大气污染控制工程实验指导书

大气污染控制工程

流体力学泵与风机

实验指导书

实验一雷诺实验

一、实验目的

1、观察液体在不同流动状态时的流体质点的运动规律。

2、观察液体由层流变紊流及由紊流变层流的过渡过程。

3、测定液体在园管中流动时的上临界雷诺数Rec1和下临界雷诺数Rec2。

二、实验要求

1、实验前认真阅读实验教材，掌握与实验相关的基本理论知识。

2、熟练掌握实验内容、方法和步骤，按规定进行实验操作。

3、仔细观察实验现象，记录实验数据。

4、分析计算实验数据，提交实验报告。

三、实验仪器

1、雷诺实验装置（套），

2、蓝、红墨水各一瓶，

3、秒表、温度计各一只，

4、

卷尺。

四、实验原理

流体在管道中流动，有两种不同的流动状态，其阻力性质也不同。在实验过程中，保持水箱中的水位恒定，即水头H 不变。如果管路中出口阀门开启较小，在管路中就有稳定的平均流速u ，这时候如果微启带色水阀门，带色水就会和无色水在管路中沿轴线同步向前流动，带色水成一条带色直线，其流动质点没有垂直于主流方向的横向运动，带色水线没有与周围的液体混杂，层次分明的在管道中流动。此时，在速度较小而粘性较大和惯性力较小的情况下运动，为层流运动。如果将出口阀门逐渐开大，管路中的带色直线出现脉动，流体质点还没有出现相互交换的现象，流体的运动成临界状态。如果将出口阀门继续开大，出现流体质点的横向脉动，使色线完全扩散与无色水混合，此时流体的流动状态为紊流运动。 雷诺数：γ

