化工基礎實驗講義

1、實驗一壓頭轉換實驗實驗目的1. 理解留題流動中各種能量與壓頭的概念及其相互轉換關系，進而掌握柏 努利方程；2. 觀察流速與壓頭的變化規(guī)律實驗原理1. 流體在流動時具有三種機械能，即（ 1）位能、（2）動能、（ 3）靜壓能。 這三種能量可以相互轉換。當管路條件（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 摩擦和碰撞而產生的機械能損失，那么同一管路的任何二個截面上盡管 三種機械能彼此不一定相等，但是這三種機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械能因摩 擦碰撞而損失，即轉化為熱能了。而轉化為熱能的機械能在管路

2、中是不 能恢復的。這樣，對實際流體來說，兩個截面上機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化為熱的機械 能。因此在進行機械能的衡算時，就必須講這部分損失了的機械能加到 第二個截面上面。3. 上述幾種機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 力學中，把表示各種機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）；表示已損失的機械能稱為損失壓頭（ H 損）。4. 當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大?。?/p>

3、測壓孔處液體的 位壓頭則有測壓孔的幾何高度決定。5. 當測壓管上的小孔正對水流方向時，測壓管內液位將上升，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。它表示流體流經兩個截面之間時機械能的損失。損失壓頭與流體的 動壓頭、流過的導管長度及管徑有關。其關系如下： 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）。水槽設有進水管與溢流管，用于保持液位恒定。管路分為四段。

4、由大小不同的兩種規(guī)格的玻璃管組成，其中 A 截面的直徑 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 準面（即標尺為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出口調節(jié)閥回流閥閥溢流亠咼恒嘈圖1-1壓頭轉換實驗裝置四、實驗步驟1. 將低位槽灌有一定數(shù)量的水，關閉離心泵出口調節(jié)閥門及實驗測試導管出 口調節(jié)閥門而后啟動離心泵。2. 逐步開大離心泵出口調節(jié)閥當高位槽溢流管有液體溢流后，調節(jié)導管出口 調節(jié)閥為全開位置。3. 流體穩(wěn)定后讀取A、

5、B、C、D截面靜壓頭和沖壓頭并記錄數(shù)據(jù)。4. 關小導管出口調節(jié)閥重復步驟。5. 分析討論流體流過不同位置處的能量轉換關系并得出結果。6. 關閉離心泵，實驗結束。五、使用設備時應注意的事項：1 不要將離心泵出口調節(jié)閥開得過大以免使水流沖擊到高位槽外面，同時導致高位槽液面不穩(wěn)定。2. 當導管出口調節(jié)閥開大應檢查一下高位槽內的水面是否穩(wěn)定，當水面下降 時應適當開大泵出口調節(jié)閥。3 .導管出口調節(jié)閥須緩慢地關小以免造成流量突然下降測壓管中的水溢出管 外。4 .注意排除實驗導管內的空氣泡。5 .離心泵不要空轉和出口閥門全關的條件下工作。六、數(shù)據(jù)記錄水溫：(一)壓頭測量結果H值'次別項 L 目位置

6、承接水 量(ml)承接水 時間(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 動壓頭+ 靜壓頭(m)靜壓頭(m)動壓頭(m)點速度(m?s-1)平均流速(m? s1 )按所測體 積流量計算點A點B點C點D五、思考題1. 當進水閥關閉時，各測量管內液位高度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. 用靜力學原理分析截面4和截面3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？4. 當進水調節(jié)閥全開時，截面1和截面2的靜壓頭哪個大？為什么？5. 當進水調節(jié)閥半開時，由所測得的實驗數(shù)據(jù)計算

7、截面 3和截面4的壓頭 損失。實驗二流體流動類型及臨界雷諾數(shù)的測定實驗目的1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)實驗原理流體充滿導管作穩(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。當流體在管中作滯流流動時，管內的流體各個質點沿管軸作相互 平行而有規(guī)則的運動，彼此沒有明顯的干擾。當流體作湍流流動時，各個質點紊 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， 還與流體的粘度卩、密度p和 管徑d等因素有關。也就是說流體的流動型態(tài)取決于雷諾準數(shù)的大小。Re(2- 1)式中：d管子內徑（m）u 流體流速（m/s）

