化工流動(dòng)過程綜合實(shí)驗(yàn)

./WORD格式整理版一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.學(xué)習(xí)直管摩擦阻力,直管摩擦系數(shù)的測(cè)定方法。.2.掌握直管摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)和相對(duì)粗糙度之間的關(guān)系及其變化規(guī)律。3.掌握局部摩擦阻力,局部阻力系數(shù)的測(cè)定方法。.4.學(xué)習(xí)壓強(qiáng)差的幾種測(cè)量方法和提高其測(cè)量精確度的一些技巧。5.熟悉離心泵的操作方法。6.掌握離心泵特性曲線和管路特性曲線的測(cè)定方法、表示方法、加深對(duì)離心泵性能的了解。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:1.測(cè)定實(shí)驗(yàn)管路內(nèi)流體流動(dòng)的阻力和直管摩擦系數(shù)。2.測(cè)定實(shí)驗(yàn)管路內(nèi)流體流動(dòng)的直管摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)和相對(duì)粗糙度之間的關(guān)系曲線。3.測(cè)定管路部件局部摩擦阻力和局部阻力系數(shù)。4.熟悉離心泵的結(jié)構(gòu)與操作方法。5.測(cè)定某型號(hào)離心泵在一定轉(zhuǎn)速下的特性曲線。6.測(cè)定流量調(diào)節(jié)閥某一開度下管路特性曲線。三、實(shí)驗(yàn)原理:1.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,對(duì)一定的相對(duì)粗糙度而言,。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：〔1又因?yàn)槟Σ磷枇ο禂?shù)與阻力損失之間有如下關(guān)系〔范寧公式〔2整理〔1〔2兩式得〔3〔4式中：管徑,m；直管阻力引起的壓強(qiáng)降,Pa；管長(zhǎng),m；流速,m/s；流體的密度,kg/m3；流體的粘度,N·s/m2。在實(shí)驗(yàn)裝置中,直管段管長(zhǎng)l和管徑d都已固定。若水溫一定,則水的密度ρ和粘度μ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〔3可計(jì)算出不同流速下的直管摩擦系數(shù)λ,用式〔4計(jì)算對(duì)應(yīng)的Re,整理出直管摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系,繪出λ與Re的關(guān)系曲線。2．局部阻力系數(shù)的測(cè)定式中：局部阻力系數(shù),無因次；局部阻力引起的壓強(qiáng)降,Pa；局部阻力引起的能量損失,J／kg。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)降可用下面方法測(cè)量：在一條各處直徑相等的直管段上,安裝待測(cè)局部阻力的閥門,在上、下游各開兩對(duì)測(cè)壓口a-a'和b-b＇如圖-1,使ab＝bc；a＇b＇＝b＇c＇,則△Pf,ab＝△Pf,bc；△Pf,a＇b＇=△Pf,b＇c＇在a~a＇之間列柏努利方程式Pa－Pa＇=2△Pf,ab+2△Pf,a＇b＇+△P＇f<5>在b~b＇之間列柏努利方程式：Pb－Pb＇=△Pf,bc+△Pf,b＇c＇+△P＇f=△Pf,ab+△Pf,a＇b＇+△P＇f〔6聯(lián)立式<5>和<6>,則：＝2<Pb－Pb＇>－<Pa－Pa＇>為了實(shí)驗(yàn)方便,稱<Pb－Pb＇>為近點(diǎn)壓差,稱<Pa－Pa＇>為遠(yuǎn)點(diǎn)壓差。其數(shù)值用差壓傳感器來測(cè)量。3.離心泵特性曲線:離心泵是最常見的液體輸送設(shè)備。在一定的型號(hào)和轉(zhuǎn)速下,離心泵的揚(yáng)程H、軸功率N及效率η均隨流量Q而改變。通常通過實(shí)驗(yàn)測(cè)出H—Q、N—Q及η—Q關(guān)系,并用曲線表示之,稱為特性曲線。特性曲線是確定泵的適宜操作條件和選用泵的重要依據(jù)。泵特性曲線的具體測(cè)定方法如下：<1>H的測(cè)定：在泵的吸入口和排出5之間列柏努利方程〔7〔8上式中是泵的吸入口和壓出口之間管路內(nèi)的流體流動(dòng)阻力,與柏努力方程中其它項(xiàng)比較,值很小,故可忽略。于是上式變?yōu)椋骸?將測(cè)得的和值以及計(jì)算所得的代入上式,即可求得H。<2>N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)輸出功率=電動(dòng)機(jī)輸入功率×電動(dòng)機(jī)效率。泵的軸功率=功率表讀數(shù)×電動(dòng)機(jī)效率,Kw。<3>測(cè)定〔10〔11式中：—泵的效率；N—泵的軸功率,Kw；Ne-泵的有效功率Kw；H—泵的揚(yáng)程,m；Q—泵的流量,m3/s；-水的密度,Kg/m3。4.管路特性曲線:當(dāng)離心泵安裝在特定的管路系統(tǒng)中工作時(shí),實(shí)際的工作壓頭和流量不僅與離心泵本身的性能有關(guān),還與管路特性有關(guān),也就是說,在液體輸送過程中,泵和管路二者相互制約的。管路特性曲線是指流體流經(jīng)管路系統(tǒng)的流量與所需壓頭之間的關(guān)系。