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1、 化工流动过程综合实验装置说明书天津大学化工基础实验中心2013021一、实验目的：1.学习直管摩擦阻力 ,直管摩擦系数 的测定方法。.fP2.掌握直管摩擦系数 与雷诺数 和相对粗糙度之间的关系及其变化规律。Re3.掌握局部摩擦阻力 ,局部阻力系数 的测定方法。.f 4.学习压强差的几种测量方法和提高其测量精确度的一些技巧。5.熟悉离心泵的操作方法。6.掌握离心泵特性曲线和管路特性曲线的测定方法、表示方法、加深对离心泵性能的了解。二、实验内容:1.测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数 。2.测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数 与雷诺数 和相对粗糙度之间的Re关系曲线。3.测定管路部件局
2、部摩擦阻力 和局部阻力系数 。fP4.熟悉离心泵的结构与操作方法。5.测定某型号离心泵在一定转速下的特性曲线。6.测定流量调节阀某一开度下管路特性曲线。三、实验原理:1.直管摩擦系数 与雷诺数 Re 的测定:直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即 ，对一定)/(Re,df的相对粗糙度而言， 。(Re)f流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路阻力引起的能量损失为： （1）ff Ph21又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式）（2）2udlhfPf整理（1） （2）两式得 （3）2lf2（4）udRe式中： 管径，m； 直管阻力引起的压强降，Pa；dfP管长，m；
3、流速，m / s；l u流体的密度，kg / m 3； 流体的粘度，Ns / m 2。 在实验装置中，直管段管长 l 和管径 d 都已固定。若水温一定，则水的密度 和粘度 也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降Pf与流速 u（流量 V）之间的关系。根据实验数据和式（3）可计算出不同流速下的直管摩擦系数 ，用式（4）计算对应的 Re，整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出 与 Re 的关系曲线。2局部阻力系数 的测定2uPhff 2uPf式中： 局部阻力系数，无因次； 局部阻力引起的压强降，Pa；f局部阻力引起的能量损失，Jkg。fh图-1 局部阻力测量取压口布置图局部阻力引
4、起的压强降 可用下面方法测量：在一条各处直径相等的直管段fP上，安装待测局部阻力的阀门，在上、下游各开两对测压口 a-a和 b-b如图-1，使 abbc ； abbc，则 P f，a b P f，bc ； P f，ab = P f，bc在 aa之间列柏努利方程式 PaP a =2P f，a b+2P f，ab +P f (5)在 bb之间列柏努利方程式： P bP b = P f，bc +P f，bc +P f3= P f，a b+P f，ab +P f （6）联立式(5)和(6)，则： 2(P bP b )(P aP a )f为了实验方便，称(P bP b )为近点压差，称(P aP a )
5、为远点压差。其数值用差压传感器来测量。3.离心泵特性曲线:离心泵是最常见的液体输送设备。在一定的型号和转速下，离心泵的扬程H、轴功率 N 及效率 均随流量 Q 而改变。通常通过实验测出 HQ、NQ 及Q 关系，并用曲线表示之，称为特性曲线。特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用泵的重要依据。泵特性曲线的具体测定方法如下：(1) H 的测定：在泵的吸入口和排出 5 之间列柏努利方程（7）出入入出出入入入 fHguPZHguPZ22（8）出入入出入出入出 f上式中 是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力，与柏努力方出入 fH程中其它项比较， 值很小，故可忽略。于是上式变为：出入 f（9）guP
6、Z2入出入出入出 将测得的 和 值以及计算所得的 代入上式，即可求得入出Z入出 出入 ,H。(2) N 测定：功率表测得的功率为电动机的输入功率。由于泵由电动机直接带动，传动效率可视为 1，所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。即：泵的轴功率 N=电动机的输出功率，Kw电动机输出功率=电动机输入功率电动机效率。泵的轴功率=功率表读数电动机效率，Kw。4(3) 测定 （10） Ne)(102KwHQg（11）式中： 泵的效率； N泵的轴功率，Kw；Ne-泵的有效功率 Kw； H泵的扬程，m；Q泵的流量，m 3/s； -水的密度，Kg/m 3。4.管路特性曲线:当离心泵安装在特定的管路系统中工作时，
7、实际的工作压头和流量不仅与离心泵本身的性能有关，还与管路特性有关，也就是说，在液体输送过程中，泵和管路二者相互制约的。管路特性曲线是指流体流经管路系统的流量与所需压头之间的关系。若将泵的特性曲线与管路特性曲线在同一坐标图上，两曲线交点即为泵的在该管路的工作点。因此，如同通过改变阀门开度来改变管路特性曲线，求出泵的特性曲线一样，可通过改变泵转速来改变泵的特性曲线，从而得出管路特性曲线。泵的压头 H 计算同上。5.流量计性能测定:流体通过节流式流量计时在上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量的关系为： )(20下上 PACVs（12）式中： 被测流体(水)的体积流量，m 3/s；SV流量系数，无