8、3? 流體密度（kg/m ）J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，當雷諾數(shù)小于某一臨界值時為 滯流（或層流）；當雷諾數(shù)大于某一臨界值時為湍流；當雷諾數(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在特定的圓管內流動時，流體的粘度 卩、密度 p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，其對應的雷諾數(shù)稱為臨界 雷諾數(shù)。本實驗以水為介質、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

9、型態(tài)的變化，可確定臨界速度與 臨界雷諾準數(shù)。三、實驗裝置本實驗裝置如圖2- 1所示，主要由穩(wěn)壓溢流水槽5、試驗導管（內徑24.2mm） 6緩沖水槽5和轉子流量計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，經穩(wěn)壓后流經試驗導管、緩沖水槽及轉子流量計，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水也返回低位槽或排入下水道。示蹤物由液瓶1經調節(jié)夾10、試驗導管3至下水道。11-墨水瓶 2-針頭 A進水閥 乳膠管 5-水箱 6-水平玻璃管T-出口閥門 4溫度計 9-放氣閥10-放ZK閥11 涼量計圖2 - 1雷諾試驗裝置四、 實驗步驟1. 雷諾實驗的過程(1) 關閉流量調節(jié)閥

10、10、7、9,打開進水閥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。使紅水全部充滿細管道中。(3) 調節(jié)進水閥,維持盡可能小的溢流量。(4) 緩慢地適當打開紅水流量調節(jié)夾，觀察當前水流量下實驗管內水的流 動狀況。讀取流量計的流量并計算出雷諾準數(shù)。(5) 增大進水閥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。使水通過試驗導管的流速平穩(wěn)地增大，至試驗導管內直線流動的紅色細 流開始發(fā)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 數(shù)。(6) 繼續(xù)開大調節(jié)閥3的開度，使水流量平穩(wěn)增大。當流量增大到某一數(shù)值后，紅色溶液一進入試

11、驗導管立即被分散成煙霧狀并迅速擴散到整個管子。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數(shù)。(7)這樣的試驗操作反復數(shù)次(至少 5-6次)，以便取得重復性較好的試驗數(shù)據(jù)。2. 實驗結束時的操作(1) 關閉紅水流量調節(jié)夾，使紅水停止流動(2) 關閉進水閥3,使自來水停止流入水槽'(3) 待實驗管道的紅色消失時,關閉閥門10(4) 若日后較長時間不用,請將裝置內各處的存水放凈。五、數(shù)據(jù)記錄1、試驗設備基本參數(shù)：試驗導管內徑：d=24.2mm2、試驗數(shù)據(jù)記錄與整理：水溫：C水的密度：kg/m3水的粘度：Ps?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

12、)雷諾準數(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紅水擴散7紅水擴散8紅水擴散六、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、生產中無法通過觀察來判斷管內流體的流動狀態(tài)， 你可用什么反復來 判斷呢？試驗三流量計的校正實驗目的1、了解轉子流量計的構造和工作原理；2、掌握轉子流量計的使用方法和校正方法;3、測定流量與轉子高度的校正曲線。實驗原理轉子流量計的構造如圖3-1所示。它是由一根垂直的略顯錐形的玻璃管和 轉子（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

13、過。流量與環(huán)隙截面積大小成比例。當流體以一定流量通過環(huán)隙，且作用于轉 子下端與上端的壓力差、流體對轉子的浮力和轉子的重力三者相平衡時，轉子就 停留在一定的位置上。流量發(fā)生變化時，轉子將移到新的位置，繼續(xù)維持新的平 衡。轉子的位置高度反映流體的流量。圖3- 1轉子流量計qv與轉子所在(31)一定條件下，對于一定的流體，通過轉子流量計的體積流量 位置的高度H成正比：qKH式中：qv 流體的體積流量L/min （實測值）H 轉子所處的高度（格數(shù)）K 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。 使用轉子流量計時應注意以下幾點：1）流量計應垂直安裝；2）為防止混入

