流体综合.docx

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流体综合

数字化流体综合实验装置说明书

一、实验设备的主要内容：

⒈测定实验管路内流体流动的直管阻力和直管摩擦系数。

⒉测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系曲线。

⒊在本实验压差测量范围内，测量阀门的局部阻力系数

。

4.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）、（效率）与Q（流量）之间的特性曲线。

5.测定流量调节阀某一开度下管路特性曲线。

6.了解文丘里及涡轮流量计的构造及工作原理。

7.测定节流式流量计（文丘里）的流量标定曲线。

8.测定节流式流量计的雷诺数Re和流量系数C的关系。

二、设备的主要技术数据：

（1）流体阻力：

1.被测直管段：

光滑管管径d—0.0080（m）管长L—1.70（m）材料：

不锈钢

粗糙管管径d—0.010（m）管长L—1.70（m）材料：

不锈钢

2.玻璃转子流量计：

型号

测量范围

精度

LZB—25

100~1000（L/h）

1.5

LZB—10

10~100（L/h）

2.5

3.压差传感器：

型号：

LXWY

测量范围：

200Kpa

4.数显表：

型号：

501

测量范围：

0~200Kpa

5.离心泵：

型号：

WB70/055

流量：

20—200（1／h）

扬程：

19—13.5（m）

电机功率：

550（W）

电流：

1.35（A）

电压：

380（V）

（2）流量计测量：

涡轮流量计：

（单位：

M3/h）

文丘里流量计文丘里喉径：

0.020m实验管路管径：

0.045m，

（3）离心泵

（1）离心泵流量Q=4m3/h，扬程H=8m，轴功率N=168w

（2）真空表测压位置管内径d1=0.025m

（3）压强表测压位置管内径d2=0.045m

（4）真空表与压强表测压口之间的垂直距离h0=0.355m

（5）电机效率为60%

1.流量测量：

涡轮流量计

2.功率测量：

功率表：

型号PS-139精度1.0级

3.泵吸入口真空度的测量

真空表：

表盘真径-100mm测量范围-0.1-0MPa精度1.5级

4.泵出口压力的测量

压力表：

表盘直径-100mm测量范围0-0.25MPa精度1.5级

（4）变频器：

型号：

N2-401-H规格：

（0-50）Hz

（5）数显温度计：

501BX

三、实验设备的基本情况：

1.实验设备流程图：

见图一

图一、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；40，41，42，43-数显表；44-变频器；45-总电源；

流体阻力的测量：

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15，16测量流量，然后送入被测直管段测量流体流动的阻力，经回流管流回储水槽。

被测直管段流体流动阻力ΔP可根据其数值大小分别采用变送器36或空气—水倒置Ｕ型管来测量。

流量计、离心泵性能的测定：

水泵2将水槽1内的水输送到实验系统，用流量调节阀12调节流量，流体经涡轮流量计10计量，回到储水槽。

同时测量文丘里流量计两端的压差，离心泵进出口压力、离心泵电机输入功率。

管路特性的测量：

流量调节阀12调节流量调节到某一位置，改变电机频率，测定涡轮流量计的频率，泵入口真空度，泵出口压强。

四、实验方法：

（a）手动实验操作：

（1）流体阻力的测量：

1.向储水槽内注蒸馏水，直到水满为止。

2.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。

3.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。

4.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。

5.待数据测量完毕，关闭流量调节阀，切断电源。

6.粗糙管、局部阻力测量方法同前。

（3）离心泵性能的测定：

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，打开压力表和真空表的开关，方可测取数据。

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。

（4）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。

五、使用实验设备应注意的事项：

1.利用压力传感器测大流量下ΔP时，应切断空气一水倒置U型管30、31两阀门否则影响测量数值。

2.在实验过程中每调节一个流量之后应待流量和直管压降的数据稳定以后方可记录数据。

3.若较长时间内不做实验，放掉系统内及储水槽内的水。

4.启动离心泵前，关闭压力表和真空表的开关以免损坏压强表。

六、附录：

1.计算举例

（1）流体阻力的测量：

在被测直管段的两取压口之间列柏努利方程式，可得：

（1）

（2）

（3）

（4）

符号意义：

d—管径（m）L—管长（m）u—流体速度（m/s）

ΔPf—直管阻力引起的压降（N/m2）

测得一系列流量下的ΔPf之后，根据式

（1），（3）计算出不同流速下的

值。

用式（4）计算出Re值，从而整理出

—Re之间的关系，在双对数坐标纸上绘出

—Re曲线。

为例计算：

流量q=1000（l/h），直管压差ΔP=106.1KPa）

液体温度20.5℃液体密度ρ=997.56kg/m液体粘度μ=1.02mPa.S

=

=5.53（m/s）

=

λ-Re曲线（如图一所示）

（2）局部阻力系数

的测定

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。

图四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，ab＝△Pf，bc；△Pf，a＇b＇=△Pf，b＇c＇

