流體實驗報告

實驗一 流體流動阻力的測定一、實驗?zāi)康?.掌握測定流體流經(jīng)直管、管件(閥門)時阻力損失的一般實驗方法。2.測定直管摩擦系數(shù)與雷諾準數(shù)Re的關(guān)系，驗證在一般湍流區(qū)內(nèi)與Re的關(guān)系曲線。3.測定流體流經(jīng)管件(閥門)時的局部阻力系數(shù)。4.識辨組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用。二、實驗裝置與流程1.實驗裝置實驗對象部分由貯水箱，離心泵，不同管徑、材質(zhì)的水管，各種閥門、管件，渦輪流量計和倒U型差壓計等所組成。管路部分有三段并聯(lián)長直管，自上而下分別為用于測定直管層流阻力、粗糙管直管阻力系數(shù)、光滑管直管阻力系數(shù)。同時在粗糙管直管和光滑管直管上分別裝有閘閥和截止閥，用于測定不同種類閥門的局部阻力系數(shù)。水的流量使用轉(zhuǎn)子流量計或渦輪流量計測量，管路直管阻力和閥門的局部阻力采用相應(yīng)的倒U型差壓計或差壓傳感器測量。2.實驗流程實驗裝置流程如圖1-1中箭頭所示:3.裝置參數(shù)裝置參數(shù)如表1-1所示。表1-1裝置參數(shù)表名稱類型管內(nèi)徑(mm)測量段長度(mm)光滑管不銹鋼管211000粗糙管鍍鋅鐵管221000光滑管局部阻力截止閥21660粗糙管局部阻力閘閥22680層流管不銹鋼管620001—水箱 2—離心泵3、10、11、12、13、14—壓差傳感器 4—溫度計 5—渦輪流量計6—孔板(或文丘里)流量計 7、8、9—轉(zhuǎn)子流量計 15—層流管實驗段16—粗糙管實驗段17—光滑管實驗段 18—閘閥 19—截止閥 20—引水漏斗圖1-1 流體力學(xué)綜合實驗裝置流程示意圖三、基本原理流體通過由直管、管件(如擴大管、三通和彎頭等)和閥門等組成的管路系統(tǒng)時，由于粘性剪應(yīng)力和渦流應(yīng)力的存在，要損失一定的機械能。流體流經(jīng)直管時所造成機械能損失稱為直管阻力損失。流體通過管件、閥門時因流體運動方向和速度大小改變所引起的機械能損失稱為局部阻力損失。1.直管阻力摩擦系數(shù)的測定流體在水平等徑直管中穩(wěn)定流動時，阻力損失為： （1） 即， 式中：——直管阻力摩擦系數(shù)，無因次； d——直管內(nèi)徑，m；——流體流經(jīng)l米直管的壓力降，Pa;——單位質(zhì)量流體流經(jīng)l米直管的機械能損失，J/kg；——流體密度，；——直管長度，m；——流體在管內(nèi)流動的平均流速，m/s；滯流(層流)時， （3） （4）式中：Re——雷諾準數(shù)，無因次； ——流體粘度，；湍流時是雷諾準數(shù)Re和相對粗糙度的函數(shù)，須由實驗確定。由式(2)可知，欲測定，需確定,d測定如、、、等參數(shù)。,d為裝置參數(shù)(裝置參數(shù)表格中給出)，、通過測定流體溫度，再查有關(guān)手冊而得，通過測定流體流量，再由管徑計算得到。本裝置流量采用渦輪流量計或轉(zhuǎn)子流量計測量，則 （5）式中：V——流量計測得的流量，可用U型管、倒置U型管、測壓直管等液柱壓差計測定，或采用差壓變送器和二次儀表顯示。根據(jù)實驗裝置結(jié)構(gòu)參數(shù),d，指示液密度，流體溫度(查流體物性、)，及實驗時測定的流量V、，求取Re和，再將Re和標繪在雙對數(shù)坐標圖上。2.局部阻力系數(shù)的測定流體通過某一管件或閥門時的機械能損失表示為流體在小管徑內(nèi)流動時平均動能的某一倍數(shù)，局部阻力的這種計算方法，稱為阻力系數(shù)法。