流动力学综合实验

实验1流动过程综合实验
、实验目的
1.学习离心泵性能参数及特性曲线的测定方法，加深对离心泵性能的了解;
2.熟悉离心泵的操作方法;
3.学习管路特性曲线的测定方法；
4.学习直管摩擦阻力△ P f、直管摩擦系数汕勺测定方法。

5.了解几种常用流量计的构造、工作原理、主要特点及流量计的标定方法;
6.了解节流式流量计流量系数C随雷诺数Re的变化规律，流量系数C的测定方法;
7.掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。

二、实验内容
1.练习离心泵的操作;
2.测定某型号离心泵在一定转速下，H （扬程）、N （轴功率）、n （效率）与Q （流量）
之间的特性曲线；
3.测定管路特性曲线;
4.测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数几。

5.对文丘里流量计进行校正。

三、实验原理
（一）离心泵特性曲线
离心泵是最常见的液体输送设备。

在一定的型号和转速下，离心泵的扬程H、轴功率及
效率n均随流量Q而改变。

通常通过实验测出H —Q、N—Q及n—Q关系，并用曲线表示
之，称为特性曲线。

特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用泵的重要依据。

具体测定方法如下:
1. H的测定
在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程：
P入u2入
Z入+宁+牛+ H =Z出泵特性曲线的
焊+字+ H f2
P g 2g
P g 2g
上式中H f 入曲是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力 流动阻力所引起的压头损失）,当所选的两截面很接近泵体时，
与柏努利方程中其它项比较,
H =（Z 出-Z 入）+ P 出"P 入
Pg
+十入+ H +
2g
（不包括泵体内部的
H f 入昼值很小，故可忽略。

于是上式变为:
将测得的（Z 出-
Z 入）和P 出- P 入的值以及计算所得的
U 入，u 出代入上式即可求得 H 的
值。

2. N 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
1.0,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X 电动机的效率。

3. n 的测定
（二）管路特性曲线测定
性能有关，还与管路特性有关，也就是说，在液体输送过程中，泵和管路二者是相互制约的。

在一定的管路上，泵所提供的压头和流量必然与管路所需的压头和流量一致。

特性曲线与管路特性曲线绘在同一坐标图上，两曲线交点即为泵在该管路的工作点。

因此, 可通过改变泵转速来改变泵的特性曲线，从而得出管路特性曲线。

泵的压头
（三）直管摩擦系数）与雷诺数Re 的测定
流体在管道内流动时，由于流体的粘性作用和涡流的影响会产生阻力。

流体在直管内 流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和管道摩擦系数有关，它们之间存在如下关系:
—出一Z
入
）+
P
出皐
2 2 u 出一
u 入 +
2g
泵的轴功率=功率表的读数X 电动机效率,
kw 。

n = Ne
N
其中
n —
泵的效率;
N —
泵的轴功率 ,kw Ne — 泵的有效功率， H —
泵的压头， m Q — 泵的流量， m 3
/s
p —
水的密度, kg/m
HQ Pg 1000
HQ P 102
kw
当离心泵安装在特定的管路系统中工作时,
实际的工作压头和流量不仅与离心泵本身的
若将泵的
H 计算同上。

式中:
kw
3
Ne
(6)
式中：d 一管径，m
A P f -直管阻力引起的压强降，Pa ; I —管长，m ;
（四）文丘里流量计的标定
为:
V s 叫2
…
P
下
)
C —流量系数，无因次;
A 0
—流量计节流孔截面积， m 2;
F 上- F 下 —流量计上、下游两取压口之间的压强差,
P —被测流体（水）的密度，kg / m 3。

用涡轮流量计作为标准流量计来测量流量
V s 。

每一个流量在压差计上都有一对应的读
数，将压差计读数△P 和流量V S 绘制成一条曲线，即流量标定曲线。

同时用上式整理数据可 进一步得到C — Re 关系曲线。

△P
f
u
(7)
u - 流速，m /
s ;
卩-流体的粘度，
kg / m 3
; N
• s / m 2。

直管摩擦系数入与雷诺数 装置中，直管段管长I 和管径 Re 之间有一定的关系，这个关系一般用曲线来表示。

在实验 d 都已固
定。

若水温一定，则水的密度
P 和粘度卩也是定值。

所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降△ P f 与流速U （流量 V s ）之间的关系。

根据实验数据和式（6）可计算出不同流速下的直管摩擦系数
入，用式 （7）计算对应的
Re ,从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系,
绘出
入与Re 的关系曲线。

流体通过节流式流量计时在流量计上、
下游两取压口之间产生压强差, 它与流量的关系
(8)
式中：V S —被测流体（水）的体积流量,
m 3
/s ;
Pa ;
四、实验装置
实验装置流程如图所示。

1. 流量测量：用转子流量计或标准涡轮流量计测量。

2. 泵的入口真空度和出口压强：用真空表和压强表来测量。

3. 电动机输入功率：用功率表来测量。

图1流动过程综合实验装置流程图
⑴一离心泵；⑵一压强表；⑶一真空表；⑷一调节阀
1;⑸一调节阀2 :⑹一转子流量计;
⑺一被标定流量计；⑻一倒 U 管；⑼一温度表；⑽ 一涡轮流量计；（11）—直管压差计；（12）—
变频器；（13）—功率表；（14）—水箱。

