wěn)壓后流經(jīng)試驗(yàn)導(dǎo)管、緩沖水槽及轉(zhuǎn)子流量計(jì)，最后流回低位水槽或排入下水道，穩(wěn)壓溢流槽溢流出來(lái)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(yàn)導(dǎo)管3至下水道。圖21 雷諾試驗(yàn)裝置四、 實(shí)驗(yàn)步驟1. 雷諾實(shí)驗(yàn)的過(guò)程 (1) 關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥10、7、9,打開(kāi)進(jìn)水閥3,使自來(lái)水充滿(mǎn)水槽,并使其有一定的溢流量。 (2) 輕輕打開(kāi)閥門(mén)10,讓水緩慢流過(guò)實(shí)驗(yàn)管道。使紅水全部充滿(mǎn)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(kāi)紅水流量調(diào)節(jié)夾 ,觀(guān)察當(dāng)前水流量下實(shí)驗(yàn)管內(nèi)水的流動(dòng)狀況。讀取流量計(jì)的流量并計(jì)算出雷諾準(zhǔn)數(shù)。 (5) 增大進(jìn)水閥3 的開(kāi)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(guò)試驗(yàn)導(dǎo)管的流速平穩(wěn)地增大，至試驗(yàn)導(dǎo)管內(nèi)直線(xiàn)流動(dòng)的紅色細(xì)流開(kāi)始發(fā)

10、生波動(dòng)而呈明顯的S型時(shí)，讀取此時(shí)流量計(jì)的流量并計(jì)算出雷諾準(zhǔn)數(shù)。（6）繼續(xù)開(kāi)大調(diào)節(jié)閥3的開(kāi)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(yàn)導(dǎo)管立即被分散成煙霧狀并迅速擴(kuò)散到整個(gè)管子。這表明流體的流動(dòng)型態(tài)已成湍流。記下此時(shí)流量計(jì)的流量并計(jì)算出雷諾準(zhǔn)數(shù)。（7）這樣的試驗(yàn)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(yàn)數(shù)據(jù)。2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的操作(1) 關(guān)閉紅水流量調(diào)節(jié)夾,使紅水停止流動(dòng)。(2) 關(guān)閉進(jìn)水閥 3,使自來(lái)水停止流入水槽。 (3) 待實(shí)驗(yàn)管道的紅色消失時(shí),關(guān)閉閥門(mén) 10。(4) 若日后較長(zhǎng)時(shí)間不用,請(qǐng)將裝置內(nèi)各處的存水放凈。五、 數(shù)據(jù)記錄1、 試驗(yàn)設(shè)備基本參數(shù)：試驗(yàn)導(dǎo)管

11、內(nèi)徑：d=24.2mm2、 試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與整理：水溫： 水的密度： kg/m3水的粘度： Pa s實(shí)驗(yàn)記錄和數(shù)據(jù)整理可參考下表：序號(hào)流量（L/h）流速(m/s)雷諾準(zhǔn)數(shù)Re觀(guān) 察 現(xiàn) 象流 型1管中一條紅線(xiàn)2管中一條紅線(xiàn)管中一條紅線(xiàn)3管中紅線(xiàn)波動(dòng)4管中紅線(xiàn)波動(dòng)5管中紅線(xiàn)波動(dòng)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(dòng)型態(tài)的因素有哪些？2、 為什么說(shuō)再實(shí)驗(yàn)時(shí)流速可作為判斷流動(dòng)型態(tài)的唯一依據(jù)？3、 生產(chǎn)中無(wú)法通過(guò)觀(guān)察來(lái)判斷管內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)，你可用什么反復(fù)來(lái)判斷呢？試驗(yàn)三 流量計(jì)的校正一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解轉(zhuǎn)子流量計(jì)的構(gòu)造和工作原理；2、 掌握轉(zhuǎn)子流量計(jì)的使用方法和校正方法；3、

