四川大學(xué)化工原理流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告材料

實(shí)用文檔實(shí)用文檔化工原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)號(hào)：實(shí)驗(yàn)日期：2016.6.12實(shí)驗(yàn)成績(jī)： 化工原理實(shí)驗(yàn)一一化工原理實(shí)驗(yàn)一一流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測(cè)定流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)的直管阻力損失，作出入與 Re的關(guān)系曲線。.觀察水在管道內(nèi)的流動(dòng)類型。.測(cè)定在一定轉(zhuǎn)速下離心泵的特性曲線。、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。以管中心線為基準(zhǔn)面，在1、2截面間列伯努利方程gz1以管中心線為基準(zhǔn)面，在1、2截面間列伯努利方程gz1P22U22gz2hf圖1流體在1、2截面間穩(wěn)定流動(dòng)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流體流經(jīng)直管時(shí)的摩擦系數(shù)與阻力損失之間的關(guān)系可由范寧公式求得，其表達(dá)式為hflu2hf由上面兩式得:duRe——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)。由因此分析法整理可形象地表示為f（Re,Rd式中：hf 直管阻力損失，J/kg； 摩擦阻力系數(shù)；l,d 直管長(zhǎng)度和管內(nèi)徑，m^P 流體流經(jīng)直管的壓降，Pa; 流體的密度，kg/m3;

流體黏度，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(cè)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hfO兩截面壓差由差壓傳感器測(cè)得；流量由渦輪流量計(jì)測(cè)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(cè)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Hfi(q)、軸功率與流量Nf2(q)和效率與流量 f3(q)三種曲線來表示。若將H明口X^Q'司的關(guān)系分別標(biāo)繪在同一直角坐標(biāo)系所得的三條曲線，即為離心泵的特性曲線。泵的特性曲線是確定泵的適宜操作條件和選用離心泵的重要依據(jù)。(1)流量qv(m3/h)的測(cè)定：通常用泵出口閥調(diào)節(jié)離心泵輸送的流量，并由渦輪流量計(jì)測(cè)定,本實(shí)驗(yàn)采用渦輪流量計(jì)后面的調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)流量。(2)揚(yáng)程H(mHO)的測(cè)定：揚(yáng)程是指泵每輸送1kg重量流體所提供的外加能量。若泵輸送的介質(zhì)是水，則在水箱液面和離心泵出口壓力表之間根據(jù)能量守恒定律可確定水經(jīng)離心泵所增加的能量(mH2O),此能量稱為揚(yáng)程H表處為2—納面，在以水平地面為基準(zhǔn)，離心泵進(jìn)口真空泵為1—表處為2—納面，在此兩截面間列出伯努利方程式:因P1 P大氣壓增加的能量為2P1 因P1 P大氣壓增加的能量為2P1 U1g 2gp*，p2 p大氣壓Z12U22gZ2HfP表，Z2-乙0.2,所以水經(jīng)離心泵所2 2HfP真-P表u2-uHf式中：Hfg 式中：Hf0,P表，P真 離心泵出口表壓、進(jìn)口真空度，Pa;u2 離心泵出口管內(nèi)流速，m/s；H 離心泵揚(yáng)程，m^Q 流體密度，kg/m3。(3)離心泵的軸功率N(kW)的測(cè)定：泵軸功率是指泵軸所消耗的電功率，也是電動(dòng)機(jī)傳給泵軸的功率。本實(shí)驗(yàn)采用功率表測(cè)定電機(jī)輸入功率后，用下式來計(jì)算軸功率。NN電傳式中：N 離心泵軸功率，kW傳一一機(jī)械傳動(dòng)效率，近似值取為0.95;N6——電動(dòng)機(jī)的輸入功率，由功率表測(cè)定。

(4)離心泵效率刀的測(cè)定：泵的效率是指理論功率與軸功率的比值，即n一

N而理論功率Nt是離心泵對(duì)流體所做的有效功率，即NqHpgqHp9.81NqHpgqHp9.81qHp1000102三、實(shí)驗(yàn)流程圖?10X2鋼管轉(zhuǎn)子流量計(jì)?35X2銅管?35X2鋼管?35X2鋼管孔板流量計(jì)—渦輪流量計(jì)|> 轉(zhuǎn)子流量計(jì)?35X2銅管?35X2鋼管?35X2鋼管孔板流量計(jì)—渦輪流量計(jì)|> 真空壓力表離心泵流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)流程示意圖四、實(shí)驗(yàn)操作步驟1、求入與Re的關(guān)系曲線根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置，理清流程，檢查設(shè)備的完好性，熟悉各儀表的使用方法。打開控制柜面上的總電源開關(guān)，按下儀表開關(guān)，檢查無誤后按下水泵開關(guān)。打開球閥1,調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閘閥2使管內(nèi)流量約為10.5m3/h,逐步減小流量，每次約減少0.5m3/h,待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，記錄流量及壓差讀數(shù)，待流量減小到約為 4m3/h后停止實(shí)驗(yàn)。打開球閥2,關(guān)閉球閥1,重復(fù)步驟(3)。打開球閥2和最上層鋼管的閥，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計(jì)，使流量為40L/h,逐步減小流量，每次約減少4L/h,待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，記錄流量及壓差讀數(shù)，待流量減小到約為4L/h時(shí)停止實(shí)驗(yàn)。完成直管阻力損失測(cè)定。2、求離心泵的特性曲線根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置，理清流程，檢查設(shè)備的完好性，熟悉各儀表的使用方法。

