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1、实验一 流体力学综合实验一、实验目的1熟悉流体在管路中流动阻力的测定方法及实验数据的归纳2测定直管摩擦系数和关系曲线及局部阻力系数3. 了解离心泵的构造，熟悉其操作和调节方法4. 测出单级离心泵在固定转速下的特定曲线二、实验原理流体在管路中的流动阻力分为直管阻力和局部阻力两种。直管阻力是流体流经一定管径的直管时，由于流体内摩擦而产生的阻力，可由下式计算： (3-1)局部阻力主要是由于流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部地方所引起的阻力，计算公式如下： (3-2)管路的能量损失 (3-3)式中 直管阻力，水柱；直管摩擦阻力系数；管长，m；直管内径，m；管内平均流速，；重力加速
2、度，9.81 直管阻力引起的压强降，Pa；流体的密度，； 局部阻力系数；由式3-1可得 (3-4)这样，利用实验方法测取不同流量下长度为l直管两端的压差即可计算出和，然后在双对数坐标纸上标绘出的曲线图。离心泵的性能受到泵的内部结构、叶轮形式、叶轮转速的影响。 实验将测出的、之间的关系标绘在坐标纸上成为三条曲线，即为离心泵的特性曲线，根据曲线可找出泵的最佳操作范围，作为选泵的依据。离心泵的扬程可由进、出口间的能量衡算求得： (3-5)式中离心泵出口压力表读数，m水柱；离心泵入口压力表的读数，m水柱；离心泵进、出口管路两测压点间的垂直距离，可忽略不计；吸入管内流体的流速，；压出管内流体的流速， 泵
3、的有效功率，由于泵在运转过程中存在种种能量损失，使泵的实际压头和流量较理论值为低，而输入泵的功率又较理论值为高，所以泵的效率 (3-6)而泵的有效功率/（36001000） (3-7)式中：泵的有效功率，Kw；电机的输入功率，由功率表测出，Kw；泵的流量，； 泵的扬程，水柱。三、实验装置流程图图3-1 流体力学综合实验流程图1-底阀 2-入口压力表 3-离心泵 4-出口压力表 5-充水阀6-差压变送器 7-涡轮流量计 8-水箱管子规格：1#2#，入口内径为35.75mm，出口内径为27.1mm，直管内径为27.1mm，直管管长1m。3#8#，入口内径为41mm，出口内径为35.75mm，直管内
4、径为35.75mm，直管管长1m四、实验步骤1打开充水阀向离心泵泵壳内充水。2关闭充水阀、出口流量调节阀，启动总电源开关，启动电机电源开关。3打开出口调节阀至最大，记录下管路流量最大值，即控制柜上的涡轮流量计的读数。4直管阻力的测定：调节出口阀，流量从大到小测取810次，再由小到大测取810次，记录各次实验数据，包括涡轮流量计的读数、直管压差示值。5. 局部阻力的测定（要求流量在14 范围内）：调节出口阀，改变管路流量3次，分别记录闸阀压差、截止阀压差、涡轮流量计的读数。6. 离心泵特性曲线的测定：调节出口阀，流量从最大到最小测取810次，再由最小到最大测取810次，记录各次实验数据，包括入口
5、压力表、出口压力表、涡轮流量计、功率表的读数。7测取实验用水的温度。8依次关闭出口流量调节阀、电机开关、总电源开关。五、实验报告1计算直管摩擦系数及雷诺准数，在双对数坐标纸上标绘的关系曲线。2计算局部阻力系数的平均值。3. 以流量为横坐标，为纵坐标，绘出此离心泵的特性曲线。在离心泵的特性曲线图上标明泵的型号和转速，请参照所学教材。六、思考题1. 以水为工作流体所测得的关系能否适用于其他种类的牛顿型流体？请说明原因。2. 如果要增加雷诺数的范围，可采取哪些措施？ 3. 测出的直管摩擦阻力与直管的放置状态有关吗？请说明原因。4离心泵启动前，出口阀处于什么状态？为什么？关闭离心泵时，出口阀处于什么状
6、态？为什么？5测定离心泵的特性曲线并绘出曲线图时为什么要注明转速数值？6随着离心泵流量的增大，进口真空表和出口压力表指示的数值怎么变化？功率表读数如何变化？7离心泵怎样启动？为什么？8离心泵启动后，如不打开出口阀会有什么结果？9为什么离心泵可用出口阀来调节流量？10. 试分析气缚和气蚀现象的区别。11. 试分析允许吸上真空高度与泵的安装高度的区别。七、注意事项1. 注意电机和泵是否能正常运转，有无杂音，电机是否发热等，一旦发现异常，立即关闭泵电源开关。2. 泵启动前先冲水排气，启动时应关闭出口阀，停泵前也应先关出口阀；3. 泵启动后，应及时打开出口阀，观察泵是否已正常输水工作，如果没有应及时停