12、 測(cè)定流量與轉(zhuǎn)子高度的校正曲線(xiàn)。二、 實(shí)驗(yàn)原理轉(zhuǎn)子流量計(jì)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(chēng)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(guò)。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(guò)環(huán)隙，且作用于轉(zhuǎn)子下端與上端的壓力差、流體對(duì)轉(zhuǎn)子的浮力和轉(zhuǎn)子的重力三者相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)子就停留在一定的位置上。流量發(fā)生變化時(shí)，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(jì)一定條件下，對(duì)于一定的流體，通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)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(shí)測(cè)值） 轉(zhuǎn)子所處的高度（格

13、數(shù)） 常數(shù)（即校正系數(shù)）通過(guò)實(shí)驗(yàn)可作出qv與H的校正曲線(xiàn)供使用，同時(shí)可求出校正系數(shù)K。使用轉(zhuǎn)子流量計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1） 流量計(jì)應(yīng)垂直安裝；2） 為防止混入機(jī)械雜質(zhì)，在流量計(jì)上游應(yīng)安裝過(guò)濾裝置；3） 讀取不同形狀轉(zhuǎn)子的流量計(jì)刻度時(shí)，均應(yīng)以轉(zhuǎn)子最大截面處作為度數(shù)基準(zhǔn)。三、 實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)裝置如圖32所示。用離心泵3將貯水槽1的水直接送到實(shí)驗(yàn)管路中，經(jīng)渦輪流量計(jì)計(jì)量后分別進(jìn)入到轉(zhuǎn)子流量計(jì)、文丘里流量計(jì)，最后返回貯水槽1。用文丘里流量計(jì)測(cè)量時(shí)把閥門(mén)5打開(kāi)，閥門(mén)6關(guān)閉；轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量時(shí)把閥門(mén)6打開(kāi)，閥門(mén)5關(guān)閉。流量由調(diào)節(jié)閥5、6來(lái)調(diào)節(jié)，溫度由銅電阻溫度計(jì)測(cè)量。測(cè)定時(shí)選定轉(zhuǎn)子的高度，通過(guò)渦輪流量計(jì)或文

14、丘里流量計(jì)計(jì)量水的流量，可知轉(zhuǎn)子在這一高度上的實(shí)際流量。通過(guò)多次改變轉(zhuǎn)子的高度，測(cè)定相應(yīng)高度的實(shí)際流量，即可作出轉(zhuǎn)子流量計(jì)的校正曲線(xiàn)，求出校正系數(shù)K。圖32 流量計(jì)實(shí)驗(yàn)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(jì)調(diào)節(jié)閥；6-轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)閥；7-轉(zhuǎn)子流量計(jì)；8-文丘里流量計(jì)；9-平衡閥；10-壓力傳感器；11-渦流流量計(jì)四、 實(shí)驗(yàn)步驟 關(guān)閉泵流量調(diào)節(jié)閥5、6，啟動(dòng)離心泵。2 測(cè)取轉(zhuǎn)子流量計(jì)的性能，按流量從小到大的順序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在閥門(mén)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(jì)讀數(shù)。3 用溫度計(jì)讀取溫度數(shù)據(jù)。4 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥5、6

15、，停泵。五、操作時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng) 閥門(mén)5、6在離心泵啟動(dòng)前應(yīng)關(guān)閉，避免由于壓力大將轉(zhuǎn)子流量計(jì)的玻璃管打碎。 測(cè)量轉(zhuǎn)子流量計(jì)性能時(shí)，另一支路即文丘里支路調(diào)節(jié)閥5必須關(guān)閉；同樣測(cè)量文丘里流量計(jì)性能時(shí)，轉(zhuǎn)子流量計(jì)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(jì)的運(yùn)行。五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和校正曲線(xiàn)1、 實(shí)驗(yàn)記錄工作介質(zhì) 流體溫度 實(shí)驗(yàn)記錄表格裝置編號(hào)：1 轉(zhuǎn)子流量計(jì)量程：0.25-2.5m3/h 管路直徑：0.026m渦輪流量計(jì)儀表常數(shù)：830.54（次/s） 水 溫： 渦輪流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)由渦輪流量計(jì)頻率算出的流量(f)(L/h)(m3/h) 123456789101112裝置編號(hào)：1 轉(zhuǎn)子