若將泵的特性曲線與管路特性曲線在同一坐標(biāo)圖上,兩曲線交點(diǎn)即為泵的在該管路的工作點(diǎn)。因此,如同通過改變閥門開度來改變管路特性曲線,求出泵的特性曲線一樣,可通過改變泵轉(zhuǎn)速來改變泵的特性曲線,從而得出管路特性曲線。泵的壓頭H計(jì)算同上。5.流量計(jì)性能測(cè)定:流體通過節(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)系為：〔12式中：被測(cè)流體<水>的體積流量,m3/s；流量系數(shù),無因次；流量計(jì)節(jié)流孔截面積,m2；流量計(jì)上、下游兩取壓口之間的壓強(qiáng)差,Pa；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C—Re關(guān)系曲線四、實(shí)驗(yàn)裝置的基本情況:1.實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖:圖-2流動(dòng)過程綜合實(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；6、14-測(cè)局部阻力近端閥；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型管平衡閥實(shí)驗(yàn)裝置流程簡(jiǎn)介①流體阻力測(cè)量：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1。被測(cè)直管段流體流動(dòng)阻力ΔP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型管來測(cè)量。②流量計(jì)、離心泵性能測(cè)定：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)輸入功率并記錄。③管路特性測(cè)量：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。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)：表-1實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)序號(hào)名稱規(guī)格材料1玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)LZB—25100~1000〔L/hLZB—1010~100〔L/h2壓差傳感器型號(hào)LXWY測(cè)量范圍0--200KPa不銹鋼3離心泵型號(hào)WB70/055不銹鋼4文丘里流量計(jì)喉徑0.020m不銹鋼5實(shí)驗(yàn)管路管徑0.043m不銹鋼6真空表測(cè)量范圍0.1-0MPa精度1.5級(jí),真空表測(cè)壓位置管內(nèi)徑d1=0.028m7壓力表測(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=0.042m8渦輪流量計(jì)型號(hào)LWY-40測(cè)量范圍0—20m3/h9變頻器型號(hào)N2-401-H規(guī)格：〔0-50Hz表-2實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)第一套：光滑管：管徑d-0.008<m>管長(zhǎng)L-1.70<m>粗糙管：管徑d-0.010<m>管長(zhǎng)L-1.70<m>真空表與壓強(qiáng)表測(cè)壓口之間的垂直距離h0=0.23m第二套：光滑管：管徑d-0.008<m>管長(zhǎng)L-1.70<m>粗糙管：管徑d-0.010<m>管長(zhǎng)L-1.70<m>真空表與壓強(qiáng)表測(cè)壓口之間的垂直距離h0=0.23m3.實(shí)驗(yàn)裝置面板圖：圖-3實(shí)驗(yàn)裝置儀表面板圖五、實(shí)驗(yàn)方法及步驟：1．流體阻力測(cè)量〔1向儲(chǔ)水槽內(nèi)注水至水滿為止。<最好使用蒸餾水,以保持流體清潔>〔2光滑管阻力測(cè)定：①關(guān)閉粗糙管路閥門8,17,20,將光滑管路閥門9,19,21全開,在流量為零條件下,打開通向倒置U型管的進(jìn)水閥29,31,檢查導(dǎo)壓管內(nèi)是否有氣泡存在。若倒置U型管內(nèi)液柱高度差不為零,則表明導(dǎo)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4所示操作方法如下：加大流量,打開U型管進(jìn)出水閥門29,31,使倒置U型管內(nèi)液體充分流動(dòng),以趕出管路內(nèi)的氣泡；若觀察氣泡已趕凈,將流量調(diào)節(jié)閥24關(guān)閉,U型管進(jìn)出水閥29,31關(guān)閉,慢慢旋開倒置U型管上部的放空閥26后,分別緩慢打開閥門28、30,使液柱降至中點(diǎn)上下時(shí)馬上關(guān)閉,管內(nèi)形成氣—水柱,此時(shí)管內(nèi)液柱高度差不一定為零。然后關(guān)閉放空閥26,打開U型管進(jìn)出水閥29,31,此時(shí)U型管兩液柱的高度差應(yīng)為零〔1—2mm的高度差可以忽略,如不為零則表明管路中仍有氣泡存在,需要重復(fù)進(jìn)行趕氣泡操作。圖-4導(dǎo)壓系統(tǒng)示意圖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②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。