实验1流动过程综合实验

实验1 流动过程综合实验
一、实验目的
⒈学习和了解流体流动过程中的主要管件、阀门、流量计和离心泵的结构和用途，初步建立化工工
程化概念；
⒉学会根据实验内容画简单流程示意图；
⒊学习管道摩擦系数的测定方法，掌握直管摩擦系数 与雷诺数Re和相对粗糙度ε/d之间的变化规
律；
⒋熟悉离心泵的操作方法，掌握离心泵特性曲线和管路特性曲线的测定方法；
5.学习节流式流量计的标定方法，掌握流量系数C随雷诺数Re的变化规律。

二、实验任务
下列任务除必选项外，至少选一项任选类实验任务
(1) 测定流体流经光滑直管时的摩擦系数λ与雷诺数Re的关系曲线。

（必选）
要求：将λ与Re在层流、过渡流和湍流三个流型区的关系标在同一张双对数坐标纸上。

(2) 测定离心泵在一定转速(频率 50HZ)下的特性曲线。

（必选）
(3) 非标节流式流量计标定。

（任选）
要求：用双对数和单对数坐标分别标绘压差△P与流量Q、孔流系数C
与雷诺数Re的关系曲线。

(4) 测定流体流经粗糙管时的摩擦系数λ与雷诺数Re的关系，以及最大流量下阀门全开、半开时局部
阻力系数ζ。

（任选）
(5) 采用变频器调节,测定在改变的转速下离心泵的特性曲线。

（任选）
(6) 测定流量调节阀开度在一半以上的管路特性曲线。

（任选）
三、实验预习要求
1. 预习流体流动阻力、离心泵和流量测量等相关知识，结合实验任务和附录提示列出对应的理论依据；
2. 初步拟定针对单一实验任务的实验流程示意图；
3. 明确测试对象，绘制原始数据记录表；
4. 了解实验装置的使用及注意事项（见附录3）；
5. 拟定实验操作步骤。

四、实验报告要求：
表1-1实验报告内容和提示
五、思考题
⒈ 本实验用水为工作介质做出的Re -λ曲线，对其它流体能否使用？为什么？
⒉ 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△P f 是否与水平管相同?为什么?
⒊ 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？何时用倒置U 形管?何时用差压变送器?操作时要注意什么？
4. 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?
5. 本实验中，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?
6. 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?
7. 被测试的管路及导压管中如果积存有空气，为什么要排除? 8. 什么情况下的流量计需要标定?标定方法有几种?本实验是用哪一种?
附录1 流体流动实验技术简介 ⒈ 直管摩擦系数λ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。

直管摩擦系数λ与雷诺数Re 之间有一定的关系，这个关系一般用曲线来表示。

在实验装置中，直管段管长l 和管径d 都已固定；若水温一定，则水的密度
ρ和粘度μ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f P ∆与流速u （流量V ）
之间的关系。

压强降f P ∆用倒置U 形管和差压传感器来测量，体积流量由转子流量计和涡轮流量计等测量。

⒉ 局部阻力系数ζ的测定
图1-1 局部阻力测量取压口布置图
局部阻力引起的压强降'
f P ∆ 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 △P f ，a b ＝△P f ，bc ； △P f ，a ＇b ＇= △P f ，b ＇c ＇ 在a~a ＇之间列柏努利方程式： P a －P a ＇
=2△P f ，a b +2△P f ，a ＇b ＇+△P
＇
f （1-1）
在b~b ＇之间列柏努利方程式： P b －P b ＇ = △P f ，bc +△P f ，b ＇c ＇+△P ＇f
= △P f ，a b +△P f ，a ＇b ＇+△P ＇f （1-2） 联立式（1-1）和（1-2），则：
'
f P ∆＝2（P b －P b ＇）－（P a －P a ＇）
为了实验方便，称（P b －P b ＇）为近点压差，称（P a －P a ＇）为远点压差。

用差压传感器来测量。

3. 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N 及 效率η均随流量Q 而改变。

通常通过实验测出H —Q 、N —Q 及 η—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。

在离心泵的扬程H 测定中，由于所选的两截面很接近泵体时，泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力(不包括泵体内部的流动阻力所引起的压头损失) 出入-f H 值很小，故可忽略。

测压口高度差和出入口管径已给定。

在泵的轴功率的测定中，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。

电动机的输出功率大小取决于其输入功率和电动机效率。

4. 管路特性曲线
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。

管路特性曲线是指流体流经管路系统的流量与所需压头之间的关系。

若将泵的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，如同通过改变阀门开度来改变管路特性曲线，求出泵的特性曲线一样，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。