16、流量計(jì)量程：0.25-2.5m3/h 管路直徑：0.026m 文丘里流量計(jì)喉徑：0.015m 水 溫： 文丘里流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)由文丘里流量計(jì)算出的流量(P)(L/h)(L/h) 1234567891011122、 校正曲線(xiàn)校正曲線(xiàn)以文丘里流量qv為縱坐標(biāo)，轉(zhuǎn)子流量計(jì)為橫坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作圖。直線(xiàn)的斜率即為校正系數(shù)K。六、 思考題1、 流量計(jì)為什么要標(biāo)定？2、 轉(zhuǎn)子流量計(jì)中轉(zhuǎn)子沒(méi)有浮起來(lái)，是否表示沒(méi)有流體通過(guò)？3、 若作出的直線(xiàn)不通過(guò)原點(diǎn)，說(shuō)明什么？實(shí)驗(yàn)四 管路流體流動(dòng)阻力的測(cè)定一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握流體流動(dòng)阻力的測(cè)定方法2、 測(cè)定流體流過(guò)直管時(shí)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(cè)定流體流過(guò)管件的局部阻力，并求出阻力系數(shù)。二、 實(shí)驗(yàn)原理流體在管路中流動(dòng)時(shí)，由于粘性剪應(yīng)力和渦流的存在，不可避免地會(huì)引起壓力損耗。這種損耗包括流體經(jīng)過(guò)直管的沿程阻力以及因流體流動(dòng)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(cè)定不可壓縮流體連續(xù)穩(wěn)定地在直管中流動(dòng)時(shí)，相距米的任意兩個(gè)截面11和22間的機(jī)械能恒算可以用下式來(lái)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(duì)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(guò)米距離時(shí)的直管阻力損失，Jkg1單位重量流體流過(guò)米

18、距離時(shí)的直管阻力損失，m。當(dāng)兩個(gè)截面管徑相等，并處于同一水平面時(shí)，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(jì)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(cè)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(cè)定當(dāng)流體在圓形直管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，直管的阻力損失可通過(guò)范寧（Fanning）公式進(jìn)行計(jì)算： （45）或 （46）式中：直管的摩擦系數(shù)，無(wú)量綱；直管的長(zhǎng)度，m；直管的內(nèi)徑，m；大量實(shí)驗(yàn)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(duì)粗糙度e

19、/d存在函數(shù)關(guān)系，即： （47）通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得和Re數(shù)據(jù)，可以在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上標(biāo)繪出實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)。當(dāng)Re2000時(shí)，摩擦系數(shù)與管壁粗糙度e無(wú)關(guān)；當(dāng)流體在直管中呈湍流時(shí)，不僅和Re有關(guān)，而且與管壁相對(duì)粗糙度e/d有關(guān)。3、 局部阻力系數(shù)的測(cè)定在化工設(shè)計(jì)和工程計(jì)算中，局部阻力損失的計(jì)算有兩種方法，即當(dāng)量長(zhǎng)度法和局部阻力系數(shù)法。對(duì)于當(dāng)量長(zhǎng)度法，仍然采用式（45）或式（46）來(lái)計(jì)算。不過(guò)此時(shí)要將式中的直管長(zhǎng)度用當(dāng)量長(zhǎng)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(jì)算。 （48）或 （49）式中：管件的局部阻力系數(shù)，無(wú)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(cè)得了管件的局部阻力損失，即可

