流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、四川大學(xué)化工原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院 專業(yè) 化學(xué)工程與工藝 班號 姓名 學(xué)號 實(shí)驗(yàn)日期 年 月 日 指導(dǎo)老師 一實(shí)驗(yàn)名稱流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y定流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)的直管阻力損失，作出與Re的關(guān)系曲線。觀察水在管道內(nèi)的流動(dòng)類型。測定在一定轉(zhuǎn)速下離心泵的特性曲線。標(biāo)定孔板流量計(jì)，繪制Co與Re的關(guān)系曲線。熟悉流量、壓差、溫度等化夠不夠儀表的使用。三實(shí)驗(yàn)原理1求 與Re的關(guān)系曲線流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于實(shí)際流體有粘性，其在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)存在摩擦阻力，必然會(huì)引起流體能量損耗，此損耗能量分為直管阻力損失和局部阻力損失。流體在水平直管內(nèi)作穩(wěn)態(tài)流動(dòng)（如圖1所示）時(shí)的阻力損失可根據(jù)伯努利方程求得。以管

2、中心線為基準(zhǔn)面，在1、2截面間列伯努利方程:p1+u122+gz1=p2+u222+gz2+hf因u1=u2，z1=z2，故流體在等直徑管的1、2兩截面間的阻力損失為hf=p1-p2=p流體以流速u通過管內(nèi)徑d、長度為l的一段管道時(shí)，其直管阻力為hf=·ld·u22由上面兩式得： =p·dl·2u2而 Re=du 由此可見，摩擦系數(shù)與流體流動(dòng)類型、管壁粗糙度等因素有關(guān)。由因次分析法整理可形象地表示為 =(Re,d) 式中：-直管阻力損失，J/kg； -摩擦阻力系數(shù)； -直管長度和管內(nèi)徑，m； -流體流經(jīng)直管的壓降，Pa； -流體的密度，kg/m3； -流

3、體黏度，Pa·s； -流體在管內(nèi)的流速，m/s；流體在一段水平等管徑管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，測出一定流量下流體流經(jīng)這段管路所產(chǎn)生的壓降，即可算得hf。兩截面壓差由差壓傳感器測得；流量由渦輪流量計(jì)測得，其值除以管道截面積即可求得流體平均流速u。在已知管徑d和平均流速u的情況下，測定流體溫度，確定流體的密度和黏度，則可求出雷諾數(shù)Re，從而關(guān)聯(lián)出流體流過水平直管的摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re的關(guān)系曲線圖。2求離心泵的特性曲線離心泵的特性，可用該泵在一定轉(zhuǎn)速下，揚(yáng)程與流量 H=f1(qv), 軸功率與流量 N=f2(qv)，效率與流量=f3(qv)三條曲線形式表示。若將揚(yáng)程H、軸功率N和效率對流量qv之間的關(guān)系

4、分別繪制在同一直角坐標(biāo)上所得的三條曲線，即為離心泵的特性曲線，如圖二所示。流量qv：離心泵輸送的流量qv由渦輪流量計(jì)測定。揚(yáng)程H：揚(yáng)程是指離心泵對單位重量的液體所提供的外加能量。以離心泵入口管中心線的水平面為基準(zhǔn)面，離心泵入口真空壓力表處為1-1截面，出口壓力表處為2-2截面，在1-1截面和2-2截面之間列出伯努利方程式，確定流體經(jīng)離心泵所增加的能量（mH2O）此能量稱為揚(yáng)程H，其計(jì)算式為H=p2-p1g+u22-u122g+z2-z1+Hf1-2式中：Hf1-20；p2、p1離心泵出、進(jìn)口表壓（Pa）；u1,u2離心泵進(jìn)、出口管內(nèi)流速（m/s）；z1,z2離心泵進(jìn)、出口壓力表處離基準(zhǔn)面的高度

5、（m）；H離心泵揚(yáng)程（mH2O）；流體密度（kg/m3）軸功率N：離心泵的軸功率N(kW)是指泵軸所消耗的電功率，實(shí)驗(yàn)采用功率表測定電機(jī)輸入功率后，按下式進(jìn)行計(jì)算N=N電×傳式中：N離心泵軸功率（kW）；傳機(jī)械傳動(dòng)效率，近似取為0.95；N電電動(dòng)機(jī)的輸入有效功率，由功率表測定。效率：離心泵的效率是理論功率與軸功率的比值。即=NtN×100%而理論功率Nt是離心泵對流體所做的有效功（kW），即Nt=qvH102四實(shí)驗(yàn)裝置圖及主要設(shè)備流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖所示。主要設(shè)備和儀表供水系統(tǒng)：水箱、離心泵、循環(huán)管路。測壓儀表：壓差變送器、壓力表。流量儀表：渦輪流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、孔