打開控制柜面上的總電源開關(guān)， 按下儀表開關(guān)，先關(guān)閉出口閥門，檢查無誤后按下水泵開關(guān)。打開球閥2,調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥1使管內(nèi)流量，先開至最大，再逐步減小流量，每次約減少1m3/h,待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，記錄流量及壓差讀數(shù)，待流量減小到約為 4m3/h后停止實(shí)驗(yàn)，記錄9-10組數(shù)據(jù)。改變頻率為35Hz,重復(fù)操作（3）,可以測(cè)定不同頻率下離心泵的特性曲線。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄1、設(shè)備參數(shù)：層流鋼管管長(zhǎng)：L1 2.0m管內(nèi)徑：d1 6mm；湍流銅管管長(zhǎng)：L21.2m管內(nèi)徑：湍流銅管管長(zhǎng)：L21.2m管內(nèi)徑：d2 31mmi湍流鋼管管長(zhǎng)：L31.2m管內(nèi)徑：d3 31mm離心泵進(jìn)口管徑：D 50mm出口管徑：d40mm孔板孔徑：do 12mm離心泵Z0.2mN%傳（傳 0.95）;管內(nèi)徑：d1 31mm2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄1）求入與Re的關(guān)系曲線在耳J丁P??/??在耳J丁P??/??3??)?p(kpa)18.73.1428.32.9037.92.6647.52.4057.12.2166.71.9776.31.7785.91.5595.51.38105.11.21114.71.04銅管湍流在耳J丁P??4??3??)?P(kpa)111.14.65210.54.2039.93.7849.33.3858.73.0068.12.6177.52.2586.91.9796.31.68105.71.40115.11.16鋼管湍流鋼管層流在耳鋼管層流在耳J丁P???????)?p(pa)14093523670133250042840252434062029071623081216598116104582、求離心泵的特性曲線30Hz離心泵數(shù)據(jù)記錄序號(hào)流量qv(m/h)真空表P1(Pa)壓力表P2(Pa)電機(jī)功率N電(W)115.65-220028000694214.64-200031000666313.65-180037000645412.65-120040000615511.6220042000589610.6804700056579.661005000054988.6710005100052197.67150055000488106.63180059000468115.62180060000442124.58200067000388130.080.00220.083166.935Hz離心泵數(shù)據(jù)記錄序號(hào)流量qv(m/h)真空表P1(Pa)壓力表P2(Pa)電機(jī)功率N電(W)118.27-500420001052

217.26-40048000998316.24-30051000972415.26-30056000933514.27-20061000906613.28-20065000861712.27-20068000824811.27-10071000798910.26076000758109.26-10080000725118.26082000682127.26-10089000653136.2715090000626145.26180100000585154.43200110000528六、典型計(jì)算1、求入與Re的關(guān)系曲線以銅管湍流的第一組數(shù)據(jù)為例計(jì)算T=22C時(shí)，p=997.044kg/??3從=1.0X10-3??????以管中心線為基準(zhǔn)面，在 1、2截面間列伯努利方程?? ?? ?? ??導(dǎo)￡+????予/+????+???因？?=??,??=??,故流體在等徑管的1、2兩截面間的阻力損失為??? 3.14?1000__=_= ??? 3.14?1000__=_= ?? ?? 1000=3.15??/??????????????????????24??2873600X0.0007548=3.202??/??；??????Re=3=0.031X3.202X0.001997.048960.27一一 ???因?yàn)?？?=入大;一一 ???因?yàn)椋浚?=入大;所以入=?????■§=3.15X0^31 =0.01587?????H 1.2 3.2022其他計(jì)算與此相同。2、求離心泵的特性曲線銅管湍流湍流銅管：管長(zhǎng)？？=1.2??;管內(nèi)徑？？=31????J丁P?????3??)?p(kpa)u(?????Re入

18.73.143.20298960.270.0158728.32.903.05594410.370.0161137.92.662.90789860.480.0163147.52.402.76085310.580.0163357.12.212.61380760.680.0167766.71.972.46676210.780.0167976.31.772.31871660.890.0170685.91.552.17167110.990.0170495.51.382.02462561.090.01745105.11.211.87758011.190.01780114.71.041.73053461.30.01801ReRe鋼管湍流在耳J丁P?????3??)?p(kpa)u(?????Re入111.14.654.085126259.70.01444210.54.203.864119434.80.0145839.93.783.6431126100.0147649.33.383.423105785.10.0149558.73.003.20298960.270.0151768.12.612.98192135.430.0152277.52.252.76085310.580.0153086.91.972.53978485.730.0158396.31.682.31871660.890.01620105.71.402.09864836.040.01649115.11.161.87758011.190.01706湍流鋼管：管長(zhǎng)？??=??????管內(nèi)徑？????=????????