20、以通過(guò)上式計(jì)算出管徑的局部阻力系數(shù)。本實(shí)驗(yàn)中，管件的局部阻力損失或的測(cè)量系統(tǒng)與直管阻力損失的測(cè)量類(lèi)似，不同的是在管路系統(tǒng)中接入了需要測(cè)量的管件。通過(guò)U形水柱壓差計(jì)測(cè)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(shí)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(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)流程示意圖見(jiàn)圖1。 水泵2將儲(chǔ)水槽1中的水抽出，送入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，首先經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)15、16測(cè)量流量，然后送入被測(cè)直管段測(cè)量流體在光滑管或粗糙管的流動(dòng)阻力，或經(jīng)10測(cè)量局部阻力后回到儲(chǔ)水槽，水循環(huán)使用。被測(cè)直管段流體流動(dòng)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(lái)測(cè)量。有關(guān)設(shè)備數(shù)據(jù)：被測(cè)光滑直管段： 管徑d0.008m； 管長(zhǎng)L1.698m； 材料不銹鋼管被測(cè)粗糙直管段： 管徑 d0.010m； 管長(zhǎng)L1.698m； 材料不銹鋼管被測(cè)局部阻力直管段: 管徑 d0.015m；管長(zhǎng) L1.2m； 材料不銹鋼管玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì): 型號(hào) 測(cè)量范圍 LZB40 1001000(Lh) LZB10 10100(Lh) 圖41 流體流動(dòng)阻力測(cè)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(cè)壓閥；7、15-局部阻力遠(yuǎn)端測(cè)壓閥；8、20-粗糙管測(cè)壓回水閥；9、19-光滑管測(cè)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(jì)；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(shí)驗(yàn)步驟 向儲(chǔ)水槽內(nèi)注水，直到水滿(mǎn)為止。 2. 大流量狀態(tài)下的壓差測(cè)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(diǎn)，然后啟動(dòng)泵進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3. 光滑管阻力測(cè)定： 關(guān)閉粗糙管閥18、粗糙管測(cè)壓進(jìn)水閥20、粗糙管測(cè)壓回水閥8，將光滑管閥17全開(kāi)。 在流量為零條件下，打開(kāi)光滑管測(cè)壓進(jìn)水閥19和回水閥9，旋開(kāi)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(kāi)大流量，使倒置U型管內(nèi)液體充分流動(dòng)，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(kāi)倒置U型管上部的放空閥26，打開(kāi)閥19，使液柱降至零點(diǎn)上下時(shí)馬上關(guān)閉，管內(nèi)形成氣-水柱，此時(shí)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(cè)壓進(jìn)水閥；14-直管壓力傳感器；15-粗糙管測(cè)壓回水閥；16-光滑管測(cè)壓回水閥；17-光滑管測(cè)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(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)并聯(lián)連接，根據(jù)流量大小選擇不同量程的流量計(jì)測(cè)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(cè)量直管段的壓差，小流量時(shí)用倒置型管壓差計(jì)測(cè)量，大流量時(shí)用差壓變送器測(cè)量。應(yīng)在最大流量和最小流量之間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一般測(cè)取510組數(shù)據(jù)。當(dāng)流量小于300Lh時(shí),只用倒置型管來(lái)測(cè)量壓差。4. 粗糙管阻力測(cè)定：關(guān)閉閥17、光滑管測(cè)壓進(jìn)水閥19、光滑管測(cè)壓回水閥9，全開(kāi)閥18，旋開(kāi)粗糙管測(cè)壓進(jìn)水閥20、粗糙管測(cè)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(cè)取510組數(shù)據(jù)。 直管段的壓差用差壓變送器測(cè)量。光滑管和粗糙管直管阻力的測(cè)定使用同一差壓變送器，當(dāng)測(cè)量光滑管直管阻力時(shí)，要把通向粗糙管直管阻力的閥門(mén)關(guān)閉；同樣當(dāng)測(cè)量粗糙管直管阻力時(shí)，要把通向