14、機械雜質，在流量計上游應安裝過濾裝置；3）讀取不同形狀轉子的流量計刻度時， 均應以轉子最大截面處作為 度數(shù)基準。三、實驗裝置本實驗裝置如圖3- 2所示。用離心泵3將貯水槽1的水直接送到實驗管 路中，經渦輪流量計計量后分別進入到轉子流量計、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關閉；轉子流量計測 量時把閥門6打開，閥門5關閉。流量由調節(jié)閥5、6來調節(jié)，溫度由銅電阻 溫度計測量。測定時選定轉子的高度，通過渦輪流量計或文丘里流量計計量水的流量， 可知轉子在這一高度上的實際流量。通過多次改變轉子的高度，測定相應高度 的實際流量，即可作出轉子流量計的校正曲線，求出校

15、正系數(shù) K。圖3 2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-文丘里流量計調節(jié)閥；6-轉子流量計調節(jié)閥；7-轉子流量計；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1. 關閉泵流量調節(jié)閥5、6,啟動離心泵。2測取轉子流量計的性能，按流量從小到大的順序進行實驗。 在閥門5全關 閉的情況下，用流量調節(jié)閥6調節(jié)流量，讀取渦輪頻率數(shù)和轉子流量計讀數(shù)。3用溫度計讀取溫度數(shù)據(jù)。4實驗結束后，關閉流量調節(jié)閥5、6,停泵。五、操作時應注意的事項1閥門5、6在離心泵啟動前應關閉，避免由于壓力大將轉子流量計的玻璃 管打碎。2. 測量轉子流量計性能時，另一

16、支路即文丘里支路調節(jié)閥5必須關閉；同 樣測量文丘里流量計性能時，轉子流量計支路調節(jié)閥 6必須關閉。3. 水質要清潔，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實驗記錄工作介質流體溫度C實驗記錄表格裝置編號：1轉子流量計量程：3/h管路直徑：0.026m渦輪流量計儀表常數(shù)：830.54 （次/s）水溫：渦輪流量計轉子流量計讀數(shù)由渦輪流量計頻率算出的流量(f)(L/h)3(m /h)123456789101112裝置編號：1轉子流量計量程：3/h管路直徑：0.026m水溫：文丘里流量計轉子流量計讀數(shù)由文丘里流量計算岀的流量(f)(L/h)(L/h)1234567891011122、校

17、正曲線校正曲線以文丘里流量 qv為縱坐標，轉子流量計為橫坐標，在坐標紙上作圖 直線的斜率即為校正系數(shù)K。六、思考題1流量計為什么要標定？2、轉子流量計中轉子沒有浮起來，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實驗目的1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)入與雷諾數(shù)Re的關系3、測定流體流過管件的局部阻力，并求出阻力系數(shù)。實驗原理流體在管路中流動時，由于粘性剪應力和渦流的存在，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

18、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l(xiāng)米的任意兩個截面1 1和 22間的機械能恒算可以用下式來表示：2 2gN勺 gz2 旦業(yè) hf（ 4-1）1 2 2 2 f或者2 2(4 2).旦.比.生.g 2g-g 2g式中：zi，Z2 截面1 1和截面22距基準面的高度，m p1，p2 流體在截面1 1和截面22處的絕對壓強，Pa； U1，u2流體在截面1 1和截面22處的流速，ms-1;'流體的密度，kgm-3hf 單位質量流體流過I米距離時的直管阻力損失，J kg-1H f 單位重量流體流過I米距離時的直管阻力損失，m當兩個截面管徑相等，并處于同一水平面時，則有Z|

19、二 Z2，U| = u2 二 u分別代入式（41）和式（4 2）得:hf(4 3)以及HfPl - P2 L Pg -g(4 4)應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-P2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)入和雷諾數(shù)Re的測定當流體在圓形直管內流動時，直管的阻力損失可通過范寧（Fanning）公式進行計算:hf(4 5)d 2g(4 6)式中： 直管的摩擦系數(shù)，無量綱; l直管的長度，m； d 直管的內徑，m；大量實驗研究表明，摩擦系數(shù)與流體的密度、粘度卩、管徑d、流速u 和管壁粗糙度e有關應用因次分析的方法，可以得出