6、板流量計(jì)?？刂乒瘢鹤冾l器、功率表、轉(zhuǎn)速器、無紙記錄儀。管路系統(tǒng)：由不銹鋼管、銅管、水箱和離心泵構(gòu)成循環(huán)管路系統(tǒng)。五實(shí)驗(yàn)步驟1) 理清實(shí)驗(yàn)裝置，檢查設(shè)備和儀表是否完好，先啟動(dòng)總電源，再啟動(dòng)儀表電源，然后觀察儀表工作是否正常。2) 關(guān)閉調(diào)節(jié)閥1和調(diào)節(jié)閥2，檢查水箱里的水液位是否到指定液位（高于離心泵出口至少100mm）。3) 測定離心泵特性曲線時(shí)應(yīng)設(shè)定離心泵頻率，再啟動(dòng)離心泵。4) 調(diào)節(jié)閥2（逆時(shí)針為開啟，順時(shí)針為關(guān)閉）開到最大開度，流量最大，穩(wěn)定2-3min后，記錄流量、離心泵進(jìn)口和出口表壓、功率。5) 逐漸調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥2，使流量從最大到零，重復(fù)操作8-10次，每次穩(wěn)定2-3min后，記錄流量、離

7、心泵進(jìn)出口表壓、功率，完成離心泵特性曲線的測定。6) 改變離心泵頻率，重復(fù)操作實(shí)驗(yàn)步驟（4）、（5），完成不同頻率時(shí)離心泵特性曲線測定。7) 開啟調(diào)節(jié)閥1，全開管路的切換閥，關(guān)閉調(diào)節(jié)閥2，排除管路系統(tǒng)內(nèi)空氣。8) 開啟所測管路的三通閥后，再開啟所測管路1-1截面和2-2截面的測壓閥，排除測壓管內(nèi)的氣體。9) 測定a鋼管時(shí)，全開切換閥2開啟轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)流量，觀察測壓管內(nèi)的氣體是否排盡，確定排盡后，關(guān)閉三通閥，穩(wěn)定3min，記錄流量和壓差。10) 改變轉(zhuǎn)子流量計(jì)流量，流量從小到大，每次調(diào)節(jié)后穩(wěn)定3min，記錄相應(yīng)的流量和壓差。11) 重復(fù)操作實(shí)驗(yàn)步驟（10）5-6次，完成流體在a管內(nèi)層流時(shí)的直管阻

8、力測定。12) 測定b銅管路流體在湍流時(shí)的直管阻力，全開切換閥3，開啟b銅管路的三通閥后，再開此管路1-1截面和2-2截面的測壓閥，檢查并關(guān)閉其余管路的切換閥和測壓閥，排盡測壓管內(nèi)的氣體，使測壓管內(nèi)充滿流體。13) 關(guān)閉此管路的三通閥，全開調(diào)節(jié)閥1使流量到最大，穩(wěn)定3min后，記錄其流量和壓差。14) 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥1改變流量，每次調(diào)節(jié)穩(wěn)定3min后，記錄相應(yīng)的流量和壓差。15) 重復(fù)操作步驟（14）8-10次，使流量從最大到4m3/h，完成流體在b銅管路內(nèi)湍流時(shí)的直管阻力測定。16) 開啟c鋼管路切換閥和三通閥后，再開所測管路1-1截面和2-2截面的測壓閥，檢查并關(guān)閉其余管路的切換閥和測壓閥，排