即:（6）（7） 故 （8）式中：——單位質(zhì)量流體流經(jīng)某一管件或閥門時的機械能損失，J/kg； ——局部阻力系數(shù)，無因次；——局部阻力壓強降，Pa；（所測得的壓降應(yīng)扣除閥門二端兩測壓口間直管段的壓降，直管段的壓降由相應(yīng)管路的直管阻力實驗結(jié)果求取。）——流體密度，；——重力加速度，9.81；——流體在小截面管中的平均流速，m/s；待測的管件和閥門由現(xiàn)場指定。本實驗采用阻力系數(shù)法測定管件或閥門的局部阻力損失。根據(jù)連接管件或閥門兩端管徑中小管的直徑d，流體溫度(查流體物性、)，及實驗時測定的流量V、，通過式(6)或(7)，求取管件(閥門)的局部阻力系數(shù)參數(shù)。四、實驗步驟1.開啟儀表柜上的總電源、儀表電源開關(guān)。2.首先對水泵進行灌水，然后關(guān)閉泵出口閥，啟動水泵，待電機轉(zhuǎn)動平穩(wěn)后，把泵的出口閥緩緩開到最大。3.全開流量調(diào)節(jié)閥，以排除測試管路內(nèi)的空氣。當采用U型壓差計(或倒U型壓差計)測量壓差時，應(yīng)先對U型壓差計(或倒U型壓差計)進行排氣和調(diào)零，使壓差計兩端在帶壓且零流量時的液位高度相等。本裝置選用差壓變送器測量壓差，當使用差壓變送器測量壓差時，也應(yīng)先對差壓變送器二側(cè)的引壓管進行排氣操作。4.實驗從最大流量開始做起，最小流量控制在以上，建議每次流量變化在前一次的0.85倍左右，流量改變后，要待流動達到穩(wěn)定后再讀數(shù)，實驗時同時讀取不同流量下的壓差、流量和溫度等有關(guān)參數(shù)。5.裝置確定時，根據(jù)和u的實驗測定值，可計算和，在等溫條件下，雷諾數(shù)，其中A為常數(shù)，因此只要調(diào)節(jié)管路流量，即可得到一系列～Re的實驗點，從而繪出～Re曲線。6.做層流實驗時，分別選用轉(zhuǎn)子流量計和倒U型壓差計測定流量和壓差。實驗時先全開層流管道上的針型閥，再對測試管道和引壓管路進行排氣，排氣完畢，根據(jù)具體的流量大小，選擇相應(yīng)的轉(zhuǎn)子流量計測定流量，流量大小通過轉(zhuǎn)子流量計前的閥門進行調(diào)節(jié)。7.實驗結(jié)束，關(guān)閉泵出口閥，關(guān)閉水泵電機，關(guān)閉儀表電源和總電源開關(guān)，將實驗裝置恢復(fù)原狀。五、實驗數(shù)據(jù)處理 1.根據(jù)光滑管、粗糙管實驗結(jié)果，在雙對數(shù)坐標紙上分別標繪出～Re曲線，對照過程工程原理教材上有關(guān)曲線圖，即可估算出該管的相對粗糙度和絕對粗糙度。2.根據(jù)局部阻力實驗結(jié)果，求出閘閥、截止閥全開時的ξ值。3.對實驗結(jié)果進行分析討論。六、思考題1.在對裝置做排氣工作時，是否一定要關(guān)閉流程尾部的出口閥？為什么？ 2.如何檢測管路中的空氣己經(jīng)被排除干凈？ 3.以水做介質(zhì)所測得的λ～Re關(guān)系能否適用于其它流體?如何應(yīng)用?4.在不同設(shè)備上(包括不同管徑)，不同水溫下測定的λ～Re數(shù)據(jù)能否關(guān)聯(lián)在同一條曲線上？

實驗二 離心泵特性曲線的測定一、實驗?zāi)康?.了解離心泵結(jié)構(gòu)與特性，熟悉離心泵的使用。2.測定離心泵在恒定轉(zhuǎn)速下的操作特性，作出特性曲線。3.了解差壓變送器、渦輪流量計等儀器儀表的工作原理和使用方法。二、實驗裝置與流程1.實驗裝置實驗對象部分由貯水箱，離心泵，渦輪流量計和壓差傳感器等所組成的。水的流量使用渦輪流量計進行測量，泵進出口壓差采用壓差傳感器進行測量，泵的軸功率由功率表測量，流體溫度采用Pt100溫度傳感器測量。2.實驗流程離心泵特性曲線測定裝置流程如圖2-1中箭頭所示。