实验二 化工流体综合实验一、实验目的1. 练习离心泵的操作测定某型号离心泵在一定转速下，H（扬程）、N（轴功率）、h（效率）与qv（流量）之间的特性曲线2. 测定流量调节阀某一开度下管路特性曲线3. 了解文丘里及涡轮流量计的构造及工作原理4. 测定节流式流量计（文丘里）的流量标定曲线5. 测定节流式流量计的雷诺数Re和流量系数C的关系6. 测定实验管路内流体流动的直管阻力和直管摩擦系数l *7. 测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数l与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系曲线8. 在本实验压差测量范围内，测量阀门的局部阻力系数注：所有带*号的本实验不做）二、实验原理1. 离心泵特性曲线测定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、轴功率及效率η均随流量qv而改变通常通过实验测出H—qv、N—qv及 η—qv关系，并用曲线表示之，称为离心泵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： 在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程 （1）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(不包括泵体内部的流动阻力所引起的压头损失)，当所选的两截面很接近泵体时，与柏努利方程中其它项比较，值很小，故可忽略。
于是上式变为： （2） 将测得的和的值及计算所得的u入，u出代入上式即可求得H的值 （2） N的测定： 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1.0，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 电动机的输出功率＝电动机的输入功率×电动机的效率 泵的轴功率＝功率表的读数×电动机效率，kw （3） η的测定 其中 kw （3）式中：η— 泵的效率； N— 泵的轴功率，kw Ne— 泵的有效功率，kw H— 泵的压头，m qv— 泵的流量，m3/s ρ— 水的密度，kg/m32. 管路特性曲线测定当离心泵安装在特定的管路系统中工作时，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，泵和管路二者是相互制约的在一定的管路上，泵所提供的压头和流量必然与管路所需的压头和流量一致。
若将泵的特性曲线与管路特性曲线绘在同一坐标图上，两曲线交点即为泵在该管路的工作点因此，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3. 流量计特性测定流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量的关系为： （4） 式中：被测流体(水)的体积流量，m3/s； 流量系数，无因次； 流量计节流孔截面积，m2； 流量计上、下游两取压口之间的压强差，Pa ； 被测流体(水)的密度，kg／m3 用涡轮流量计和转子流量计作为标准流量计来测量流量qv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qv绘制成一条曲线，即流量标定曲线同时用上式整理数据可进一步得到C—Re关系曲线4. 直管摩擦系数l与雷诺数Re的测定流体在管道内流动时，由于流体的粘性作用和涡流的影响会产生阻力流体在直管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和管道摩擦系数有关，它们之间存在如下关系： hf = = （5） λ= （6） Re = （7）式中：管径，m ； 直管阻力引起的压强降，Pa； 管长，m； 流速，m / s； 流体的密度，kg / m3； 流体的粘度，N·s / m2。
直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间有一定的关系，这个关系一般用曲线来表示在实验装置中，直管段管长l和管径d都已固定若水温一定，则水的密度ρ和粘度μ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qv）之间的关系 根据实验数据和式（1-2）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（1-3）计算对应的Re，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与Re的关系曲线5. 局部阻力系数的测定 （8） （9）式中：局部阻力系数，无因次； 局部阻力引起的压强降，Pa；局部阻力引起的能量损失，J／kg图1-1 局部阻力测量取压口布置图局部阻力引起的压强降 可用下面的方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在其上、下游开两对测压口a-a'和b-b＇，见图1-1，使 ab＝bc ； a＇b＇＝b＇c＇则 △Pf，a b ＝△Pf，bc ； △Pf，a＇b＇= △Pf，b＇c＇ 在a~a＇之间列柏努利方程式： Pa－Pa＇ =2△Pf，a b+2△Pf，a＇b＇+△P＇f （10） 在b~b＇之间列柏努利方程式： Pb－Pb＇ = △Pf，bc+△Pf，b＇c＇+△P＇f = △Pf，a b+△Pf，a＇b＇+△P＇f （11） 联立式(1-6)和(1-7)，则： ＝2(Pb－Pb＇)－(Pa－Pa＇)为了实验方便，称(Pb－Pb＇)为近点压差，称(Pa－Pa＇)为远点压差。
