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1、 流体力学综合实验实验指导书流体力学综合实验一、实验目的1）能进行光滑管、粗糙管、闸阀局部阻力测定实验，测出湍流区阻力系数与雷诺数关系曲线图；2）能进行离心泵特性曲线测定实验，测出扬程、功率和效率与流量的关系曲线图；3）学习工业上流量、功率、转速、压力和温度等参数的测量方法，使学生了解玻璃转子流量计、压力表、倒U型差压计以及相关仪表的原理和操作；二、装置整体流程图：1水箱；2进口压力表；3双金属温度计；4灌泵漏斗；5出口压力表；6玻璃转子流量计；7局部阻力管；8电气控制箱；9局部阻力管上的闸阀V1；10光滑管；11倒U型差压计；12均压环；13粗糙管；14管路选择球阀f1、f2、f3；15出口
2、流量调节闸阀V2图1 实验装置流程示意图离心泵特性测定实验一、基本原理离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程H、轴功率N及效率与泵的流量Q之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用理论方法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。1扬程H的测定与计算取离心泵进口真空表和出口压力表处为1、2两截面，列机械能衡算方程： （11）由于两截面间的管长较短，通常可忽略阻力项，速度平方差也很小故可忽略，则有 （12）式中： ，表示泵出口和进口间的位差，m；和 流体密度，kg/m3 ；g重力加速度 m/s2；p1、p2分别
3、为泵进、出口的真空度和表压，Pa；H1、H2分别为泵进、出口的真空度和表压对应的压头，m； u1、u2分别为泵进、出口的流速，m/s； z1、z2分别为真空表、压力表的安装高度，m。由上式可知，只要直接读出真空表和压力表上的数值，及两表的安装高度差，就可计算出泵的扬程。2轴功率N的测量与计算 （W） （13）其中，N电为电功率表显示值，k代表电机传动效率，可取。3效率的计算泵的效率是泵的有效功率Ne与轴功率N的比值。有效功率Ne是单位时间内流体经过泵时所获得的实际功率，轴功率N是单位时间内泵轴从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。泵的有效功率Ne可用下式计算： （1
4、4） 故泵效率为 （15）4转速改变时的换算泵的特性曲线是在定转速下的实验测定所得。但是，实际上感应电动机在转矩改变时，其转速会有变化，这样随着流量Q的变化，多个实验点的转速n将有所差异，因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为某一定转速n下（可取离心泵的额定转速2900rpm）的数据。换算关系如下：流量 （16）扬程 （17）轴功率 （18）效率 （19）二、实验装置与流程离心泵特性曲线测定装置流程图如下：1水箱；2离心泵；3进口压力表；4双金属温度计；5灌泵漏斗；6出口压力表；7玻璃转子流量计；8电气控制箱；9离心泵的管路（利用光滑管充当）；10光滑管管路球阀f2；11出口流量调节闸阀V
5、2；图2-2 实验装置流程示意图 四、实验步骤及注意事项1实验步骤： （1）清理水箱中的杂质，然后加装实验用水。通过灌泵漏斗给离心泵灌水，直到排出泵内气体。 （2）检查各阀门开度和仪表自检情况，试开状态下检查电机和离心泵是否正常运转。开启离心泵之前先将出口流量调节闸阀V2关闭，当泵达到额定转速后方可逐步打开此出口阀。 （3）实验时，通过调节闸阀V2以增大流量，待各仪表读数显示稳定后，读取相应数据。离心泵特性实验主要获取实验数据为：流量Q、泵进口压力p1、泵出口压力p2、电机功率N电、泵转速n，及流体温度t和两测压点间高度差H0（H00.1m）。 （4）测取10组左右数据后，可以停泵，同时记录下
6、设备的相关数据（如离心泵型号，额定流量、额定转速、扬程和功率等），停泵前先将出口阀关闭。2注意事项： （1）一般每次实验前，均需对泵进行灌泵操作，以防止离心泵气缚。同时注意定期对泵进行保养，防止叶轮被固体颗粒损坏。 （2）泵运转过程中，勿触碰泵主轴部分，因其高速转动，可能会缠绕并伤害身体接触部位。（3）不要在出口阀关闭状态下长时间使泵运转，一般不超过三分钟，否则泵中液体循环温度升高，易生气泡，使泵抽空。五、数据处理（1）记录实验原始数据如下表： 实验日期： 实验人员： 学号： 装置号： 离心泵型号 ，额定流量 ，额定扬程 ，额定功率泵进出口测压点高度差H0= ，流体温度t 实验次数流量Q m3
7、/h泵进口压力p1 kPa泵出口压力p2 kPa电机功率N电 kW泵转速n r/m （2）根据原理部分的公式，按比例定律校合转速后，计算各流量下的泵扬程、轴功率和效率，如下表：实验次数流量Q m3/h扬程H m轴功率N kW泵效率 %六、实验报告1分别绘制一定转速下的HQ、NQ、Q曲线2分析实验结果，判断泵最为适宜的工作范围。七、思考题1. 试从所测实验数据分析，离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门？2. 启动离心泵之前为什么要引水灌泵？如果灌泵后依然启动不起来，你认为可能的原因是什么？3. 为什么用泵的出口阀门调节流量？这种方法有什么优缺点？是否还有其他方法调节流量？4. 泵启动后，出口阀如果不开，压力表读数是否会逐渐上升？为什么？
