實(shí)驗(yàn)四化工流體過(guò)程綜合實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)四化工流體過(guò)程綜合實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .掌握光滑直管、粗糙直管阻力系數(shù)的測(cè)量方法,并繪制光滑管及粗糙管的Re曲線,將其與摩擦系數(shù)圖進(jìn)行比擬；2 .掌握閥門的局部阻力系數(shù)的測(cè)量方法；3 .了解各種流量計(jì)節(jié)流式、轉(zhuǎn)子、渦輪的結(jié)構(gòu)、性能及特點(diǎn),掌握其使用方法；掌握節(jié)流式流量計(jì)標(biāo)定方法,會(huì)測(cè)定并繪制文丘里、孔板、噴嘴流量計(jì)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CoRe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(cè)定方法,并能繪制相應(yīng)曲線.、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 .測(cè)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Re曲線；2 .測(cè)定閥門的局部阻力系數(shù)；3 .測(cè)定并繪制文丘

2、里、孔板、噴嘴流量計(jì)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CoRe關(guān)系；4 .測(cè)量離心泵的特性曲線,并繪制相應(yīng)曲線,確定其最正確工作范圍.三、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段1.流體阻力實(shí)驗(yàn)a.直管摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re的測(cè)定：直管的摩擦阻力系數(shù)是雷諾數(shù)和相對(duì)粗糙度的函數(shù),即fRe,/d,對(duì)一定的相對(duì)粗糙度而言,fRe.流體在一定長(zhǎng)度等直徑的水平圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí),其管路阻力引起的能量損失為:RP2Pf又由于摩擦阻力系數(shù)與阻力損失之間有如下關(guān)系范寧公式hfPflu2整理兩式得2dPfl丁(4)式中：d管徑,m;Pf直管阻力引起的壓強(qiáng)降,Pa;l管長(zhǎng),m;u流速,m/s;流體的密度,kg/m3

3、;流體的粘度,Ns/m2.在實(shí)驗(yàn)裝置中,直管段管長(zhǎng)l和管徑d都已固定.假設(shè)水溫一定,那么水的密度p和粘度科也是定值.所以本實(shí)驗(yàn)實(shí)質(zhì)上是測(cè)定直管段流體阻力引起的壓強(qiáng)降pf與流速u流量V之間的關(guān)系.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和式可計(jì)算出不同流速下的直管摩擦系數(shù)入用式計(jì)算對(duì)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,繪出入與Re的關(guān)系曲線.b.局部阻力系數(shù)的測(cè)定：,Pfu22Pf一2u式中：局部阻力系數(shù),無(wú)因次；,Pf局部阻力引起的壓強(qiáng)降,Pa;.1-一hf局部阻力引起的能量損失,J/kg.cJbJICf圖-1局部阻力測(cè)量取壓口布置圖局部阻力引起的壓強(qiáng)降pf可用下面的方法測(cè)量：在一條各處直徑相等的直管段上,安

4、裝待測(cè)局部阻力的閥門,在其上、下游開兩對(duì)測(cè)壓口a-a和b-b,見圖-1,使ab=bc;azbz=bzcz那么Pf,ab=Pf,bc；Pf,azbz=Pf,bzC在aa,之間列柏努利方程式：PaPa=2APf,ab+2Pf,a,b,+Pf在bb,之間列柏努利方程式：/Pb-Pb=APf,bc+APf,b-c,+Pf一.一一,八=Pf,ab+Pf,azbz+Pf聯(lián)立式和,那么：Pf=2(Pb-Pb)-(Pa-Pa)為了實(shí)驗(yàn)方便,稱(Pb-Pb)為近點(diǎn)壓差,稱(PaPa)為遠(yuǎn)點(diǎn)壓差.其數(shù)值用差壓傳感器來(lái)測(cè)量.2 .流量計(jì)性能測(cè)定：流體通過(guò)節(jié)流式流量計(jì)時(shí)在上、下游兩取壓口之間產(chǎn)生壓強(qiáng)差,它與流量的關(guān)系

