流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)裝置-離心泵特性曲線-實(shí)驗(yàn)報(bào)告

流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）能進(jìn)行光滑管、粗糙管、閘閥局部阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)，測(cè)出湍流區(qū)阻力系數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系曲線圖；2）能進(jìn)行離心泵特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)，測(cè)出揚(yáng)程與流量、功率與流量以及離心泵效率與流量的關(guān)系曲線圖；3）學(xué)習(xí)工業(yè)上流量、功率、轉(zhuǎn)速、壓力和溫度等參數(shù)的測(cè)量方法，使學(xué)生了解渦輪流量計(jì)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥以及相關(guān)儀表的原理和操作；二、裝置圖：圖1實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖1－離心泵；2－進(jìn)口壓力變送器；3－鉑熱電阻（測(cè)量水溫）；4－出口壓力變送器；5－電氣儀表控制箱；6－均壓環(huán)；7－粗糙管；8－光滑管（離心泵實(shí)驗(yàn)中充當(dāng)離心泵管路）；9－局部阻力管；10－管路選擇球閥；11－渦輪流量計(jì)；12－局部阻力管上的閘閥；13－電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；14－差壓變送器；15－水箱離心泵特性測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、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η與泵的流量Q之間的關(guān)系曲線，它是流體在泵內(nèi)流動(dòng)規(guī)律的宏觀表現(xiàn)形式。由于泵內(nèi)部流動(dòng)情況復(fù)雜，不能用理論方法推導(dǎo)出泵的特性關(guān)系曲線，只能依靠實(shí)驗(yàn)測(cè)定。揚(yáng)程H的測(cè)定與計(jì)算取離心泵進(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：由于兩截面間的管子較短，通?？珊雎宰枇?xiàng)fhΣ，速度平方差也很小，故也可忽略，則有式中：，表示泵出口和進(jìn)口間的位差，m；ρ——流體密度，kg/m3；g——重力加速度m/s2；p1、p2——分別為泵進(jìn)、出口的真空度和表壓，Pa；H1、H2——分別為泵進(jìn)、出口的真空度和表壓對(duì)應(yīng)的壓頭，m；u1、u2——分別為泵進(jìn)、出口的流速，m/s；z1、z2——分別為真空表、壓力表的安裝高度，m。由上式可知，只要直接讀出真空表和壓力表上的數(shù)值，及兩表的安裝高度差，就可計(jì)算出泵的揚(yáng)程。軸功率N的測(cè)量與計(jì)算其中，N電為電功率表顯示值，k代表電機(jī)傳動(dòng)效率，可取k=0.95效率η的計(jì)算泵的效率η是泵的有效功率Ne與軸功率N的比值。有效功率Ne是單位時(shí)間內(nèi)流體經(jīng)過(guò)泵時(shí)所獲得的實(shí)際功率，軸功率N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Ne可用下式計(jì)算：故泵效率為：4．轉(zhuǎn)速改變時(shí)各參數(shù)的換算泵的特性曲線是在定轉(zhuǎn)速下的實(shí)驗(yàn)測(cè)定所得。但是，實(shí)際上感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)矩改變時(shí)，其轉(zhuǎn)速會(huì)有變化，這樣隨著流量Q的變化，多個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)速n將有所差異，因此在繪制特性曲線之前，須將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)換算為某一定轉(zhuǎn)速n′下（可取離心泵的額定轉(zhuǎn)速2900rpm）的數(shù)據(jù)。換算關(guān)系如下：流量：揚(yáng)程：軸功率：效率：二、實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：（1）實(shí)驗(yàn)用水準(zhǔn)備：清洗水箱，并加裝實(shí)驗(yàn)用水。（2）離心泵排氣：通過(guò)灌泵漏斗給離心泵灌水，排出泵內(nèi)氣體。開始實(shí)驗(yàn)：（1）儀表自檢情況，打開泵進(jìn)口閥，關(guān)閉泵出口閥，試開離心泵，檢查電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)聲音是否正常，，離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)的方向是否正確。（2）開啟離心泵，當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，打開出口閥。（3）實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)組態(tài)軟件或儀表逐漸改變出口流量調(diào)節(jié)閥的開度，使泵出口流量從1000L/h逐漸增大到4000L/h，每次增加500L/h。