1—水箱 2—離心泵3、10、11、12、13、14—壓差傳感器 4—溫度計 5—渦輪流量計6—孔板(或文丘里)流量計 7、8、9—轉(zhuǎn)子流量計 15—層流管實驗段16—粗糙管實驗段17—光滑管實驗段 18—閘閥 19—截止閥 20—引水漏斗圖2-1 流體力學(xué)綜合實驗裝置流程示意圖三、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)速下泵的揚程H、軸功率N及效率與泵的流量Q之間的關(guān)系曲線，它是流體在泵內(nèi)流動規(guī)律的宏觀表現(xiàn)形式。由于泵內(nèi)部流動情況復(fù)雜，不能用理論方法推導(dǎo)出泵的特性夫系曲線，只能依靠實驗測定。1.揚程H的測定與計算取離心泵進口真空表和出口壓力表處為1,2兩截面，列機械能衡算方程: (1)若泵進出口速度相差不大，則速度平方差可忽略，則有 (2)式中：表示泵的出口和進口間的位差，m；——流體密度，；——重力加速度，9.81；、——分別為泵進、出口的真空度和表壓，Pa;、——分別為泵進、出口的真空度和表壓對應(yīng)的壓頭，m;、——分別為泵進、出口的流速，；、——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，就可計算出泵的揚程。2.軸功率N的測量與計算（W）（3）其中，——電功率表顯示值，W； ——電機效率，可??；——傳動效率，因電機與泵直聯(lián)，故=1；3.效率的計算泵的效率是泵的有效功率Ne與軸功率N的比值。有效功率Ne是單位時間內(nèi)流體經(jīng)過泵時所獲得的實際功，軸功率N是單位時間內(nèi)泵軸從電機得到的功，兩者差異反映了水力損失、容積損失和機械損失的大小。泵的有效功率Ne可用下式計算: （4）故泵效率為 （5）式中:Q一一泵的流量，4.轉(zhuǎn)速改變時的換算泵的特性曲線是在定轉(zhuǎn)速下的實驗測定所得。但是，實際上感應(yīng)電動機在轉(zhuǎn)矩改變時，其轉(zhuǎn)速會有變化，這樣隨著流量Q的變化，多個實驗點的轉(zhuǎn)速n將有所差異，因此在繪制特性曲線之前，須將實測數(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)的數(shù)據(jù)。換算關(guān)系如下:流量 （6）揚程 （7）軸功率 （8）效率 （9）四、實驗步驟及注意事項(一)實驗步驟:1.開啟儀表柜上的總電源、儀表電源開關(guān)。2.首先對水泵進行灌水，然后關(guān)閉泵出口閥，啟動水泵，待電機轉(zhuǎn)動平穩(wěn)后，把泵的出口閥緩緩開到最大。3.全開流量調(diào)節(jié)閥，以排除測試管路內(nèi)的空氣。實驗從最大流量開始做起，待各儀表讀數(shù)顯示穩(wěn)定后，讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)。(流量Q、泵進口壓力、泵出口壓力、電機功率，泵轉(zhuǎn)速n，及流體溫度t和兩測壓點間高度差。)4.測取10組左右數(shù)據(jù)(包括流量為“0”點的實驗數(shù)據(jù))，同時記錄下設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)(如離心泵型號，額定流量、揚程和功率等)。5.改變轉(zhuǎn)速，重復(fù)上述實驗步驟，測量不同轉(zhuǎn)速下的泵特性曲線。6.實驗結(jié)束，關(guān)閉泵出口閥，關(guān)閉水泵電機，關(guān)閉儀表電源和總電源開關(guān)，將實驗裝置恢復(fù)原狀。(二)注意事項:1一般每次實驗前，均需對泵進行灌泵操作，以防止離心泵氣縛。同時注意定期對泵進行保養(yǎng)，防止葉輪被固體顆粒損壞。2泵運轉(zhuǎn)過程中，勿觸碰泵主軸部分，因其高速轉(zhuǎn)動，可能會纏繞并傷害身體接觸部位。五、實驗數(shù)據(jù)處理1.分別繪制一定轉(zhuǎn)速下的H～Q、N～Q