9、除測壓管內(nèi)的氣體。17) 關(guān)閉三通閥，全開調(diào)節(jié)閥1使流量到最大，穩(wěn)定3min后，記錄其流量和壓差。18) 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥1改變流量，穩(wěn)定3min，記錄流量和壓差。19) 重復(fù)操作步驟（18）8-10次，流量從最大到4m3/h，完成c鋼管管路湍流的直管阻力測定。20) 開啟d鋼管路切換和三通閥后，再開所測管路1-1截面和2-2截面的測壓閥，檢查并關(guān)閉其余管路的切換閥和測壓閥，排除測壓管內(nèi)的氣體。21) 關(guān)閉三通閥，通過調(diào)節(jié)閥1調(diào)節(jié)流量，觀察并注意差壓變送器的顯示讀數(shù)不要超過其量程，記錄流量和壓差，此時(shí)流量為最大。22) 改變流量，每次調(diào)節(jié)后穩(wěn)定3min，記錄相應(yīng)的流量和壓差。23) 重復(fù)操作實(shí)驗(yàn)步驟

10、（22）8-10次，流量從大到小，完成局部阻力的測定和孔板流量計(jì)的標(biāo)定。24) 實(shí)驗(yàn)完畢后，開啟調(diào)節(jié)閥2，關(guān)閉調(diào)節(jié)閥1、所有的切換閥和測壓閥。25) 依次關(guān)閉離心泵、儀表和總電源。注意事項(xiàng)1） 檢查水箱液位2） 調(diào)節(jié)流量時(shí)，觀測壓差不要超過量程范圍。3） 記錄水箱中水的溫度，嚴(yán)禁丟東西到水箱。4） 注意用電安全六實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄列表序號a管管長：2.0ma管管徑：6mm序號流量qv(L/h)壓差p（Pa）序號流量qv(L/h)壓差p（Pa）28.00404.78.0081.3流量qv(L/h)壓差p（Pa）24.00284.14.0020.340.001063.820.00247.236.00

11、817.216.00206.332.00620.412.00120.0序號b管管長：1.2mb管管徑：31mm序號流量qv(m3/h)壓差p（Pa）序號流量qv(m3/h)壓差p（Pa）8.60030466.1001770流量qv(m3/h)壓差p（Pa）8.10027695.600148810.1040577.60024815.10013139.60037297.10021979.10033706.6001921序號c管管長：1.2mc管管徑：31mm序號流量qv(m3/h)壓差p（Pa）序號流量qv(m3/h)壓差p（Pa）8.40039965.4001874流量qv(m3/h)壓差p（P

12、a）7.90035394.900157210.4059497.40032534.40012769.90053296.90027814.00010939.40047876.40024668.90043765.9002091測定直管阻力及局部阻力數(shù)據(jù)記錄備注序號流量m3/h真空表MPa壓力表MPa功率W(8)11.100.0010.085787.035Hz1995.5r/min24(1)18.10-0.0030.0551040.2(9)10.100.0020.089744.2(2)17.04-0.0020.06993.3(10)9.130.0020.092686.9(3)16.01-0.00150

13、.065949.5(11)8.110.00210.097666.8(4)15.10-0.00080.07916.5(12)7.130.00130.099633.6(5)14.10-0.00020.074872.0(13)6.130.0020.102604.1(6)13.1400.078841.9(14)5.080.0020.105552.0(7)12.100.00090.081809.9(15)00.0020.119381.9 備注序號流量m3/h真空表MPa壓力表MPa功率W序號流量m3/h真空表MPa壓力表MPa功率W40Hz263339.2r/min(1)20.46-0.0060.072

14、1447.4(10)11.47-0.00120.1151040.6(2)19.43-0.0050.081400.9(11)10.46-0.0010.121000.2(3)18.45-0.0050.0851332.3(12)9.44-0.00080.124949.2(4)17.45-0.0040.091302.4(13)8.4500.129897.8(5)16.44-0.00300.0951242.1(14)7.460.00080.132860.4(6)15.44-0.00250.11212.3(15)6.490.0010.136809.9(7)14.43-0.0020.1031176.7(16

15、)5.450.00150.139762.8(8)13.44-0.00180.1071127.7(17)00.0020.152510.0(9)12.46-0.00160.111085.8測定離心泵特性曲線記錄備注序號流量𝑚3/壓差kPa序號流量𝑚3/壓差kPa35Hz29(1)7.8912.42(5)5.867.05(2)7.3610.90(6)5.395.91(3)6.879.55(7)4.884.85(4)6.388.30(8)4.403.56孔板流量計(jì)標(biāo)定數(shù)據(jù)記錄七實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理查得24時(shí)水的物性參數(shù)：=998.7(kg/m3),=0.9142×10