5、為：式中：Vs一被測(cè)流體(水)的體積流量,m3/s;C0流量系數(shù),無(wú)因次；A0流量計(jì)節(jié)流孔截面積,m2；p上p下一流量計(jì)上、下游兩取壓口之間的壓強(qiáng)差,Pa;一被測(cè)流體(水)的密度,kg/m3.用渦輪流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)來(lái)測(cè)量流量Vs.,每一個(gè)流量在壓差計(jì)上都有一對(duì)應(yīng)的讀數(shù),將壓差計(jì)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(shí)利用上式整理數(shù)據(jù)可進(jìn)一步得到C0Re關(guān)系曲線.3 .離心泵性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)離心泵的特征方程是從理論上對(duì)離心泵中液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)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(shí)際工作中,其內(nèi)部流動(dòng)的規(guī)律比擬復(fù)雜,實(shí)

6、際壓頭要小于理論壓頭.因此,離心泵的揚(yáng)程尚不能從理論上作出精確的計(jì)算,需要實(shí)驗(yàn)測(cè)定.a.揚(yáng)程H的測(cè)定：在泵的吸入口和排出口之間列柏努利方程一2、一2、p入up出uz入Hz出hf入出g2gg2g一一2.2、p出p入u出u入JH7出7入hf入出g2g上式中hf入出是泵的吸入口和排出口之間管路內(nèi)的流體流動(dòng)阻力,與柏努利方程中其它項(xiàng)比較,hf入出值很小,故可忽略.于是上式變?yōu)?2,2、p出p入u出u入g2g將測(cè)得的z出z入和p出p入的值以及計(jì)算所得的u入,u出代入上式即可求得H的值.b.軸功率N的測(cè)定：功率表測(cè)得的功率為電動(dòng)機(jī)的輸入功率.由于泵由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng),傳動(dòng)效率可視為1,所以電動(dòng)機(jī)的輸出功率等

7、于泵的軸功率.即：泵的軸功率N=電動(dòng)機(jī)的輸出功率,kw電動(dòng)機(jī)的輸出功率=電動(dòng)機(jī)的輸入功率X電動(dòng)機(jī)的效率.泵的軸功率=功率表讀數(shù)血?jiǎng)訖C(jī)效率,kw.c.效率的測(cè)定：NeNNeHQHQ1000102式中：一泵的效率；N一泵的軸功率,kw;Ne泵的有效功率kw;H一泵的揚(yáng)程,m;Q一泵的流量,m3/s一水的密度,kg/m3四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求集中授課形式五、實(shí)驗(yàn)條件1 .實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)：a.流體阻力局部：被測(cè)直管段：光滑管管徑d-0.008(m)管長(zhǎng)L-1.700(m)粗糙管管徑d-0.010(m)管長(zhǎng)L-1.700(m)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)：LZB251001000(L/h)VA10-15F1010

8、0(L/h)壓差傳感器：型號(hào)LXWY測(cè)量范圍200KPa數(shù)字顯示儀表：測(cè)量參數(shù)名稱儀表名稱數(shù)量溫度AI-501B1壓差A(yù)I-501BV241流里AI-501BV241功率AI-501B1離心泵：型號(hào)WB70/055b.流量計(jì)性能局部：流量測(cè)量：文丘里流量計(jì)文丘里喉徑0.020m孔板流量計(jì)孔徑0.020m噴嘴流量計(jì)孔徑0.020m實(shí)驗(yàn)管路管徑：0.042mc.離心泵性能局部：離心泵：型號(hào)WB70/055電機(jī)效率60%;材料不銹鋼材料不銹鋼精度1.5級(jí),真空表：用于泵吸入口壓強(qiáng)的測(cè)量測(cè)量范圍0.1-0MPa壓力表：用于泵出口壓力的測(cè)量測(cè)量范圍0-0.25MPa精度1.5級(jí)壓強(qiáng)表測(cè)壓位置管內(nèi)徑d2=