五、实验方法
（一）离心泵特性曲线及管路特性曲线测定
1. 检查离心泵各阀门及仪表是否正常。

2.
按下调频器的启动按钮，启动离心泵。

关闭阀
（4），用阀（5）调节流量，从流量为零
至最大或流量从最大到零，测取
10〜12组数据（同时测量泵入口真空度、泵出口压强、流
量计读数、功率表读数），并记录水温。

3.
测量管路特性曲线测定时，先置流量调节阀 （5）为某一状态（使系统流量为某一固定
值）。

4.
调节离心泵电机频率，使管路特性改
(9) (10) (11)
(12)
(8⑺
(14
变，调节范围
（50—20Hz ），测取10〜12组数据
，并记录水温。

5. 实验结束后，关闭流量调节阀，继续其它实验或停泵，切断电源。

（二）直管摩擦阻力 ^Pf 及摩擦系数A 的测定
1. 按下电源和离心泵的绿色按钮，通电预热数字显示仪表，记录直管差压数字表 的初始值。

按一下变频器上的启动按钮，启动离心泵。

2. 关闭截止阀⑸，将闸阀⑷打开。

3. 在流量为零条件下，旋开倒置
U 形管左右旋钮，检查导压管内是否有气泡存在。

若
倒置U 形管内液柱高度差不为零，则表明导压管内存在气泡，需要进行赶气泡操作。

操作 方法如下:
开大流量调节阀（4），使倒置U 形管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若认为气 泡已赶净，将流量阀关闭；慢慢旋开倒置
U 形管上部的放空阀，使液柱降至零点上下时马
上关闭，管内形成气一水柱；此时管内液柱高度差应为零。

4. 通过阀（4）调节流量。

根据流量大小选择大、小量程的转子流量计测量。

5. 直管段的压差：小流量时用倒置
U 形管压差计测量，大流量时用差压数字表 （11）
测
量。

应在最大流量和最小流量之间进行实验， 一般测取12〜15组数据，建议流量读数在40L/h 之内，不少于4个点，以便得到滞流状态下的 入一Re 关系。

在能用倒置 U 形管测压差时,
尽量不用差压数字表测压差。

6. 在水箱中测取水温。

7. 待数据测量完毕，关闭流量调节阀，核实差压数字表初始值，继续其它实验或切断电
源。

（三）文丘里流量计的标定
1. 按下电源和离心泵的绿色按钮，通电预热数字显示仪表，记录差压数字表的初始值, 关闭流量调节
阀⑷。

2. 按下变频器启动按钮， 启动离心泵，将阀（5）打开，逐渐调大流量，排出管路里气泡。

3.
用阀（5）调节流量，从小流量至大流量或从大流量至小流量测取 10组左右数据（即同
时测量压差和流量），并记录水温。

4. 实验结束后，关闭流量调节阀，核实差压数字表初始值，停泵，切断电源。

六、注意事项
1. 启动心泵之前，必须检查所有流量调节阀是否关闭。

2.
用直管差压数字表测量时，必须关闭通倒置 U
形管的阀门，防止形成并联管路。

（同时测量泵入口真空度、泵出口压强、流量计读数）
(11)
七、报告内容
1.将实验数据和计算结果列在数据表格中，并以一组数据进行计算举例。

2.在合适的坐标系上标绘离心泵的特性曲线，并在图上标出离心泵的各种性能（泵的型号、转速和
高效区）。

3.在合适的坐标系上标绘直管入一Re关系曲线。

4.根据所标绘的入一Re曲线，求本实验条件下滞流区的入一Re关系式，并与理论公式比较。

5.在合适的坐标系上，标绘节流式流量计的流量V S与压差△ P的关系曲线（即流量标定曲线）、
流量系数C与雷诺数Re的关系曲线。

八、思考题
1.试分析实验数据，看一看，随着泵出口流量调节阀开度的增大，泵入口真空表读数是减少还是增
加，泵出口压强表读数是减少还是增加。

为什么？
2.测定离心泵特性曲线时，为了得到较好的实验结果，实验流量范围下限应小到零,
上限应尽量的大。

为什么
3.离心泵的流量，为什么可以通过出口阀来调节？往复泵的流量是否也可采用同样的方法来调节。

为什么？
4.本实验用水为工作介质做出的入一Re曲线，对其它流体能否使用？为什么?
5.本实验是测定等直径水平直管的流动阻力，若将水平管改为流体
自下而上流动的垂直管，从测量两取压点间压差的倒置U形管读数R到^ P f的计算过程和公式是否与水平管
完全相同？为什么？
6.为什么采用差压变送器和倒置U形管并联起来测量直管段的压差？何时用变送器
何时用倒置U形管？操作时要注意什么?
7.试验管路及导压管中如果积存有空气，为什么要排除
九、数据记录及处理表
表
离心泵特性曲线测定数据记录及处理表
表管路特性曲线测定数据记录及处理表
表3直管能量损失测定数据记录及处理表
表4文丘里流量计标定数据记录及处理表。