0.10.01Re與入的關(guān)系曲線100000Re0.10.01Re與入的關(guān)系曲線100000Re10000鋼管層流層流鋼管：管長(zhǎng)？??=????管內(nèi)徑？??=??????在耳J丁P???????)?p(pa)u(?????Re入1409350.3932351.030.060842367010.3532111.740.056313325000.3141878.430.050834284020.2751645.120.053385243400.2361411.810.061456202900.1961172.520.075477162300.157939.220.093538121650.118705.910.11928981160.079472.600039233.310.377372、離心泵的特性曲線以第一組數(shù)據(jù)為例，n=30HzT=23C時(shí)，p=997.044Kg/??3科=1.0X10-3??????2-2截面，在此以水平地面為基準(zhǔn)面， 離心泵進(jìn)口壓力表為1-12-2截面，在此兩截面之間列伯努利方程?? ?????+2??+??+??=??赤+22?+??+匯？??因?yàn)閰R?%=0;所以？？=需+?冬？？1+2???Z?Z=??-??=0.2??; 進(jìn)口直徑D=50mm;??? ??? 15.65??=??=/=3600X???人0.052??/??=2.215??/??；4 4出口直徑d=40mmcc?????=可???? 15.65 cc,c?3=3600X??X0.042■■■■=4 43.458??/??、H=3.647mHON=?“？7］電？7］傳；周電=0.75;N=?“？7］電？7］傳；N=694X0.75X0.95=494.5W????ri=—'； ???=????????3.647X15.65X997.044X9.81/3600??=155.26????Y]155.26494.5X100%=31.36%30Hz離心泵的特性曲線序號(hào)油??(??3??)揚(yáng)程H(mH2O)軸功率N(W)效率115.653.647494.531.36%214.643.889474.532.60%313.654.440459.635.83%412.654.647438.236.45%511.624.672419.735.15%610.685.173402.637.29%79.665.439391.236.49%88.675.422371.234.41%97.675.756347.734.50%106.636.113333.533.02%115.626.197314.930.04%124.586.876276.4530.95%qv(?/h)35Hz離心泵的特性曲線序號(hào)油??(??3??)揚(yáng)程H(mH2O)軸功率N(W)效率118.275.036749.5533.35%217.265.586711.0836.84%316.245.833692.5537.16%

415.266.298664.7639.28%514.276.756645.5340.58%613.287.125613.4641.91%712.277.394587.1041.99%811.277.656568.5841.23%910.268.125540.0841.94%109.268.515516.5641.47%118.268.684485.9340.11%127.269.387465.2639.80%136.279.444446.0336.07%145.2610.446416.8135.82%154.4311.455376.2036.65%qv(?/h)七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論1、求？？與Re的關(guān)系曲線實(shí)驗(yàn)結(jié)果：由關(guān)系曲線可以看出，鋼管層流實(shí)驗(yàn)中，雷諾數(shù) Re與摩擦阻力系數(shù) 在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中呈線性關(guān)系，摩擦阻力系數(shù)只與流動(dòng)類型有關(guān)，且隨雷諾數(shù)Re的增加而減小，而與管壁粗糙度無關(guān)；在銅管湍流與鋼管湍流實(shí)驗(yàn)中，摩擦阻力系數(shù) 隨雷諾數(shù)Re增加而趨于一個(gè)定值，此時(shí)流體進(jìn)入完全阻力平方區(qū)，摩擦阻力系數(shù) 僅與管壁的相對(duì)粗糙度有關(guān)，與雷諾數(shù)的增加無關(guān)。結(jié)果分析：實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本與理論相符合，但是也存在誤差，如：在鋼管層流實(shí)驗(yàn)中，在雷諾數(shù)在1870~2000范圍內(nèi)，雷諾數(shù)Re增大，入并不隨Re增大而減小，反而增大。產(chǎn)生這種現(xiàn)象可能是因?yàn)樵赗e為1870~2000范圍內(nèi)時(shí)已經(jīng)非常接近于湍流，導(dǎo)致其規(guī)律與理論出現(xiàn)偏差。此外，還有可能是因?yàn)樵O(shè)備本身存在的誤差，即流量調(diào)小至一定程度時(shí)，無法保證對(duì)流量的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，使結(jié)果出現(xiàn)誤差。減小誤差的措施：a.在實(shí)驗(yàn)正式開始前對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查， 確認(rèn)設(shè)備無漏水等現(xiàn)象再開始實(shí)驗(yàn)；b.進(jìn)行流量調(diào)節(jié)時(shí)，每次應(yīng)以相同幅度減小 c.調(diào)節(jié)好流量后，應(yīng)等待