9、0.042m流量計(jì)：渦輪流量計(jì)精度0.5級(jí)；兩測(cè)壓口之間距離：真空表與壓強(qiáng)表測(cè)壓口之間的垂直距離h0=0.25md.管路特性局部：變頻器：型號(hào)E301-201-H規(guī)格：0-50Hz2 .實(shí)驗(yàn)裝置流程圖及流程簡(jiǎn)介：圖-2流體流動(dòng)過(guò)程綜合實(shí)驗(yàn)流程示意圖1-水箱；2-水泵；3-入口真空表；4-出口壓力表；5、16-緩沖罐；閥；7、15-測(cè)局部阻力遠(yuǎn)端閥；8、17-粗糙管測(cè)壓閥；9、21-光滑管測(cè)壓閥；10-局部阻力閥；11-文丘里流量計(jì)孔板流量計(jì)；12-壓力傳感器；13-渦流流量計(jì)；18、32-閥門；20-粗糙管閥；22-小轉(zhuǎn)子流量計(jì)；23-大轉(zhuǎn)子流量計(jì)；24閥門；25-水箱放水閥；26-倒U型管放

10、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(cè)量流程：6、14-測(cè)局部阻力近端a*/量a力率(KTK)JEW*O0息電源6圖W流區(qū)品引球臺(tái)實(shí)驗(yàn)水泵2將儲(chǔ)水槽1中的水抽出,送入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)22、23測(cè)量流量,然后送入被測(cè)直管段測(cè)量流體流動(dòng)阻力,經(jīng)回流管流回儲(chǔ)水槽被測(cè)直管段流體流動(dòng)阻力AP可根據(jù)其數(shù)值大小分別采用變送器12或空氣一水倒置U型管來(lái)測(cè)量.流量計(jì)、離心泵性能測(cè)定流程：水泵2將水槽1內(nèi)的水輸送到實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),流體經(jīng)渦輪流量計(jì)13計(jì)量,用流量調(diào)節(jié)閥32調(diào)節(jié)流量,回到儲(chǔ)水槽.同時(shí)測(cè)量文丘里流量計(jì)兩端的壓差,離心泵進(jìn)出口壓強(qiáng)、離心泵電機(jī)輸入功率并

11、記錄.管路特性測(cè)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(jī)頻率,測(cè)定渦輪流量計(jì)的頻率、泵入口壓強(qiáng)、泵出口壓強(qiáng)并記錄.六、實(shí)驗(yàn)步驟1.流體阻力測(cè)量：向儲(chǔ)水槽內(nèi)注水至水箱三分之二.最好使用蒸儲(chǔ)水,以保持流體清潔光滑管阻力測(cè)定：的進(jìn)水閥,檢查導(dǎo)壓管內(nèi)是否有氣泡存在.假設(shè)倒置U壓管內(nèi)存在氣泡.需要進(jìn)行趕氣泡操作.導(dǎo)壓系統(tǒng)如圖關(guān)閉粗糙管路閥門,將光滑管路閥門全開,在流量為零條件下,翻開通向倒置U型管3管內(nèi)液柱高度差不為零,那么說(shuō)明導(dǎo)-3所示：3、4-排水閥；11-U型管進(jìn)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.翻開11,3,4,

12、1030秒層流實(shí)驗(yàn)時(shí)3060秒；b.關(guān)閉11;c翻開26,將倒U型壓差計(jì)中的水排凈；d.關(guān)閉3,4,26;e翻開11,使水進(jìn)入倒U型壓差計(jì)；f.閉流量調(diào)節(jié)閥24,此時(shí)假設(shè)倒U型壓差計(jì)中的差值為0,那么說(shuō)明管線中的氣已排凈.如不為零那么說(shuō)明管路中仍有氣泡存在,需要重復(fù)進(jìn)行趕氣泡操作.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.差壓變送器與倒置U型管亦是并聯(lián)連接,用于測(cè)量壓差,小流量時(shí)用U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)操作,一般測(cè)取1520組數(shù)據(jù).注：在測(cè)大流量的壓差時(shí)應(yīng)關(guān)閉U型管的進(jìn)出水閥11,預(yù)防水利用U型管形成回路影響

13、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).粗糙管阻力測(cè)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(cè)取1520組數(shù)據(jù).測(cè)取水箱水溫.待數(shù)據(jù)測(cè)量完畢,關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥,停泵.粗糙管、局部阻力測(cè)量方法同前.2.流量計(jì)、離心泵性能測(cè)定以文丘里流量計(jì)為例：向儲(chǔ)水槽內(nèi)注入蒸儲(chǔ)水.檢查流量調(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(dòng)離心泵,緩慢翻開調(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(cè)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(cè)取1015組數(shù)據(jù),同時(shí)記錄渦輪流量計(jì)頻率、文丘里流量計(jì)的壓差、泵入口壓強(qiáng)、泵出口壓強(qiáng)、功率表讀數(shù),并記錄水溫.實(shí)驗(yàn)結(jié)

