流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告浙江大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：過程工程原理實(shí)驗(yàn)甲一實(shí)驗(yàn)名稱：流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師：專業(yè)班級：姓 名：學(xué) 號：_同組學(xué)生：實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn):I流體流動阻力的測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）掌握測定流體流經(jīng)直管、管件（閥門）時(shí)阻力損失的一般實(shí)驗(yàn)方法。2）測定直管摩擦系數(shù)入與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的關(guān)系，驗(yàn)證在一般湍流區(qū)內(nèi)入與Re的 關(guān)系曲線。3） 測定流體流經(jīng)管件（閥門）時(shí)的局部阻力系數(shù) E。4）識辨組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用。試驗(yàn)流程與裝置I10. II、口、I氛14壓E傳孃農(nóng) H度計(jì)3渦輪ift址計(jì) 孔板（或文丘電）漁最讓7趴 1轉(zhuǎn)子流SUI 15實(shí)臉段11粗巧譏實(shí)鯊段 17_建

2、淆關(guān)實(shí)鯊段1819截止?fàn)?弓I木網(wǎng)斗21. 22ilim 2棗Hl 口閥 24労躋閥流狀咬戦abcdefgh -取壓點(diǎn)mi圖1流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)流程示意圖 裝置結(jié)構(gòu)說明及參數(shù)如下：名稱類型直管規(guī)格管內(nèi)徑/mm直管段長度/mm光滑管不銹鋼 管光滑直管221000粗糙管鍍鋅鐵 管粗糙直管211000局部阻力截止閥截止閥兩端直管（光滑管）22680閘閥閘閥兩端直管（粗糙管）21660三、基本原理1. 流量計(jì)校核通過計(jì)時(shí)稱重對渦輪流量計(jì)讀數(shù)進(jìn)行校核2. 雷諾數(shù)求解式中：-流體流量，3. 直管阻力摩擦系數(shù) 的測定流體水平等徑直管中穩(wěn)定流動時(shí)，阻力損失為: 即式中： -直管長度為 的壓降，4. 局部阻力系數(shù)

3、的測定阻力系數(shù)法：流體通過某一管件（閥門）時(shí)的機(jī)械能損失可表示為 流體在管徑內(nèi)流動時(shí)平均動能的某一倍數(shù)，即：式中：-局部阻力壓力降,局部阻力壓力降的測量方法：測量管件及管件兩端直管（總長度為 ）總的壓降為，減去其直管段的壓降，該直管段的壓降可由直管阻力 （長度為）實(shí)驗(yàn)結(jié)果求取，即四、實(shí)驗(yàn)步驟1）離心泵灌水，關(guān)閉出口閥（23）,打開電源，啟動水泵電機(jī)，待電機(jī)轉(zhuǎn)動平 穩(wěn)后，把泵的出口閥（23）緩緩開到最大；2）對壓差傳感器進(jìn)行排氣，完成后關(guān)閉排氣口閥，使壓差傳感器處于測量狀態(tài)；3）開啟旁路閥（24），選定自最小到最大若干流量，對流量計(jì)做流量校核試驗(yàn)；4） 開啟流量調(diào)節(jié)閥（21），先調(diào)至最大流量，然

4、后在最小流量 1 之間再連 續(xù)取8組等比數(shù)據(jù)，每次改變流量，待流量穩(wěn)定后，記錄壓差、流量、溫 度等數(shù)據(jù)；5）實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉出口閥（23），停止水泵電機(jī)，清理裝置。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與結(jié)果1. 原始數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)組號溫度/流量/直管壓差/直管和管件壓差/粗 糙 管1 132.25.143696035860232.64.282630025260332.73.5719020174804 132.83.001397012660532.92.501033089506 :33.12.0776606240733.21.7157304250833.21.45473331809 133.41.213800231010

5、n33.51.0231801700光 滑 管1'29.95.269990707002'31.14.407710503003'31.43.666030353004'31.63.024760244005'31.72.503920171006'31.82.053290117007'31.81.74287085008'31.91.45254060009'32.11.192330420010'32.11.02222033002. 數(shù)據(jù)計(jì)算1）流量校正流量時(shí)間/s桶質(zhì)量桶+ 水質(zhì)量計(jì)算流量相對 誤差/%0.64300.5904

6、.9920.52821.21.07300.5848.9341.0026.8由此可見當(dāng)流量小于1時(shí)，流量計(jì)顯示的數(shù)據(jù)與實(shí)際測得的流量相對誤差很大，故而在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，流量不能小于1，當(dāng)流量大于1時(shí)，相對誤差在之間，在工業(yè)誤差允許范圍內(nèi)，但與實(shí)際值還是有一定的誤差。2）以粗糙管1為例，計(jì)算過程如下：查水的物性表可知，在32.2 時(shí)，水的密度為994.93，水的粘度為根據(jù)式（2）可得，根據(jù)式（1）可得,根據(jù)式（4）得,根據(jù)式（7）可得,從而根據(jù)以上計(jì)算過程可得到下表:實(shí)驗(yàn)組 號流速密度粘度.粗 糙 管14.124994.931.35523.434994.791.34732.865994.761.2