25、光滑管直管阻力的閥門(mén)關(guān)閉。5. 局部阻力測(cè)定關(guān)閉閥門(mén)17和18，全開(kāi)或半開(kāi)閥門(mén)10，改變流量，用差壓變送器測(cè)量遠(yuǎn)點(diǎn)、近點(diǎn)壓差。遠(yuǎn)點(diǎn)、近點(diǎn)壓差的測(cè)量使用同一差壓變送器。當(dāng)測(cè)量遠(yuǎn)點(diǎn)壓差時(shí)，要把通向近點(diǎn)壓差的閥門(mén)關(guān)閉；同樣當(dāng)近點(diǎn)壓差時(shí)，要把通向遠(yuǎn)點(diǎn)壓差的閥門(mén)關(guān)閉。6. 測(cè)取水箱水溫。7. 待數(shù)據(jù)測(cè)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(hào)： 光滑管內(nèi)徑：8mm； 管長(zhǎng)：1.690m； 液體溫度： 液體密度： 液體粘度： 序號(hào)流量（L/h）直管壓差PP流速u(mài)Re（kPa）（mmH2O）（Pa）(m/s)123456789表2 粗糙管數(shù)據(jù)表（第 套）裝置編號(hào)：

26、粗糙管內(nèi)徑：10mm； 管長(zhǎng)：1.690m； 液體溫度： 液體密度： 液體粘度： 序號(hào)流量（L/h）直管壓差PP流速u(mài)Re（kPa）（mmH2O）（Pa）(m/s)12345678910表3 局部阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（第 套設(shè)備）序號(hào)流量Q/(L/h)近點(diǎn)壓差/kPa遠(yuǎn)點(diǎn)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(cè)壓導(dǎo)管中的空氣？2、 壓差計(jì)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(duì)本實(shí)驗(yàn)有何影響？3、 本實(shí)驗(yàn)求得的Re曲線(xiàn)，對(duì)其他流體是否適用？為什么？4、 測(cè)壓導(dǎo)管的粗細(xì)、長(zhǎng)短對(duì)測(cè)量結(jié)果有無(wú)影響？為什么？實(shí)驗(yàn)五 離心泵性

27、能的測(cè)定一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解離心泵的結(jié)構(gòu)與特性2、 熟悉離心泵的啟動(dòng)與操作3、 掌握離心泵的特性曲線(xiàn)的測(cè)定方法二、 實(shí)驗(yàn)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(yáng)程He、功率N和效率的特性曲線(xiàn)。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(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(xiàn)。1） 流量Q的測(cè)定轉(zhuǎn)速一定，用泵出口閥調(diào)節(jié)流量。用秒表計(jì)時(shí)，管路中流過(guò)的液體量通過(guò)量桶來(lái)測(cè)量或通過(guò)流量計(jì)測(cè)量得到。2） 揚(yáng)程He的測(cè)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(jì)算出揚(yáng)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(shí)驗(yàn)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(cè)壓口之間的垂直距離很小，即因此，式（51）可簡(jiǎn)化為： （52）由此可見(jiàn)，兩個(gè)壓差計(jì)的讀數(shù)直觀(guān)地反映了離心泵的揚(yáng)程。我們只要測(cè)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(shí)的揚(yáng)程He。 泵的揚(yáng)程He隨流量Q增大而降低。當(dāng)流量Q為零時(shí)，泵的揚(yáng)程He最大，當(dāng)流量Q最大時(shí)，泵的揚(yáng)程He最小。3） 泵的功率N的測(cè)定離心泵的軸功率可由電動(dòng)機(jī)的輸出功率直接計(jì)算得出 （53）式中：U電動(dòng)機(jī)的輸入電壓，VI電動(dòng)機(jī)的輸入電流