20、摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)和管壁相 對粗糙度e/d存在函數(shù)關系，即：一 f（Re,f）（4 7）d通過實驗測得和Re數(shù)據(jù)，可以在雙對數(shù)坐標上標繪出實驗曲線。當 Re v 2000時，摩擦系數(shù)與管壁粗糙度e無關；當流體在直管中呈湍流時，不僅 和Re有關，而且與管壁相對粗糙度 e/d有關。3、局部阻力系數(shù)Z的測定在化工設計和工程計算中，局部阻力損失的計算有兩種方法，即當量長度法 和局部阻力系數(shù)法。對于當量長度法，仍然采用式（4 5）或式（4 6）來計算。 不過此時要將式中的直管長度I用當量長度le代替。若采用阻力系數(shù)法，則通常 采用下列公式進行計算hf2g(4 8)(4 9)式中： 一一管件的局部阻力系數(shù)，

21、無量綱;hf'管件的局部阻力損失，kgHf 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h,或H；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（4 3）或（4 4）求出管件的局部阻力損失（此 時須將式中的hf或Hf分別相應地換成hf或HJ。將求出的局部阻力損失hf或Hf的值代入式（4 8）或（4 9），就可以求出管件的局部阻力系數(shù) 匚三、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)，首先經玻璃轉子流量計

22、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)其數(shù)值大小分別采用變送器 12或空氣-水倒置U型管22來測量型號LZB 40測量范圍1001000(L / h)LZB1010100(L / h)有關設備數(shù)據(jù):被測光滑直管段：管徑d 0.008m ; 管長L 1.698m ;材料一不銹鋼管被測粗糙直管段：管徑d 0.010m ; 管長L 1.698m ;材料一不銹鋼管被測局部阻力直管段:管徑d 0.015m ;管長L1.2m ;材料一不銹鋼管玻璃轉子流量計g22-10)1f11I. J 4 i

23、J 1 n 1 f 豐豈+.'*胃*蠱 I«- nna U1611圖4-1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-局部阻力管閥；11-U 型管進水閥；12-壓力傳感器；14-流量調節(jié)閥；15、16-水轉子流量計；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1. 向儲水槽內注水，直到水滿為止。2. 大流量狀態(tài)下的壓差測量系統(tǒng)，應先接電預熱 1015分鐘，調

24、好數(shù)字 表的零點，然后啟動泵進行實驗。3. 光滑管阻力測定： 關閉粗糙管閥18、粗糙管測壓進水閥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，打開光滑管測壓進水閥 19和回水閥9,旋開倒置U 型管進水閥11，檢查導壓管內是否有氣泡存在。若倒置 U型管內液柱高度差不 為零，則表明導壓管內存在氣泡，需要進行趕氣泡操作。導壓系統(tǒng)如圖4-2所示。操作方法如下：開大流量，使倒置 U型管內液體充分流動，以趕出管路內的氣泡；若認為氣泡已趕凈，將流量閥關閉；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閉，管內形成氣-水柱，此時管內液柱高度差應為零。然后關閉放空

25、閥26。圖2 導壓系統(tǒng)示意圖13-粗糙管測壓進水閥；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-光滑管測壓進水閥；18-U型管進水閥；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型管也是并聯(lián)連接，用于測量直管段的壓差，小流 量時用倒置U型管壓差計測量，大流量時用差壓變送器測量。應在最大流量和最 小流量之間進行實驗，一般測取 510組數(shù)據(jù)。當流量小于300L / h時，只用 倒置U型管來測量壓差。4. 粗糙管阻力測定：關閉閥17、光滑管測壓進水閥19、光滑管測壓回水

26、閥9，全開閥18，旋開粗糙管測壓進水閥20、粗糙管測壓回水閥8,逐漸調大流量調節(jié)閥，趕出導 壓管內氣泡。 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閉； 同樣當測量粗糙管直管阻力時，要 把通向光滑管直管阻力的閥門關閉。5. 局部阻力測定 關閉閥門17和18，全開或半開閥門10,改變流量，用差壓變送器測量遠點、近點壓差。遠點、近點壓差的測量使用同一差壓變送器。 當測量遠點壓差時，要把通向 近點壓差的閥門關閉；同樣當近點壓差時，要把通向遠點壓差的閥門關閉。6.