7、0742.407994.721.19452.006994.691.06561.661994.620.86371.372994.580.50081.163994.580.08490.971994.51-0.422100.818994.48-1.197光 滑 管1'3.846995.738.6802'3.217995.328.7493'2.676995.218.7574'2.208995.148.7255'1.828995.118.6846'1.499995.078.4677'1.272995.078.1338'1.060995.04

8、7.6429'0.870994.976.94610'0.746994.976.471根據(jù)上表可作的關(guān)系曲線如下圖:?Re曲線圖0.010.10入Re粗糙管-光滑管1.0E+042.0E+05將該圖與莫狄圖對照，可得粗糙管的相對粗糙度-，絕對粗糙度光滑管的相對粗糙度-，絕對粗糙度另外，從上表中排除粗糙管的9,10兩組 為負(fù)值的數(shù)據(jù)，可以得 出球心閥的局部阻力系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于閘閥的局部阻力系數(shù)。六、思考題1）對裝置做排氣工作時(shí)，是否一定要關(guān)閉流程尾部的出口閥，為什么？要先打開流程尾部的出口閥，是流體穩(wěn)定流動后，再關(guān)閉出口閥可以 形成較高壓差以利于氣體的排出。2）如何檢測管路中的空氣已經(jīng)

9、被排凈？當(dāng)連接軟管以及傳感器的出口管中沒有氣泡后，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，看 壓差計(jì)的讀數(shù)是否為零，如果為零，則說明氣體已經(jīng)排空。否則要繼續(xù)排 氣。3） 以水作介質(zhì)所測得的關(guān)系能否適用于其他流體，如何應(yīng)用？影響曲線的因素在于密度和黏度，所以把水介質(zhì)下的曲線換算成其他 流體的密度和黏度則可以依舊使用。4） 在不同設(shè)備上（包括不同管徑），不同水溫下測定的數(shù)據(jù)能否關(guān)聯(lián)在同一曲線上？可以關(guān)聯(lián)在同一曲線上。5）如果測壓口、孔邊緣有毛刺或安裝不垂直，對靜壓的測量有何影響？根據(jù)U型壓差計(jì)的原理，這樣的偏差會使靜壓的測量值偏大。II離心泵特性曲線測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）了解離心泵結(jié)構(gòu)與特性，熟悉離心泵的使用；2）測定離心泵在

10、恒定轉(zhuǎn)速下的操作特性，做出特性曲線；3）了解差壓變送器、渦輪流量計(jì)等儀器儀表的工作原理和使用方法。試驗(yàn)流程與裝置裝置圖見流體流動阻力測定實(shí)驗(yàn)的裝置圖三、基本原理離心泵的特性曲線是選擇和使用離心泵的重要依據(jù)之一，其特性曲線 是在恒定轉(zhuǎn)速下泵的揚(yáng)程 H軸功率N及效率n與泵流量Q之前的關(guān)系曲線, 它是流體在泵內(nèi)流動規(guī)律的宏觀表現(xiàn)形式。由于泵內(nèi)流動復(fù)雜，不能使用 理論方法推導(dǎo)出泵的特性關(guān)系曲線，只能依靠實(shí)驗(yàn)測定。1.揚(yáng)程H的測定與計(jì)算離心泵進(jìn)口真空表和出口壓力表處為 1、2兩截面，列機(jī)械能衡算方程：若泵進(jìn)出口速度相差不大，則速度的平方差可忽略，則有:式中：，表示泵出口和進(jìn)口的位差，本實(shí)驗(yàn)為0.1m;-

11、流體密度，；重力加速度，；，-分別為泵進(jìn)口的真空度和泵出口的表壓，；，-分別為泵進(jìn)出口的流速，；-泵的進(jìn)出口之間的壓差，。2.軸功率 的測量與計(jì)算電電傳式中：電-電功率表顯示值，電-電機(jī)效率，可取0.8 ；傳一-傳動效率，為1。3. 效率的計(jì)算泵的效率是泵的有效功率與軸功率的比值。有效功率 是單位時(shí)間內(nèi)流體經(jīng)過泵時(shí)所獲得的實(shí)際功，軸功率是單位時(shí)間內(nèi)泵軸從電機(jī)得到的功，兩者差異反映了水力損失、容積損失和機(jī)械損失的大小泵的有效功率可用下式計(jì)算： 故泵的效率為4. 轉(zhuǎn)速改變時(shí)的換算泵的特性曲線是在定轉(zhuǎn)速下的實(shí)驗(yàn)測定所得。但是，實(shí)際上感應(yīng)電 動機(jī)在轉(zhuǎn)矩改變時(shí)，其轉(zhuǎn)速會有變化，這話隨著流量的變化，多個(gè)試