29、，A離心泵的有效功率Ne可由下式計(jì)算得到： （54）式中：揚(yáng)程，m流量，m3/s流體密度，kg/m34） 泵的效率的測(cè)定泵的效率可由下式計(jì)算得到： （55）三、 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jì)6計(jì)量后，流回儲(chǔ)水槽。設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)如下：(1)真空表測(cè)壓位置管內(nèi)徑d1=0.025m(2)壓強(qiáng)表測(cè)壓位置管內(nèi)徑d2=0.025m(3)真空表與壓強(qiáng)表測(cè)壓口之間的垂直距離h0=0.18m（4）實(shí)驗(yàn)管路d=0.040m(5) 電機(jī)效率為60%圖51 離心泵性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)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(jì)7-溫度計(jì)8-排水閥計(jì)9- 流量調(diào)節(jié)閥渦輪流量計(jì)顯示讀數(shù)為頻率，單位為赫茲。通過(guò)以下公式轉(zhuǎn)換為m3/h。 （讀數(shù)/77.901）36001000四、 實(shí)驗(yàn)步驟離心泵主要特性測(cè)定步驟1、在某一恒定轉(zhuǎn)速下，在泵出口閥全關(guān)至全開(kāi)的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)不同的開(kāi)度，測(cè)取若干組流量及與其對(duì)應(yīng)的進(jìn)口真空度、出口表壓、泵工作電流、電壓等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。2、將出口閥關(guān)閉，切斷電源停泵，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。五、 數(shù)據(jù)記錄表51 離心泵性能測(cè)定數(shù)據(jù)記錄表項(xiàng)目序號(hào)渦輪流量計(jì)（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(cè)定數(shù)據(jù)整理表項(xiàng)目序號(hào)流量Q（m3/

31、h）揚(yáng)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(dòng)前要先灌水排氣？2、 為什么離心泵啟動(dòng)前要先關(guān)閉出口閥？而停泵時(shí)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(shí)驗(yàn)七 套管熱交換器實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 測(cè)定流體在水平圓管作強(qiáng)制湍流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)2、 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估算對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式中的參數(shù)，加深對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式的理解3、 加深對(duì)傳熱過(guò)程基本原理的理解，并對(duì)傳熱過(guò)程的研究方法有所了解二、 實(shí)驗(yàn)原理 冷熱流體通過(guò)固體壁所進(jìn)行的熱交換過(guò)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(guò)程是由對(duì)流導(dǎo)熱對(duì)流等三個(gè)過(guò)程串聯(lián)組成的。1、 對(duì)流傳熱系數(shù)的測(cè)定根據(jù)牛頓冷卻定律，可得熱流體和冷流體通過(guò)間壁的熱流量為： （71）式中：、熱流體和冷流體對(duì)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(duì)間壁的對(duì)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(guò)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(shí)驗(yàn)中測(cè)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(cè)溫點(diǎn)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(duì)間壁的傳熱系數(shù)、。2、 總傳熱系數(shù)K的測(cè)定對(duì)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(duì)流時(shí)的傳熱系數(shù)，Wm-2K-1冷流體再環(huán)形套管中強(qiáng)制對(duì)流時(shí)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(cè)得、，即可由式（74）計(jì)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(cè)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(jì)算得到；換熱器內(nèi)管管壁的平均傳熱面積，m2，可由下式計(jì)算得到： （76）換熱器的對(duì)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(duì)流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式在熱交換器的設(shè)計(jì)過(guò)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(dòng)狀況間的關(guān)系很難進(jìn)行實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)，而對(duì)流傳熱系數(shù)卻與流體的性質(zhì)及流體流動(dòng)狀況存在著一定的關(guān)系。因此，工程上常通過(guò)實(shí)驗(yàn)將流體的性質(zhì)及流體流動(dòng)狀況與對(duì)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(yàn)關(guān)聯(lián)式。當(dāng)需要設(shè)計(jì)一個(gè)熱交換器時(shí)，設(shè)計(jì)者可根據(jù)熱交換體系的實(shí)際情況，選擇合適的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，計(jì)算出傳熱系數(shù)，并用式（74）來(lái)確定熱