7、泵，以保护机械密封装置；4. 当测量流量为零的数据点时，即出口阀全关，数据测量时间不宜太长，以免泵壳内水发热气化。 实验二 管路设计与安装实验一、实验目的1综合运用流体力学基本原理与操作技能，设计并安装“流量计校核”与“突然扩大、缩小阻力系数的测定”两个实验装置2. 掌握常用工具的使用方法，学习管路的组装、试压、冲洗及拆除操作方法二、实验内容及要求1流量计校核 测取孔板流量计的孔流系数C0； 整理出雷诺系数Re与孔流系数C0之间的关系曲线。2突然扩大、缩小阻力系数的测定 测取突然扩大局部阻力系数； 测取突然缩小局部阻力系数。三、安装操作注意事项1安装过程一定注意人身安全，避免碰伤、擦伤、砸伤；
8、2安装之前一定要充分讨论，思路明确，避免返工；3根据实验内容要求，写出实验步骤；4实验中需测数据应列成表格形式；5实验结束应检查水、电是否关闭。四、思考题1. 孔流系数与哪些因素有关？2. 实验测定的CoRe曲线是否与课本中的图1-33相一致？3. 常见的管路连接方式有哪几种？4. 常见的阀门有哪几种？5. 常见的流量计有哪几种？6. 管材的标准型号是如何规定的？实验三 传热综合实验一、实验目的1利用套管换热器测定蒸汽冷凝与冷空气（水）之间的总传热系数。2比较冷空气（水）以不同流速流过圆形直管时，总传热系数的变化。3. 测定套管换热器中，空气（水）在圆形直管内作强制湍流时的对流传热系数，并确定
9、和之间的关系。4. 通过实验提高对关联式的理解，并分析影响的因素，了解工程上强化传热的措施。二、实验原理两流体通过间壁的传热过程是由热流体对管壁的对流传热、管壁热传导和管壁对冷流体对流传热的串联过程组成。所选基准面积不同，总传热系数的数值也不同。在套管换热器中一边蒸汽冷凝，一边冷空气（水）被加热情况下的总传热系数，其值可由下式计算： （3-8）式中：总传热系数，）传热速率，W； 传热管的外表面积，m2；对数平均温度差， （3-9）饱和蒸汽温度，根据饱和蒸汽压力查表得到；分别为冷空气（水）进、出口温度，。通过套管换热器间壁的传热速率，即冷空气（水）通过换热器被加热的速率，用下式求得： （3-10
10、）式中：空气（水）的质量流量，；空气（水）在进出口平均温度下的比热，J/kg传热速率方程： （3-11）式中：传热管的内表面积，m2； 空气（水）在圆形直管内作强制湍流时的对流传热系数；空气（水）和管壁的对数平均温度差， （3-12）由式（3-10）、（3-11）和（3-12）联解，即可求出。 定性温度取空气（水）进、出口温度的算术平均值。对于低粘度流体，在圆形直管内作强制湍流时，关系式可表示为 （3-13）本实验中，可用图解法和最小二乘法计算准数关联式中的指数和系数。用图解法对式（3-13）进行关联，两边取对数，得到直线方程： （3-14）在双对数坐标系中作图，找出直线斜率，即为方程的指数。
11、在直线上任取一点的函数值，代入方程(3-14)中得到系数。用图解法，根据实验点确定直线位置，有一定的人为性。而用最小二乘法回归，可以得到最佳关联结果。 壁温的测定是将热电偶焊在内管的外管壁的槽内，其值可由数字显示表直接读取。三、实验装置流程图设备描述本设备由紫铜管为内管，无缝钢管为外管组成的套管换热器。内管的进出口端各装有热电阻温度计一支，用于测量空气（水）的进出口温度。内管的进、出口端外壁表面上，各焊有三对热电偶，型号为WRNK-192。紫铜管，长1.20米转子流量计LZB-25数字显示表SWP-C40图3-2 传热综合实验流程图1-空气流量调节阀 2-转子流量计 3-蒸汽调节阀 4-蒸汽压
12、力表5-套管换热器 6-空气进口温度计 7-空气出口温度计 8-不凝气排放口蒸汽空气系统流程图四、实验步骤1检查管路系统各阀门开启位置是否正常，锅炉液位是否合理。2. 接通总电源，打开仪表柜上仪表开关、加热开关。待锅炉蒸汽压力恒定后，打开放气阀排净套管中空气，然后关闭放气阀。3全开空气旁路阀，调节空气流量调节阀，改变冷空气的流量，取68点，每点测量时必须待流速稳定，加热蒸汽压强维持稳定，冷空气出口温度不变后，才可记录空气流量、空气入口温度、空气出口温度、壁温等数据。4. 实验结束后，先停止加热，3分钟后停风机，关闭总电源。五、思考题1本实验要想提高K值应当增加哪一个管内的流体流量？2紫铜管内壁的温度与哪一种流体的温度相接近？3本实验中若套管间隙中有不凝性气体存在，对传热有什么影响？4实验中所测的壁温接近蒸汽侧温度还是空气（水）侧温度？5. 以空气为被加热介质的实验中，当流量增大时，管壁温度将会怎样变化？为什么？6. 管内空气流动速度对传热膜系数有何影响？7. 如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对式的关联有没有影响？ 8. 传热过程的稳定性受哪些因素的影响？六、实验数据表：紫铜管外表面积= 蒸汽温度T= 序 号空气的流量m3/h空气进口温度空气出口温度传热速率总传热系数K1234567
