流体力学综合实验指导.doc

1流体力学综合实验 实验指导书2流体力学综合实验流体力学综合实验一、实验目的一、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：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－出口流量调节闸阀 V2图 1 实验装置流程示意图3离心泵特性测定实验离心泵特性测定实验一、基本原理一、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 η 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：fehgu gpzHgu gpz222 22 22 11 1（1－1）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fh(eHgppzz12 12)（1－2）210(HHH表值）式中： ，表示泵出口和进口间的位差，m；和 120zzHρ——流体密度，kg/m3 ；g——重力加速度 m/s2；p1、p2——分别为泵进、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） kNN电（1－3）其中，N电为电功率表显示值，k 代表电机传动效率，可取95. 0＝k3．效率 η 的计算4泵的效率 η 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：gHQNe（1－4）故泵效率为 %100NgHQ（1－5）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 nn'（1－6）扬程 2)(nnHH（1－7）轴功率 3)(nnNN（1－8）效率 NgQH NgHQ'（1－9）二、实验装置与流程二、实验装置与流程离心泵特性曲线测定装置流程图如下：51－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 V2；图 2-2 实验装置流程示意图四、实验步骤及注意事项四、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（H0＝0.1m） 4）测取 10 组左右数据后，可以停泵，同时记录下设备的相关数据（如离心泵型号，额定流6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/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 η %7六、实验报告六、实验报告1．分别绘制一定转速下的 H～Q、N～Q、η～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？5.正常工作的离心泵，在其进口管路上安装阀门是否合理？为什么？6.试分析，用清水泵输送密度为 1200Kg/ｍ 的盐水，在相同流量下你认为泵的压力是否变化？3轴功率是否变化？1流体流动阻力测定实验流体流动阻力测定实验一、实验目的一、实验目的1．掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法 2．测定直管摩擦系数 λ 与雷诺准数 Re 的关系，验证在一般湍流区内 λ 与 Re 的关系曲线 3．测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数 4．学会倒 U 形压差计和转子流量计的使用方法5．识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用二、基本原理二、基本原理 流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。

流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失 1．直管阻力摩擦系数 λ 的测定 流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：22 21u dlpppwf f（1）即， 22 lupdf （2）式中： λ —直管阻力摩擦系数，无因次；d —直管内径，m；—流体流经 l 米直管的压力降，Pa；fp—单位质量流体流经 l 米直管的机械能损失，J/kg；fwρ —流体密度，kg/m3；l —直管长度，m；u —流体在管内流动的平均流速，m/s2滞流(层流)时，（3）Re64（4）duRe式中：Re —雷诺准数，无因次；μ —流体粘度，kg/(m·s)湍流时 λ 是雷诺准数 Re 和相对粗糙度（ε/d）的函数，须由实验确定由式（2）可知，欲测定 λ，需确定 l、d，测定、u、ρ、μ 等参数 l、d 为装置参数（装置fp参数表格中给出） ， ρ、μ 通过测定流体温度，再查有关手册而得， u 通过测定流体流量，再由管径计算得到。

可用 U 型管、倒置 U 型管、测压直管等液柱压差计。