在a~a＇之间列柏努利方程式：

Pa－Pa＇=2△Pf，ab+2△Pf，a＇b＇+△P＇f（a）

在b~b＇之间列柏努利方程式：

Pb－Pb＇=△Pf，bc+△Pf，b＇c＇+△P＇f

=△Pf，ab+△Pf，a＇b＇+△P＇f（b）

联立式（a）和（b），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。

（2）离心泵性能的测定：

①流速的计算：

用涡轮流量计算

②H的测定：

在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程

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，与柏努力方程中其它项比较，

值很小，故可忽略。

于是上式变为：

将测得的

和

的值以及计算所得的

代入上式即可求得H的值勤。

③N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，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。

④

的测定

式中：

—泵的效率；N—泵的轴功率，kw

Ne—泵的有效功率kw；H—泵的有效功率，kw

Q—泵的流量，m3/s；

—水的密度，kg/m3

为例计算：

涡轮流量计流量读数Q=9.45（M3/h）

泵入口压力P1=0.026（MPa），出口压力P2=0.065（MPa），电机功率=0.74（kw）

Q=9.45（m3/h）

=

=5.35（s）

=

=1.65（m/s）

=8.2（m）

（4）离心泵性能测定曲线图见图四。

2．实验数据表和图

表一、流体阻力实验数据记录（光滑管内径8mm、管长1.710m）

（液体温度20.5℃液体密度ρ=997.561kg/m液体粘度μ=1.02mPa.S）

序号

流量（l/h）

直管压差ΔP

ΔP

流速u

Re

λ

（kPa）

（mmH2o）

（Pa）

（m/s）

1

1000

106.1

106100

5.53

43259

0.03255

2

900

85.2

85200

4.98

38933

0.03227

3

800

65.9

65900

4.42

34607

0.03159

4

700

51.6

51600

3.87

30281

0.03231

5

600

38.6

38600

3.32

25955

0.03290

6

500

25.6

25600

2.76

21630

0.03142

7

400

16.6

16600

2.21

17304

0.03183

8

300

9.6

9600

1.66

12978

0.03273

10

200

5.0

5000

1.11

8652

0.03835

13

100

137

1342

0.55

4326

0.04119

14

90

114

1117

0.50

3893

0.04232

15

80

82

804

0.44

3461

0.03852

16

70

61

598

0.39

3028

0.03743

17

60

55

539

0.33

2596

0.04593

18

50

39

382

0.28

2163

0.04690

19

40

21

206

0.22

1730

0.03946

20

30

15

147

0.17

1298

0.05011

21

20

10

98

0.11

865

0.07517

22

10

5

49

0.06

433

0.15033

表一、流体阻力实验数据记录（直管内径10mm、管长1.71m）

（液体温度20.8℃液体密度ρ=997.49kg/m液体粘度μ=1.01mPa.S）

序号

流量（l/h）

直管压差ΔP

ΔP

流速u

Re

λ

（kPa）

（mmH2o）

（Pa）

（m/s）

3

800

168.8

168800

2.83

27958

0.247

4

700

133.2

133200

2.48

24463

0.255

5

600

98.9

98900

2.12

20968

0.257

6

500

68.3

68300

1.77

17474

0.256

7

400

44.5

44500

1.42

13979

0.260

8

300

25.7

25700

1.06

10484

0.267

10

200

7.5

7500

0.71

6989

0.176

13

100

3.8

0

0.35

3495

0.000

14

90

334

3273

0.32

3145

0.378

15

80

252

2469

0.28

2796

0.361

16

70

198

1940

0.25

2446

0.371

17

60

170

1666

0.21

2097

0.433

18

50

121

1186

0.18

1747

0.444

19

40

89

872

0.14

1398

0.510

20

30

52

510

0.11

1048

0.530

21

20

27

265

0.07

699

0.619

22

10

8

78

0.04

349

0.734

表二、离心泵性能测定实验数据记录

（液体温度24.9℃液体密度ρ=997.4kg/m、泵进出口高度=0.355米）

序号

入口压力P1

出口压力P2

电机功率

流量Q

压头h

泵轴功率N

η

（MPa）

（MPa）

（kw）

（m＾3/h）

（m）

（w）

（%）

1

0.026

0.065

0.74

9.45

9.7

444

55.997

2

0.019

0.085

0.74

8.45

11.0

444

56.944

3

0.014

0.105

0.73

7.49

12.6

438

58.291

4

0.008

0.125

0.7

6.44

14.0

420

58.230

5

0.005

0.14

0.66

5.47

15.2

396

57.062

6

0.002

0.155

0.62

4.44

16.4

372

53.284

7

0

0.165

0.56

3.40

17.3

336

47.423

8

0

0.175

0.51

2.42

18.3

306

39.260

9

0

0.18

0.45

1.45

18.8

270

27.406

10

0

0.185

0.4

0.44

19.3

240

9.610

11

0

0.19

0.38

0.04

19.8

228

0.944