四川大学化工原理流体力学实验报告

四川大学化工原理流体力学实验报告
化工原理实验报告
流体力学综合实验
姓名: 学号: 班级号: 实验日期:2016、6、12 实验成绩:
1
四川大学化工原理流体力学实验报告
流体力学综合实验
一、 实验目的:
1. 测定流体在管道内流动时的直管阻力损失,作出 与 Re 的关系曲线。
2. wk.baidu.com察水在管道内的流动类型。
3. 测定在一定转速下离心泵的特性曲线。
二、实验原理
1、求 与 Re 的关系曲线
流体在管道内流动时,由于实际流体有粘性,其在管内流动时存在摩擦阻力,必然会引起
流体能量损耗,此损耗能量分为直管阻力损失与局部阻力损失。流1 体在水平直管内作稳态流2
动(如图 1 所示)时的阻力损失可根据伯努利方程求得。
以管中心线为基准面,在 1、2 截面间列伯努利方程:
泵的特性曲线是确定泵 的适宜操作条件和选用 离心泵的重要依据。
（1）流量qv(m 3 / h）的测定：通常用泵出 口阀调节离心泵输送的 流量，并由涡轮流量计 测定， 本实验采用涡轮流量计 后面的调节阀来调节流 量。 （2）扬程H(mH 2O )的测定：扬程是指泵每 输送1kg重量流体所提供的外加 能量。若泵输送的介 质是水，则在水箱液面 和离心泵出口压力表之 间根据能量守恒定律可 确定水经离心泵所增加 的能量(mH 2O )，此能量称为扬程 H。 以水平地面为基准，离 心泵进口真空泵为 1 — 1截面和离心泵出口压力 表处为2 — 2截面，在 此两截面间列出伯努利 方程式：
p1
g
u
2 1
2g
Z1 H
p2 g
u
2 2
2g
Z2
Hf
因p1 p 大气压 - p真，p 2 p 大气压 p 表，Z2 - Z1 0.2，所以水经离心泵所
增加的能量为
H
p真 - p表 g
u
2 2
-
u12
2g
0.2
Hf
式中： H f 0，p 表，p真 — —离心泵出口表压、进 口真空度， Pa；
完成直管阻力损失测定。 2、求离心泵的特性曲线 1) 根据现场实验装置,理清流程,检查设备的完好性,熟悉各仪表的使用方法。 2) 打开控制柜面上的总电源开关,按下仪表开关,先关闭出口阀门,检查无误后按下水泵开
关。 3) 打开球阀 2,调节流量调节阀 1 使管内流量,先开至最大,再逐步减小流量,每次约减少
式中：N — —离心泵轴功率， kW；
传 — —机械传动效率，近似 值取为0.95；
N电 — —电动机的输入功率， 由功率表测定。
3
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(4)离心泵效率η的 测定：泵的效率是指理 论功率与轴功率的比值 ，即
η
Nt N
而理论功率N t是离心泵对流体所做的 有效功率，即
Nt
P1
u12 2
gz1
p2
u22 2
gz2 hf
1
2
图 1 流体在 1、2 截面间稳定流动
因 u1=u2,z1=z2,故流体在等直径管的 1、2 两截面间的阻力损失为
hf
P
流体流经直管时的摩擦系数与阻力损失之间的关系可由范宁公式求得,其表达式为
hf
l d
u2
2
由上面两式得:
P
d l
qHρg
qHρ 9.81 1000
qHρ 102
三、实验流程图
球阀 1
转
子 流
球阀 2
量
计
球阀 3
闸阀 2
闸阀 1
水箱
真空压力表 离心泵
压力表
四、实验操作步骤
流体力学实验流程示意图
1、求 λ 与 Re 的关系曲线
1) 根据现场实验装置,理清流程,检查设备的完好性,熟悉各仪表的使用方法。
2) 打开控制柜面上的总电源开关,按下仪表开关,检查无误后按下水泵开关。
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1 m3 / h ,待数据稳定后,记录流量及压差读数,待流量减小到约为 4 m3 / h 后停止实验,记
录 9-10 组数据。 4) 改变频率为
(3),可以测定不 泵的特性曲线。 五、实验数据记录 1、设备参数:
2 u2
Re du
而
由此可见,摩擦系数与流体流动类型、管壁粗糙度等因素有关。由因此分析法整理可形 象地表示为
f (Re, ) d
式中: h f -----------直管阻力损失,J/kg;
------------摩擦阻力系数; l.d ----------直管长度与管内径,m; P ---------流体流经直管的压降,Pa; -----------流体的密度,kg/m3;
2
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-----------流体黏度,Pa、s;
u -----------流体在管内的流速,m/s;
流体在一段水平等管径管内流动时,测出一定流量下流体流经这段管路所产生的压降,即
可算得 h f 。两截面压差由差压传感器测得;流量由涡轮流量计测得,其值除以管道截面积即可 求得流体平均流速 u 。在已知管径 d 与平均流速 u 的情况下,测定流体温度,确定流体的密度
u 2 — —离心泵出口管内流速 ，m / s； H — —离心泵扬程， mH 2O；
— —流体密度， kg / m 3。
(3)离心泵的轴功率 N(kW )的测定：泵轴功率是指 泵轴所消耗的电功率， 也是电
动机传给泵轴的功率。 本实验采用功率表测定 电机输入功率后，用下 式来计算轴
功率。
N N电 传
3) 打开球阀 1,调节流量调节闸阀 2 使管内流量约为 10、5 m3 / h ,逐步减小流量,每次约减
少 0、5 m3 / h ,待数据稳定后,记录流量及压差读数,待流量减小到约为 4 m3 / h 后停止实
验。 4) 打开球阀 2,关闭球阀 1,重复步骤(3)。
5) 打开球阀 2 与最上层钢管的阀,调节转子流量计,使流量为 40 L / h ,逐步减小流量,每次约 减少 4 L / h ,待数据稳定后,记录流量及压差读数,待流量减小到约为 4 L / h 时停止实验。
与黏度 ,则可求出雷诺数 Re ,从而关联出流体流过水平直管的摩擦系数 与雷诺数 Re
的关系曲线图。
2、求离心泵的特性曲线
离心泵的特性，可用该 泵在一定转速下，扬程 与流量H f1(q)、轴功率与流量 N f2(q)和 效率与流量 f3(q)三种曲线来表示。若将 H、N和对Q间的关系分别标绘在同 一直角坐标系 所得的三条曲线，即为 离心泵的特性曲线。