8、因次； 0C流量计节流孔截面积，m 2；A流量计上、下游两取压口之间的压强差，Pa ； 下上 P被测流体(水)的密度，kgm 3 。 用涡轮流量计作为标准流量计来测量流量 VS。 ，每一个流量在压差计上都有一对应的读数，将压差计读数P 和流量 Vs绘制成一条曲线，即流量标定曲线。同5时利用上式整理数据可进一步得到 CRe 关系曲线四、实验装置的基本情况:1.实验装置流程示意图:图-2 流动过程综合实验流程示意图1-水箱；2-水泵；3-入口真空表；4-出口压力表；5、16-缓冲罐；6、14-测局部阻力近端阀；7、15-测局部阻力远端阀；8、17-粗糙管测压阀；9、21-光滑管测压阀；10-局部阻
9、力阀；11-文丘里流量计（孔板流量计） ；12-压力传感器；13-涡流流量计；18、32-阀门；20-粗糙管阀；22-小转子流量计；23-大转子流量计； 24 阀门；25-水箱放水阀；26-倒 U 型管放空阀；27- 倒 U 型管；28、30-倒 U 型管排水阀；29、31-倒 U 型管平衡阀实验装置流程简介流体阻力测量：水泵 2 将储水槽 1 中的水抽出，送入实验系统，经玻璃转子流量计 22、236测量流量，然后送入被测直管段测量流体流动阻力，经回流管流回储水槽 1。被测直管段流体流动阻力 P 可根据其数值大小分别采用变送器 12 或空气水倒置型管来测量。流量计、离心泵性能测定：水泵 2 将
10、水槽 1 内的水输送到实验系统，流体经涡轮流量计 13 计量，用流量调节阀 32 调节流量，回到储水槽。同时测量文丘里流量计两端的压差，离心泵进出口压强、离心泵电机输入功率并记录。管路特性测量：用流量调节阀 32 调节流量到某一位置，改变电机频率，测定涡轮流量计的频率、泵入口压强、泵出口压强并记录。2.实验设备主要技术参数：表-1 实验设备主要技术参数序号 名称 规格 材料1 玻璃转子流量计 LZB25 1001000（L/h）LZB10 10100（L/h）2 压差传感器 型号 LXWY 测量范围 0-200 KPa 不锈钢3 离心泵 型号 WB70/055 不锈钢4 文丘里流量计 喉径 0
11、.020m 不锈钢5 实验管路 管径 0.043m 不锈钢6 真空表 测量范围 0.1-0MPa 精度 1.5 级,真空表测压位置管内径 d1=0.028m7 压力表 测量范围 0-0.25MPa 精度 1.5 级压强表测压位置管内径 d2=0.042m8 涡轮流量计 型号 LWY-40 测量范围 020m3/h9 变频器 型号 N2-401-H 规格：（0-50）Hz表-2 实验设备主要技术参数第一套：光滑管：管径 d-0.008(m) 管长 L-1.70(m)粗糙管：管径 d-0.010(m) 管长 L-1.70(m)真空表与压强表测压口之间的垂直距离 h0=0.23m7第二套：光滑管：管
12、径 d-0.008(m) 管长 L-1.70(m)粗糙管：管径 d-0.010(m) 管长 L-1.70(m)真空表与压强表测压口之间的垂直距离 h0=0.23m3.实验装置面板图：图-3 实验装置仪表面板图五、实验方法及步骤：1流体阻力测量（1）向储水槽内注水至水满为止。(最好使用蒸馏水，以保持流体清洁) （2）光滑管阻力测定： 关闭粗糙管路阀门 8,17,20，将光滑管路阀门 9,19,21 全开，在流量为零条件下，打开通向倒置 U 型管的进水阀 29,31，检查导压管内是否有气泡存在。8若倒置 U 型管内液柱高度差不为零，则表明导压管内存在气泡。需要进行赶气泡操作。导压系统如图 4 所示
13、操作方法如下：加大流量，打开 U 型管进出水阀门 29,31，使倒置 U 型管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若观察气泡已赶净，将流量调节阀 24 关闭，U 型管进出水阀 29,31 关闭，慢慢旋开倒置 U 型管上部的放空阀 26 后，分别缓慢打开阀门28、30，使液柱降至中点上下时马上关闭，管内形成气水柱，此时管内液柱高度差不一定为零。然后关闭放空阀 26，打开 U 型管进出水阀 29,31，此时 U型管两液柱的高度差应为零（12mm 的高度差可以忽略） ，如不为零则表明管路中仍有气泡存在，需要重复进行赶气泡操作。图-4 导压系统示意图3、4-排水阀；11-U 型管进水阀；12-压力传感
14、器；26-U 型管放空阀；27-U 型管 该装置两个转子流量计并联连接，根据流量大小选择不同量程的流量计测量流量。 差压变送器与倒置 U 型管亦是并联连接，用于测量压差，小流量时用型管压差计测量，大流量时用差压变送器测量。应在最大流量和最小流量之间进行实验操作，一般测取 1520 组数据。注：在测大流量的压差时应关闭 U 型管的进出水阀 29,31，防止水利用 U 型管形成回路影响实验数据。(3) 粗糙管阻力测定：关闭光滑管阀，将粗糙管阀全开，从小流量到最大流量，测取 1520 组数据。9(4) 测取水箱水温。待数据测量完毕，关闭流量调节阀，停泵。(5) 粗糙管、局部阻力测量方法同前。2流量计
15、、离心泵性能测定（1）检查流量调节阀 32，压力表 4 的开关及真空表 3 的开关是否关闭(应关闭)。（2）启动离心泵，缓慢打开调节阀 32 至全开。待系统内流体稳定，即系统内已没有气体，打开压力表和真空表的开关，方可测取数据。（3）用阀门 32 调节流量，从流量为零至最大或流量从最大到零，测取 1015组数据，同时记录涡轮流量计频率、文丘里流量计的压差、泵入口压强、泵出口压强、功率表读数，并记录水温。（4）实验结束后，关闭流量调节阀，停泵，切断电源。3管路特性的测量（1）测量管路特性曲线测定时，先置流量调节阀 32 为某一开度，调节离心泵电机频率（调节范围 5020Hz） ，测取 810 组数据，同时记录电机频率、泵入口