27、測取水箱水溫。7. 待數(shù)據(jù)測量完畢，關閉流量調節(jié)閥，停泵。五、數(shù)據(jù)記錄表1光滑管數(shù)據(jù)表（第套設備）裝置編號：光滑管內徑：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 P P流速uRe入(kPa)(mmH2O)(Pa)(m/s)123456789表2粗糙管數(shù)據(jù)表（第 套）裝置編號：粗糙管內徑：10mm ;管長：1.690m;液體溫度：液體密度：液體粘度：序號流里（L/h）直管壓差 P P流速uRe入(kPa)(mmH 2O)(Pa)(m/s)12345678910表3 局部阻力實驗數(shù)據(jù)（第套設備）序號流里Q/(L/h)近點壓差兇近/kPa遠點壓差遠 /

28、kPa局部阻力壓差即局部阻力/Pa流速u / (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、本實驗求得的入一Re曲線，對其他流體是否適用？為什么？4、測壓導管的粗細、長短對測量結果有無影響？為什么？實驗五離心泵性能的測定實驗目的1了解離心泵的結構與特性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實驗原理離心泵是應用最廣的一種液體輸送設備，它的主要特性參數(shù)包括流量Q、揚 程He、功率N和效率n的特性曲線。這些參數(shù)之間存在一定的關系。在一定轉 速下，He、

29、N和n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n的值，就可以作出泵在該轉速下的特性曲線。1）流量Q的測定轉速一定，用泵出口閥調節(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)泵進出口管上安裝的真空表和壓力表度數(shù)可計算出揚程：2 2(51)He二H 壓+ H 真+ g U2二比2 g式中：H壓，H真一一壓力表和真空表的讀數(shù)， m液柱ho壓力表和真空表表心的垂直距離，mUi， u2 泵進、出口管內的流速，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2 2 U2 U|2g=0,又由于吸入導管與壓出

30、導管上兩測壓口之間的垂直距離很小，即% =0因此，式(5- 1)可簡化為:He = H 壓+ H 真(5-2)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口真空度和出口的表壓，便可求出泵在某一轉速下，某一流量時的揚程He。泵的揚程He隨流量Q增大而降低。當流量Q為零時，泵的揚程He最大， 當流量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的輸出功率直接計算得出N =UI(5- 3)式中：U電動機的輸入電壓，VI電動機的輸入電流，A離心泵的有效功率Ne可由下式計算得到：Ne=HeQg(5-4)式中：He揚程，mQ 流量，m3/s3:流體密度

31、，kg/m4) 泵的效率n的測定泵的效率n可由下式計算得到：“ Nee 100%(5- 5)N三、實驗裝置實驗流程示意圖如圖5- 1所示。水泵2將水槽1內的水輸送到實驗系統(tǒng)， 用流量調節(jié)閥9調節(jié)流量，流體經渦輪流量計 6計量后，流回儲水槽。設備主要技術參數(shù)如下：(1) 真空表測壓位置管內徑d1=0.025m壓強表測壓位置管內徑d2=0.025m(3) 真空表與壓強表測壓口之間的垂直距離 h0=0.18m(4) 實驗管路d=0.040m(5) 電機效率為60%圖5- 1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-回水閥5-壓力表6-渦輪流量計7-溫度計8-排水閥計9-流量調節(jié)

32、閥渦輪流量計顯示讀數(shù)為頻率，單位為赫茲。通過以下公式轉換為m3/h(讀數(shù) /77.901)X 3600- 1000四、實驗步驟離心泵主要特性測定步驟1、在某一恒定轉速下，在泵出口閥全關至全開的范圍內調節(jié)不同的開度， 測取若干組流量及與其對應的進口真空度、出口表壓、泵工作電流、電壓 等實驗數(shù)據(jù)。2、將出口閥關閉，切斷電源停泵，結束實驗。五、數(shù)據(jù)記錄表5 1離心泵性能測定數(shù)據(jù)記錄表項目 序號、渦輪流量計(Hz)泵進口真空度(MPa)泵出口表壓(MPa)電機功率(KW)12345678910表5-2離心泵性能測定數(shù)據(jù)整理表項目 序號7、流量Q（m3/h）揚程He（mH20）軸功率N（W）泵的效率n