12、驗(yàn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)速 將有所差異，因此在繪制特性曲線之前，須將實(shí)測數(shù)據(jù)換算為某一定轉(zhuǎn)速 流量下（可取離心泵的額定轉(zhuǎn)速）的數(shù)據(jù)。換算關(guān)系如下:揚(yáng)程軸功率效率四、實(shí)驗(yàn)步驟1）離心泵灌水，關(guān)閉出口閥（23）,開啟儀表柜上的總電源、儀表電源開關(guān)， 啟動水泵，待電機(jī)轉(zhuǎn)動平穩(wěn)后，把泵的出口閥（23）緩慢開到最大；2）對壓差傳感器進(jìn)行排氣，完成后關(guān)閉排氣口閥，使壓差傳感器處于測量狀態(tài)；3） 緩慢開啟流量調(diào)節(jié)閥（22），先調(diào)至最大流量，然后在最小流量 0之間再連 續(xù)取8組等差數(shù)據(jù)，每次改變流量，待流量穩(wěn)定后，記錄壓差、流量、溫度、電機(jī)功率等數(shù)據(jù)。記錄設(shè)備數(shù)據(jù)有離心泵型號、額定流量、揚(yáng)程、和 功率；4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉出口

13、閥（23），停止水泵電機(jī)，關(guān)閉電源，清理裝置。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與結(jié)果1. 原始數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)組號溫度/流量/轉(zhuǎn)速功率壓差133.510.252700121291900233.99.1127151233143600334.37.9927151187173500434.46.8527301128199300534.75.6827151043224100634.94.542730943245300735.03.402715828264000835.32.242715703279600935.41.1227305822916001035.302700510310600額定轉(zhuǎn)速2850;額定流量6;額定功率1

14、100額定揚(yáng)程23.42. 數(shù)據(jù)計(jì)算以泵實(shí)驗(yàn)1為例，計(jì)算過程如下：查水的物性表可知，在 33.5 時(shí)，水的密度為994.48 根據(jù)式（2）可得，根據(jù)式（3）可得，電 電 傳根據(jù)式（5）得，再根據(jù)式（6）（ 7）（ 8）（ 9）可得,從而根據(jù)以上計(jì)算過程可得到下表:實(shí)驗(yàn)組號流量揚(yáng)程功率效率110.8210.61791140.327.2729.5616.34861141.037.0938.3919.73251098.440.7847.1522.40311026.742.2355.9625.4587965.242.566 14.7427.5534858.341.1773.5729.9753766.2

15、37.7882.3531.7432650.531.0491.1732.7394529.719.5510035.6432479.80根據(jù)上表可得離心泵的特性曲線如下圖:揚(yáng)程(m)-功率(W)效率(%)揚(yáng)程(m)效率功率(W)效率（%）50403020100圖中不難得出在6 時(shí)，效率有最高點(diǎn)43流右，在工業(yè)設(shè)計(jì)中, 工作區(qū)的效率一般不低于最高效率點(diǎn)的 92%故而工作區(qū)的效率范圍為 40%43%所以流量范圍為4.58.6，此時(shí)為泵的最適宜工作范圍。從本次實(shí)驗(yàn)中可以看出，在誤差較小可以忽略的情況下，泵的最高 效率也只有43%還不足50%所以泵的效率很低，耗能也一般很多。六、思考題1)試從所測實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分

16、析，離心泵在啟動時(shí)為什么要關(guān)閉出口閥門？從離心泵特性曲線可以看出，軸功率隨流量的增大而增大，如果開機(jī) 時(shí)閥門開大，則電機(jī)的瞬時(shí)功率很大，會對電機(jī)造成損害。因此，離心泵 啟動時(shí)應(yīng)關(guān)閉出口閥，以防止電機(jī)過載。2)啟動離心泵之前為什么要引水灌泵？如果灌泵后依然啟動不起來，你認(rèn)為可能的原因是什么？如果泵內(nèi)無液體，則當(dāng)離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其內(nèi)部的氣體經(jīng)離心力的作 用所形成的吸入室內(nèi)的真空度很小，沒有足夠的壓差使液體進(jìn)入泵內(nèi)， 使離心泵吸不上液體。如果依然啟動不了，可能是灌水水好后未將引水閥門關(guān)閉， 泵啟動之后，吸入口處產(chǎn)生負(fù)壓，將引水漏斗處的水吸完后即吸 入空氣，產(chǎn)生氣縛，從而不能將水打出。3) 為什么用泵的出口閥門調(diào)節(jié)流量？這種方法有什么優(yōu)缺點(diǎn)？是否還有其他 方法調(diào)節(jié)流量？使用出口閥調(diào)節(jié)流量可以保證流體充滿管路。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡 單易行，缺點(diǎn)是節(jié)流閥消耗能量。另外可以使用變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來 調(diào)節(jié)流量。4）泵啟動后，出口閥如果不開，壓力表讀數(shù)是否會逐漸上升？為什么？不會上升，因?yàn)樗?/p>