16、-3a管：hf=p=1063.8998.7Jkg=1.066Jkg ; u=qvA=40×10-3/360014×(0.006)2=0.393msRe=du=0.006×0.393×998.70.9124×10-3=2574 ; =hf·dl·2u2=1.066×0.006×2998.7×2×0.3932=0.0414b管：hf=p=4057998.7Jkg=4.066Jkg ；u=qvA=10.1/360014×(0.031)2=3.717msRe=du=0.031

17、5;3.717×998.70.9124×10-3=125768 ；=hf·dl·2u2=4.066×0.031×2998.7×1.2×3.7172=0.0152C管：hf=p=5949998.7Jkg=5.962Jkg ；u=qvA=10.4/360014×(0.031)2=3.828msRe=du=0.031×3.828×998.70.9124×10-3=129503 ；=hf·dl·2u2=5.962×0.031×2998.7

18、15;1.2×3.8282=0.0210標(biāo)定孔板流量計(jì)查得29時(shí)水的物性參數(shù)：=996kg/m3,=0.8180×10-3u0=qvA0=7.89/360014×0.0222m/s=5.766m/s ; u1=qvA1=7.89360014×0.0312m/s=2.904m/sC0=uo2p=5.7662×12.42×103996=1.154 ; Red=du1=0.031×2.904×9960.8180×10-3=109605離心泵的特性曲線改變離心泵頻率，H、N、的計(jì)算方法不變，所以用35Hz第一組數(shù)

19、據(jù)計(jì)算查得24時(shí)水的物性參數(shù)：=998.7kg/m3,=0.9142×10-3入口壓力p1,出口壓力p2揚(yáng)程H：H=p2-p1g+u22-u122g+z2-z1+Hf1-2其中：u1=qvA進(jìn)=18.1 /360014×0.052m/s=2.561m/s ;u2=qvA出=18.1 /360014×0.042m/s=4.001m/sz1-z2=0.2m ; Hf1-20H=0.055+0.003×106998.7×9.81+4.0012-2.56122×9.81+0.2m=6.602軸功率N：N=N電×傳=1040.2

20、15;0.95=988.19W效率：=NtN×100%=qvH102N=(18.1*1000/3600)×6.602×998.7102×988.19=32.89%八實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（含計(jì)算結(jié)果列表和作圖）序號hf(J/kg)Re序號hf(J/kg)Re序號hf(J/kg)Rea管(1)1.06625740.0414(5)0.28515440.0307(9)0.0815150.0791(2)0.81923160.0392(6)0.24812870.0385(10)0.0202570.0790(3)0.62220590.0377(7)0.20710290.05

21、02(4)0.40618010.0321(8)0.1207720.0519B管(1)4.0661257680.0152(5)2.7751008630.0161(9)1.774759590.0182(2)3.7371195420.0155(6)2.486946370.0164(10)1.491697330.0181(3)3.3771133160.0156(7)2.202884110.0167(11)1.316635070.0193(4)3.0531070890.0157(8)1.925821850.0169C管(1)5.9621295040.0210(6)3.547983730.0217(11)

22、1.878672420.0246(2)5.3411232770.0208(7)3.260921470.0227(12)1.575610160.0250(3)4.7981170510.0207(8)2.787859210.0223(13)1.279547900.0252(4)4.3861108250.0211(9)2.471796940.0230(14)1.095498090.0261(5)4.0051045990.0217(10)2.096734680.0230測定直管阻力損失數(shù)據(jù)處理表序號qv(m3/h)H(m)N(W)序號qv(m3/h)H(m)N(W)35Hz(1)18.106.6029

23、88.1932.89%(9)10.109.230706.9935.86%(2)17.046.955943.6434.16%(10)9.139.509652.5636.18%(3)16.017.365902.0335.55%(11)8.119.983633.4634.76%(4)15.107.762870.6836.61%(12)7.1310.247601.9233.01%(5)14.108.066828.4037.34%(13)6.1310.462573.9030.39%(6)13.148.415799.8137.60%(14)5.0810.751524.428.32%(7)12.108.591769.4236.75%(15)012.142362.810(8)11.108.955747.6536.16%40Hz(1)20.468.7791375.0335.53%(10)11.4712.254988.5738.67%(2)19.439.4311330.8637.45%(11)10.4612.711950.1938.06%(3)18.459.8871265.6939.20%(12)9.4413.069901.