33、%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閉出口閥？而停泵時也要關閉出口閥？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實驗目的1測定流體在水平圓管作強制湍流時的對流傳熱系數(shù) a2根據(jù)實驗數(shù)據(jù)估算對流傳熱系數(shù) a關聯(lián)式中的參數(shù)，加深對經驗公式的 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實驗原理冷熱流體通過固體壁所進行的熱交換過程，是先由熱流體把熱量傳遞給固體 壁面，然后由固體壁面的一側傳向另一側， 最后再由壁面把熱量傳給冷流體。 即 熱交換

34、過程是由對流-導熱-對流等三個過程串聯(lián)組成的。1對流傳熱系數(shù)a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：:= - iAiLTm 2A2_Tm( 7 1 )式中：-i > 2熱流體和冷流體對間壁的傳熱系數(shù)，W m-2 K-1A、A 套管換熱器那關的內、外表面積， m2l_Tm、LTm"熱流體和冷流體對間壁的對數(shù)平均溫度差，KLTm'二(T1 _TW1 ) " (T2 _TW2 )(Tw - Ti ) - (Tw2 - T2 )(7 2)式中：Ti、T2 熱流體的進、出口溫度，KTw、Tw2熱流體進口端和出口端處間壁的溫度，KT；、T2

35、9;冷流體的進、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：二 Cp,h qm (T1 -丁2)( 7 3)1 1式中：Cp,h熱流體的平均比熱容，J- Kg Kqm熱流體的質量流量，Kg- s-1T1、T2 熱流體的進、出口溫度，K從以上分析可知，再實驗中測得了熱流體的流量，冷流體的進、出口溫度， 熱流體的進、出口溫度，熱流體進、出口的壁溫，套管換熱器內管的內、外徑和壁厚，測溫點之間的距離，查得了間壁的導熱系數(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) 宀、：.2 o2、總傳熱系數(shù)K的測定對于液一液熱交換，K與宀、2由如下關系：26(7 4). . -2

36、 -1式中：1 熱流體再圓形內管中強制對流時的傳熱系數(shù)，W m K2 冷流體再環(huán)形套管中強制對流時的傳熱系數(shù)，W m-2 K-1套管換熱器內管壁厚，m壁 套管換熱器內管的導熱系數(shù)， W m-1 K-1由1測得：1、：.2，即可由式（7 4）計算出換熱器的總傳熱系數(shù) K(7 5)另外，K值也可以進行直接測定。 根據(jù)熱交換器的傳熱速率方程，可得:ALTm式中：叮換熱器的熱流量，W，可由式（7 3）計算得到；An 換熱器內管管壁的平均傳熱面積，m2，可由下式計算得到：Am=（A| “）2（ 7 6）|_Tm 換熱器的對數(shù)平均溫度差，K o打=(T1-T1)-e-T2)<:T?(7 7)式中：T

37、1、T2 熱流體的進、出口溫度，KT,'、T2 冷流體的進、出口溫度，K3、對流傳熱系數(shù)的經驗關聯(lián)式在熱交換器的設計過程中，需要知道熱交換體系的總傳熱系數(shù) Ko但K與流 體的性質及流體流動狀況間的關系很難進行實驗關聯(lián)， 而對流傳熱系數(shù)a卻與流 體的性質及流體流動狀況存在著一定的關系。因此，工程上常通過實驗將流體的性質及流體流動狀況與對流傳熱系數(shù) a進行關聯(lián)，得到一系列相應的經驗關聯(lián)式。當需要設計一個熱交換器時，設計者可根據(jù)熱交換體系的實際情況，選擇合適的經驗關聯(lián)式，計算出傳熱系數(shù)，并用式(7-4)來確定熱交換器的總傳熱系 數(shù)。對于液-液熱交換，通常狀況下流體都為強制對流，自然對流的影響可以忽 略。根據(jù)量綱分析法，可得液體對間壁的對流傳熱系數(shù)經驗關聯(lián)式：Nu = a|_Rem_Prn( 7 8)d式中：N