③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∪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15～20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29,31,防止水利用U型管形成回路影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。<3>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15~20組數(shù)據(jù)。<4>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。<5>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〔1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,緩慢打開調(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10～15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)束后,關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥,停泵,切斷電源。3．管路特性的測(cè)量〔1測(cè)量管路特性曲線測(cè)定時(shí),先置流量調(diào)節(jié)閥32為某一開度,調(diào)節(jié)離心泵電機(jī)頻率〔調(diào)節(jié)范圍50—20Hz,測(cè)取8～10組數(shù)據(jù),同時(shí)記錄電機(jī)頻率、泵入口壓強(qiáng)、泵出口壓強(qiáng)、流量計(jì)讀數(shù),并記錄水溫?！?實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥,停泵,切斷電源。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1．直流數(shù)字表操作方法請(qǐng)仔細(xì)閱讀說明書,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.啟動(dòng)離心泵后,注意離心泵的轉(zhuǎn)向,反轉(zhuǎn)時(shí)要調(diào)整380V電源接電順序,使之正轉(zhuǎn)運(yùn)行。4．利用壓力傳感器測(cè)量大流量下△P時(shí),應(yīng)切斷空氣—水倒置∪型玻璃管的閥門否則將影響測(cè)量數(shù)值的準(zhǔn)確。5．在實(shí)驗(yàn)過程中每調(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)定以后方可記錄數(shù)據(jù)。6.若之前較長(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),否則易燒壞電機(jī)。7.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。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。七、附數(shù)據(jù)處理過程舉例：1.光滑管小流量數(shù)據(jù)<以表3第16組數(shù)據(jù)為例>Q＝40<L／h>h＝25<ｍｍH2O>實(shí)驗(yàn)水溫=13.2℃粘度＝1.23×10-3<Pa.s>密度＝998.95〔kg／m3管內(nèi)流速〔m/s阻力降=244<Pa>雷諾數(shù)1.437×103阻力系數(shù)4.7×10-22.粗糙管、大流量數(shù)據(jù)<以表4第8組數(shù)據(jù)為例>Q＝300<L／h>△P＝17.7<kPa>實(shí)驗(yàn)水溫=13.2℃粘度＝1.23×10-3<Pa.s>密度＝998.95〔kg／m3管內(nèi)流速1.06〔m/s阻力降17.7×1000=17700〔Pa>雷諾數(shù)8.622×103阻力系數(shù)=0.1643.局部阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)<以表5第2組數(shù)據(jù)為例>Q＝800<L／h>近端壓差＝37.2<kPa>遠(yuǎn)端壓差＝37.7<kPa>管內(nèi)流速：〔m/s局部阻力：＝2<Pb－Pb＇>－<Pa－Pa＇>=〔2×37.2-37.7×1000=36700〔Pa>局部阻力系數(shù)：4.流量計(jì)性能測(cè)定〔以表8第5組數(shù)據(jù)為例渦輪流量計(jì)<m3/h>流量計(jì)壓差：23.5kpa實(shí)驗(yàn)水溫=33.1℃粘度＝0.75×10-3<Pa.s>密度＝994.25〔kg／m3<m/s>=7.86×104=0.9425.離心泵性能的測(cè)定<1>H的測(cè)定：〔以表6第1組數(shù)據(jù)為例渦輪流量計(jì)讀數(shù)：功率表讀數(shù)：0.75kw壓力表：0.04Mpa；泵入口真空表：0.008Mpa實(shí)驗(yàn)水溫=33.1℃粘度＝0.75×10-3<Pa.s>密度＝994.25〔kg／m35.2〔m5.