在每一個(gè)流量下，待系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)5分鐘后，讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)。離心泵特性實(shí)驗(yàn)主要需獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：流量Q、泵進(jìn)口壓力p1、泵出口壓力p2、電機(jī)功率N電、泵轉(zhuǎn)速n，及流體溫度t和兩測(cè)壓點(diǎn)間高度差H0（H0＝0.1m）。（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束，先關(guān)閉出口流量調(diào)節(jié)閥，再停泵。然后記錄下離心泵的型號(hào)，額定流量、額定轉(zhuǎn)速、揚(yáng)程和功率等。三、數(shù)據(jù)處理原始數(shù)據(jù)記錄流體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)離心泵型號(hào):MS60/0.55裝置號(hào):No.OH11146119額定流量:60L/min額定揚(yáng)程:19.5m額定功率:0.55kw額定轉(zhuǎn)速:2850r/min轉(zhuǎn)速未換算為2850r/min(額定轉(zhuǎn)速)時(shí)的原始數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程流量Qm3/h泵進(jìn)口壓力p1/kpa泵出口壓力p2/kpa電機(jī)功率/kw泵轉(zhuǎn)速nr/min流體溫度11.00-4.4221.00.459194036.121.51-4.7214.90.488194036.232.01-5.1208.50.522190036.542.50-5.5200.10.549190036.753.00-6.1190.50.583190037.163.50-6.7179.60.615188037.474.01-7.5167.20.644190037.884.49-8.3153.00.667188038.194.99-9.3137.20.692186038.7轉(zhuǎn)速未換算為2850r/min(額定轉(zhuǎn)速)時(shí)的所需數(shù)據(jù){揚(yáng)程H的計(jì)算：軸功率N的計(jì)算：泵的有效功率Ne可用下式計(jì)算：故泵效率為：}實(shí)驗(yàn)過(guò)程流量Qm3/h揚(yáng)程H/m有效功率/kw軸功率/kw泵效率電機(jī)功率/kw流體溫度流體密度/kg/m311.0023.220.0630.43614.4%0.45936.1993.68121.5122.630.0930.46419.9%0.48836.2993.64632.0122.020.1200.49624.2%0.52236.5993.54042.5021.200.1430.52227.5%0.54936.7993.46953.0020.280.1650.55429.7%0.58337.1993.32563.5019.220.1820.58431.2%0.61537.4993.21774.0118.030.1960.61232.0%0.64437.8993.07284.4916.660.2020.63431.9%0.66738.1992.96294.9915.140.2040.65731.1%0.69238.7992.740（1）轉(zhuǎn)速換算為2850r/min(額定轉(zhuǎn)速)時(shí)所需的數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)流量Qm3/h泵進(jìn)口壓力p1/kpa泵出口壓力p2/kpa電機(jī)功率/kw泵轉(zhuǎn)速nr/min流體溫度11.47-4.4221.00.459194036.122.22-4.7214.90.488194036.233.02-5.1208.50.522190036.543.75-5.5200.10.549190036.754.50-6.1190.50.583190037.165.31-6.7179.60.615188037.476.02-7.5167.20.644190037.886.81-8.3153.00.667188038.197.65-9.3137.20.692186038.7（2）轉(zhuǎn)速換算為2850r/min(額定轉(zhuǎn)速)時(shí)的數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程流量Qm3/h揚(yáng)程H/m軸功率/kw泵效率11.4750.121.38214.4%22.2248.841.47119.9%33.0249.531.67424.2%43.7547.691.76227.5%54.5045.621.87029.7%65.3144.172.03531.2%76.0240.572.06632.0%86.8138.282.20931.9%圖2離心泵特性曲線四、結(jié)果分析與討論如圖2所示，由離心泵特性曲線分析可知，（1）H-Q曲線離心泵的壓頭在較大流量范圍內(nèi)隨流量的增大而減少。不同型號(hào)的離心泵，H-Q曲線的形狀有所不同。（2）N-H曲線離心泵的軸功率隨流量的增大而增大。當(dāng)流量Q=0時(shí)，泵軸消耗的功率最小。因此離心泵啟動(dòng)時(shí)應(yīng)關(guān)閉出口閥門，使啟動(dòng)功率最小，以保護(hù)電機(jī)。（3）η-H曲線開始泵的效率隨流量的增大而增大，達(dá)到一最大值后，又隨流量的增加而下降。這說(shuō)明離心泵在一定轉(zhuǎn)速下有一最高效率點(diǎn)，該點(diǎn)稱為離心泵的