用差压传感器来测量三、实验装置1.设备的主要技术数据（1）离心泵型号：WB70/055，电机效率为60%（2）真空表测压位置管内径d1=0.025m，表盘真径-100mm，测量范围-0.1-0MPa，精度1.5级（3）压强表测压位置管内径d2=0.045m，表盘直径-100mm，测量范围0-0.25MPa，精度1.5级（4）真空表与压强表测压口之间的垂直距离h0=0.39m（5）流量测量：涡轮流量计文丘里流量计，文丘里喉径：0.020m，实验管路管径：0.043m（6）功率表：型号 PS-139 精度1.0级（7）变频器：型号：N2-401-H 规格：（0-50）Hz（8）数显温度计：501BX（9） 压差传感器： 型号：LXWY测量范围：200 Kpa（10）数显表： 型号：501测量范围：0~200Kpa（11） 被测直管段：光滑管管径d—0.0080(m)，管长L—1.62(m)，材料：不锈钢粗糙管管径d—0.010(m) ，管长L—1.62(m)，材料：不锈钢 （12）玻璃转子流量计：型 号测量范围精度LZB—25100~1000（L/h）1.5LZB—1010~100（L/h）2.52. 实验设备流程图流体综合实验装置流程示意图见图2所示流体综合实验装置图图2、流体综合实验装置流程示意图1- 水箱；2-离心泵；3-真空表；4-压力表；5-真空传感器；6-压力传感器；7-真空表阀；8-压力表阀；9-智能阀；10-大涡轮流量计；11-小涡轮流量计；12，13-管路控制阀；14-流量调节阀；15-大流量计；16-小流量计；17-光滑管阀；18-光滑管测压进口阀；19-光滑管测压出口阀；20-粗糙管阀；21-粗糙管测压进口阀；22-粗糙管测压出口阀；23-测局部阻力阀；24-测局部阻力压力远端出口阀；25-测局部阻力压力近端出口阀；26-测局部阻力压力近端进口阀；27-测局部阻力压力远端进口阀；28，29-U型管下端放水阀；30-U型管测压进口阀；31- U型管测压出口阀；32，33-文丘里测压出，进口阀；34-文丘里；35-压力缓冲罐；36-压力传感器；37-倒U型管；38-U型管上端放空阀；39-水箱放水阀；四、实验方法与步骤1. 离心泵性能的测定：（1）首先向储水槽内注蒸馏水，直到水满为止。
2）将全部阀门关闭打开总电源开关，用变频调速器启动离心泵3）缓慢打开调节阀12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4）测取数据的顺行可从最大流量至0，或反之一般测22组数据5）每次测量同时记录：大涡轮流量计流量、压力表、真空表、功率表的读数及流体温度2. 管路特性的测量：（1）首先将全部阀门关闭打开总电源开关，用变频调速器启动离心泵将流量调节阀12调至某一状态(使系统的流量为一固定值)（2）调节离心泵电机频率以得到管路特性改变状态调节范围(50—0Hz)注：利用变频器上（∧）、（∨）和（RESET）键调节频率，调节完后点击（READ/ENTER）键确认即可3）每改变电机频率一次，记录一下数据：大涡轮流量计的流量，泵入口真空度，泵出口压强4）实验结束，关闭调节阀，停泵，切断电源3. 流量计性能的测定：（1）首先将全部阀门关闭打开总电源开关，用变频调速器启动离心泵2）缓慢打开调节阀12至全开待系统内流体稳定，即系统内已没有气体，打开文丘里流量计导压管开关及阀门32、33，在大涡轮流量计流量稳定的情况下，测得文丘里流量计两端压差3）测取数据的顺行可从最大流量至0，或反之。
一般测15~20组数据4）每次测量应记录：涡轮流量计流量、文丘里流量计两端压差及流体温度4. 流体阻力的测量：（1）首先将阀门7，8，12，13，14，23，24，25，26，27，28，29，32，33，38关闭，阀门18，19，20，21，22，30，31全开，打开总电源开关，，用变频调速器启动离心泵将阀门14缓慢打开大流量状态下把实验管路中的气泡赶出将流量调为0关闭30、31阀门打开38阀门后，分别缓慢打开28、29阀们，将Ｕ型管内两液将到管中心位子，再关闭阀门28、29，打开30、31阀门，若空气—水倒置Ｕ型管内两液柱的高度差不为0，则说明系统内有气泡存在，需赶净气泡方可测取数据赶气泡的方法：将流量调至较大，重复步骤2排出导压管内的气泡，直至排净为止2）待管路中气泡排净后开始实验，被测管路阀门全部打开，将不测管路的阀门关闭3）在流量稳定的情况下，测得直管阻力压差数据顺序可从大流量至小流量，反之也可，一般测15~20组数，建议当流量读数小于200L/h时，只用空气—水倒置Ｕ型管测压差4）待数据测量完毕，关闭流量调节阀，切断电源5）粗糙管、局部阻力测量方法同前五、使用实验设备应注意的事项：1. 利用压力传感器测大。