5.流量计标定
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，并随流量变化而改变。

用精度0.5级的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。

同时整理数据可进一步得到流量系数C 随雷诺数Re的变化关系曲线。

附录2 实验装置流程简介
⒈实验装置流程图
图1-2 第1~3套流动过程综合实验装置流程图
1—离心泵；2—大流量调节阀；3—小流量调节阀；4—被标定流量计；5—转子流量计；6—倒U管；9—涡轮流量计；7，8，10—数显仪表；11—真空表；12—流量计平衡阀；14—光滑管平衡阀；16—粗糙管平衡阀；13—导向阀；15—压力表；17—水箱；18—排水阀；19—闸阀(导向)；20—截止阀(导向)；21—变频器；a—出口压力取压点；b—吸入压力取压点；P1-P1’—流量计压差；P2-P2’—光滑管压差；P3-P3’—粗糙管压差；
P4-P4’—闸阀近点压差；P5-P5’—闸阀远点压差；P6-P6’—截止阀近点压差；P7-P7’—截止阀远点压差；
J-M—光滑管；K-L—粗糙管
图1-3 第4~5套流动过程综合实验装置流程图
1—变频器；2—功率表；3—真空表；4—离心泵；5—压力表；6，7—流量调节阀；8—光滑管；9—粗糙管；10—被测局部阻力阀门；11，12—转子流量计；13—被测文丘里流量计；14，22—差压变送器；
15，23—数显表；16，17，18—导向阀；19—频率表；20—涡轮流量计；21—倒置U型管；24—水箱
图1-4 第6套流动过程综合实验装置流程图
1—水箱；2—离心泵；3—入口真空表；4—出口压力表；5，16—缓冲罐；6，14—测局部阻力近端阀；
7，15—测局部阻力远端阀；8，17—粗糙管测压阀；9，21—光滑管测压阀；10—被测局部阻力阀；
11—待标定文丘里流量计；12—压差传感器；13—涡流流量计；18，24—流量调节阀；19，20—导向阀；
22—小流量计；23—大流量计；25—水箱放水阀；26—倒U型管放空阀；27—倒U型管；
28，30—倒U型管排水阀；29，31—倒U型管平衡阀；32—功率表；33—变频调速器
图1-5 第7~8套流动过程综合实验装置流程图
1—离心泵；2，7，16—导向阀；3—被测细光滑管；4—被测局部阻力；5—被测粗光滑管；6—被测粗糙管；
8—全自动体积流量计；9—电磁阀；10—小涡轮流量计；11—大涡轮流量计；12，14—流量调节阀；13—水箱；15—待标定文丘里流量计；17—出口压力；18—入口真空度；P1-P1＇—文丘里压差；P2-P2＇—细光滑管压差；P3-P3＇—粗光滑管压差；P4-P4＇—粗糙管压差；P5-P5＇—局部阻力近点压差；P6-P6＇—局部阻力远点压差；P7—泵入口真空度；P8—泵出口压力
⒉基本结构参数
表1-2流体阻力实验装置参数
表1-3 离心泵实验装置参数
表1-4 流量计实验装置参数
⒊操作方法提示
●赶气泡操作
在进行光滑管阻力测定之前，应先检查导压系统内有无气泡存在。

在流量为0时，若导通的倒置Ｕ型管内两侧液柱高度差不为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，保证有足够的压差，使导压管贯通，形成并联管路，在水流的推动下，排出导压管内的气泡；在倒置U形管不受水压的影响（阻断U形管与管路的连接或流量为零）情况下，慢慢旋开倒置U形管顶部的放空阀，使液柱降至标尺中间时马上关闭，管内形成气—水柱。

在流量为零时，使倒置U形管与管路导通，如气泡已赶净，此时U形管内液柱高度差应为零。

●自动体积流量计操作
当流量稳定后，轻按体积流量计数字显示表上A/M键，流量计自动接水，当达到计量桶下限时开始计时，达到计量桶上限时停止计时，并显示流量，同时电磁阀打开排出积水。

只有当水排到计量桶下限以下，即表盘上LA1灯熄灭时，才可开始第二次测量。

附录3 注意事项
⒈启动离心泵之前，以及从光滑管阻力测量过渡到其它测量之前，都必须检查所有流量调节阀是否
关闭；
⒉测数据时必须关闭所有的平衡阀，并且在用差压数字表测量时，关闭通倒置U形管的阀门，防止
形成并联管路；
⒊测取数据时，应在满量程范围内取点，并注意间隔分布；
⒋每一项实验任务开始前，都要通过导向阀设计流程；
⒌由于水温随实验的进行而变化，因此，每项任务开始和结束时都要测水温。