14、束后,關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥,停泵,關(guān)閉電源.七、實(shí)驗(yàn)考前須知：1 .直流數(shù)字表操作方法請(qǐng)仔細(xì)閱讀說(shuō)明書,待熟悉其性能和使用方法后再進(jìn)行使用操作.2 .啟動(dòng)離心泵之前以及從光滑管阻力測(cè)量過(guò)渡到其它測(cè)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(cè)量大流量下P時(shí),應(yīng)切斷空氣一水倒置U型玻璃管的閥門否那么將影響測(cè)量數(shù)值的準(zhǔn)確.4 .在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每調(diào)節(jié)一個(gè)流量之后應(yīng)待流量和直管壓降的數(shù)據(jù)穩(wěn)定以前方可記錄數(shù)據(jù).5 .假設(shè)之前較長(zhǎng)時(shí)間未做實(shí)驗(yàn),啟動(dòng)離心泵時(shí)應(yīng)先盤軸轉(zhuǎn)動(dòng),否那么易燒壞電機(jī).6 .該裝置電路采用五線三相制配電,實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)良好接地.7 .使用變頻調(diào)速器時(shí)一定注意FWD旨示燈亮,切忌按|

15、FWCREV鍵,REV指示燈亮?xí)r電機(jī)反轉(zhuǎn).8 .啟動(dòng)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(cè)量?jī)x表.9 .實(shí)驗(yàn)水質(zhì)要清潔,以免影響渦輪流量計(jì)運(yùn)行.八、思考題1 .本實(shí)驗(yàn)中的U型壓差計(jì)的指示劑是何物？為什么選擇它？2 .本實(shí)驗(yàn)中,倒置U型壓差計(jì)一開始就排了氣的,為什么在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還可以兩邊示數(shù)自由增大和減??？3 .在做各實(shí)驗(yàn)時(shí),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(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)表達(dá)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)記錄和實(shí)驗(yàn)報(bào)告1 .實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)在實(shí)驗(yàn)前每位同學(xué)都需要對(duì)本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行認(rèn)真的預(yù)習(xí),并寫好預(yù)習(xí)報(bào)告,在預(yù)習(xí)報(bào)告中要寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、要?需要用到的儀器設(shè)備

16、、物品資料以及簡(jiǎn)要的實(shí)驗(yàn)步驟,形成一個(gè)操作提綱.對(duì)實(shí)驗(yàn)中的平安考前須知及可能出現(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(bào)告中.2 .實(shí)驗(yàn)記錄學(xué)生開始實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)該將記錄本放在近旁,將實(shí)驗(yàn)中所做的每一步操作、觀察到的現(xiàn)象和所測(cè)得的數(shù)據(jù)及相關(guān)條件如實(shí)地記錄下來(lái).實(shí)驗(yàn)記錄中應(yīng)有指導(dǎo)教師的簽名.附：數(shù)據(jù)記錄表a.直管阻力損失的測(cè)定表一流體阻力光滑管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表光滑管：內(nèi)徑mm、管長(zhǎng)m液體溫度C液體密度p_kg/m液體粘度科二_mPas)序油(l/h)直管壓差A(yù)PAP流速uRe入號(hào)(kPa)(mmH2O)(Pa)(m/s)1222表二流體阻力粗糙管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表粗糙管：內(nèi)徑mm、管長(zhǎng)m液體溫度C液體密度_kg/m液體粘度_mPa-S序號(hào)油(l/h)直管壓差A(yù)PAP流速uRe入(kPa)(mmH2O)(Pa)(m/s)1222b.局部阻力損失的測(cè)定表三局部阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表序號(hào)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)1123c.流量計(jì)性能測(cè)定表四流量計(jì)性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表序孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)Q流速uReCo號(hào)(kPa)(Pa)3(m3/h)(m/s)12