管路特性的測(cè)定：當(dāng)離心泵安裝在特定的管路系統(tǒng)中工作時(shí),實(shí)際的工作壓頭和流量不僅與離心泵本身的性能有關(guān),還與管路特性有關(guān),也就是說,在液體輸送過程中,泵和管路二者是相互制約的。管路特性曲線是指流體流經(jīng)管路系統(tǒng)的流量與所需壓頭之間的關(guān)系。若將泵的特性曲線與管路特性曲線繪制在同一坐標(biāo)圖上,兩曲線交點(diǎn)即為泵在該管路的工作點(diǎn)。因此,如同通過改變閥門開度來改變管路特性曲線,求出泵的特性曲線一樣,可通過改變泵轉(zhuǎn)速來改變泵的特性曲線,從而得出管路特性曲線。泵的壓頭H計(jì)算方法同上。附：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表表3流體阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄〔光滑管內(nèi)徑8mm、管長(zhǎng)1.682m〔液體溫度34.2℃液體密度ρ=993.91kg/m液體粘度μ=0.73mPa.S序號(hào)流量<l/h>直管壓差ΔPΔP〔Pa流速u<m/s>Reλ〔kPa〔mmH2o1100098.6986005.53602230.03054290081.4814004.98542010.03113380064.5645004.42481780.03122470050.6506003.87421560.03199560039.1391003.32361340.03364650028.5285002.76301110.03531740019.0190002.21240890.03678830011.4114001.66180670.0392492608.787001.44156580.03987102206.666001.22132490.04224111804.848001.00108400.04589121403.434000.7784310.053731310016115700.5560220.04863149013613260.5054200.05071158011110820.4448180.052381670838090.3942160.051161760585660.3336130.048661850414000.2830110.049531940232240.2224090.043422030161560.1718070.05369212010980.1112040.0755122104390.066020.12081表4流體阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄〔直管內(nèi)徑10mm、管長(zhǎng)1.70m〔液體溫度34.2℃液體密度ρ=993.91kg/m液體粘度μ=0.73mPa.S序號(hào)流量<l/h>直管壓差ΔPΔP〔Pa流速u<m/s>Reλ〔kPa〔mmH2o11000133.31333003.54481780.1262900111.41114003.18433610.130380087.7877002.83385430.130470069.2692002.48337250.134560052.9529002.12289070.139650038.8388001.77240890.147740026.3263001.42192710.155830015.6156001.06144540.164926012.1121000.92125260.169102209.090000.78105990.176111806.565000.6486720.190121404.949000.5067450.2361310024924280.3548180.230149021220670.3243360.241158018017550.2838540.259167013513160.2533720.25417601009750.2128910.2561850817900.1824090.2991940565460.1419270.3232030383710.1114450.3892120191850.079640.43822107680.044820.645表5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)ζ1100058.559.31.5735770046.7280037.237.71.2583670046.4表6離心泵性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄〔液體溫度33.1℃液體密度ρ=994.25kg/m、泵進(jìn)出口高度=0.23米序號(hào)入口壓力P1<MPa>出口壓力P2<MPa>電機(jī)功率<kw>流量Q<m3/h>壓頭h<m>泵軸功率N〔wη<%>10.0080.040.7511.125.245034.48820.0070.0750.810.238.648049.87330.0060.0940.799.3110.547455.78340.0040.1130.778.2012.246258.79050.0020.1280.747.3013.644460.396600.1440.716.2815.042659.886700.1670.665.1917.439661.614800.170.614.2117.736655.035900.180.553.3118.733050.7771000.1890.512.5319.630643.9221100.1980.451.4720.527030.2841200.2040.410.7221.124616.768130.2130.380.0022.12280.000表7離心泵管路特性曲線液體溫度33