d

u ?=

Re 连续性方程：A ?u=Q u=Q/A

流量Q 用体积法测出，即在时间t 内流入计量水箱中流体的体积ΔV 。

t V

Q ?= 42d A ?=π

式中：A-管路的横截面积 u-流速 d-管路直径 γ-水的粘度

五、实验步骤

1、连接水管，将下水箱注满水。

2、连接电源，启动潜水泵向上水箱注水至水位恒定。

3、将蓝墨水注入带色水箱，微启水阀，观察带色水的流动从直线状态至脉动临界状态。

4、通过计量水箱，记录30秒内流体的体积，测试记录水温。

5、调整水阀至带色水直线消失，再微调水阀至带色水直线重新出现，重复步骤4。

6、层流到紊流；紊流到层流各重复实验三次。

六、数据记录与计算

表1、上临界雷诺数Rec1

表2、下临界雷诺数Rec2

d= mm T（水温）= 0C

七、实验分析与总结（可添加页）

1、描述层流向紊流转化以及紊流向层流转化的实验现象。

2、计算下临界雷诺数以及上临界雷诺数的平均值。

实验二流体流动沿程阻力系数、局部阻力系数测定

一、实验目的

1、观察流体稳定流动时在长为L等直管以及通过阀门时的能量损失情况。

2、熟悉液体在管道中流动时的能量损失计算方法，并对能量损失有一个数

量上的概念。

3、掌握管道沿程阻力系数和局部阻力系数的测定方法。

二、实验要求

1、实验前认真阅读实验教材，掌握与实验相关的基本理论知识。

2、熟练掌握实验内容、方法和步骤，按规定进行实验操作。

3、仔细观察实验现象，记录实验数据。

4、分析计算实验数据，提交实验报告。

三、实验仪器

1、流体综合实验台（沿程阻力系数、局部阻力系数实验管）一套；

2、被

测阀门一只；3、U形压差计两套；4、温度计、秒表、卷尺各一只。

流体综合实验台

四、实验原理

沿程阻力系数：流体在等直管道中流动，由于摩擦阻力引起能量损失。对距离为L 的两断面列能量方程可求得L 长度上的沿程阻力损失。

h P P h f ?=-=

γ

2

1

由达西公式：g u d L h f 22??=λ 得 2

222Lu

h

gd Lu gdh f ?==λ，并计算对应雷诺数Re 。 其中，Δh 由U 型侧压管测得，u 用体积法测得流量并由u=Q/A, 4

2

d A ?=π计

算得之。

局部阻力系数ξ：在紊流情况下，因局部阻碍的强烈扰动大大加强了流体的紊流强度，局部阻力进入阻力平方区，ξ仅与局部阻碍的形状有关而与Re 无

关。由g

u h f 22

?=ξ,根据被测阀门两侧在压差板上的液柱高，得到压差Δh ，即表

示流体流经阀门时的能量损失h f 。由ξ=2g Δh/u 2可确定该阀门的局部阻力系数。

五、实验步骤

1、在流体综合实验台上确定出所测等直管道和阀门以及所接的U 型管。

2、接通电源、开启水泵。待流体流动稳定后开始测试数据。

3、从小到大调节阀门，在不同的速度点记录测压管数据和流量（体积法）。

4、推荐做6-10个点。最后记录管径、管长、和水温。

六、数据记录与计算

表1、等直径管道沿程阻力实验记录表

表2、阀门阻力实验记录表

七、实验分析与总结（可添加页）

1、计算不同流速下的沿程阻力系数。

2、画出沿程阻力系数与雷诺数的关系曲线。

3、求出阀门阻力系数的平均值。

实验三伯努利方程仪实验

一、实验目的

1、验证静压原理。

2、掌握一种测量流体流速的方法。

3、观察流体流经能量方程实验管的能量转化情况，对实验中出现的现象进

行分析，验证伯努利方程的正确性，加深对能量方程的理解。

二、实验要求

1、实验前认真阅读实验教材，掌握与实验相关的基本理论知识。

2、熟练掌握实验内容、方法和步骤，按规定进行实验操作。

3、仔细观察实验现象，记录实验数据。

4、分析计算实验数据，提交实验报告。

三、实验仪器

1、能量方程实验管一只；

2、定位水箱一个；

3、皮托管四只；

4、U形测

压管四个；5、计量水箱一个；6、秒表、温度计各一个；7、卷尺一个。

四、实验原理

1、静压原理：在静止不可压缩均布重力流体中，任意点单位重量的位势能和压力势能之和保持不变，与测点的高度和测点的前后位置无关。

2、测量流体流速的方法：利用皮托管测量管道中某点流体的流速，测速原

理见右图。皮托管前端的开口测 驻点全压，旁测的开孔测量测点 的静压，用连通管把它们分别接 在压差计的两端，即可测的流速 水头Δh 。由下式计算流速。

g

u h A

22=? h g u A ?=2

3、伯努利能量方程： 皮托管测速原理图

恒定总流的伯努利方程为w h g

u p z g u p z +++=++

222

222211

1γγ，其方程的物理意义表明，恒定总流沿程各过流断面上各种单位机械能可以相互转化，但它们的总和（总水头）只能是沿程递减的。本实验在能量方程实验管上布置了4组测点，可分别记录各测点的位置高度、全压、静压以及不同测点间的能量损失，并可计算出各测点的动压。通过计算分析，由此验证能量方程的正确性。

五、实验步骤

1、检查校核实验仪器，确定各测点连接的橡皮管与U 形压差计的对应关系。

2、开启电源，启动水泵，待定位水箱和管道灌满水后，关闭两端阀门，观察能量方程实验管上各测压管的液柱高度，因管内的水不流动没有能量损失，因此、水头的连线为一平行基准线的水平线。

3、测速：能量方程实验管上布置有4组测点，每一组测点都相当于一个皮托管，可测得管内流体点的速度。将阀门开启至中开度，待流体稳定后，读取测压管的数据Δh ，同时用体积法测定流体流速。

4、验证伯努利能量方程：全开阀门，观察总压沿水流方向的下降情况（总

压沿流动方向是减少的），记录4个测点的全压、静压读数，同时用体

积法测定管道平均流速。将阀门调至中开度，重复上述过程，记录数据。

六、数据记录与计算

表1、皮托管测点的流速

表2、伯努利方程数据记录

七、实验分析与总结（可添加页）

1、计算4个测点位置的点速度v1、v

2、v

3、v4和平均速度u1、u2、u3、u4，

并求出平均速度与点速度的比值。

2、计算4个测点位置的位置水头、静压水头和动压水头，验证1—2断面、

1—4断面的伯努力方程。

3、绘出1—4断面的总水头线和测压管水头线（阀门全开度）。

实验四 文丘里、孔板流量计流量系数的测定

一、实验目的

1、理解文丘里、孔板流量计测定流量的基本原理。

2、掌握文丘里、孔板流量计流量系数的测定方法。

二、实验要求

1、实验前认真阅读实验教材，掌握与实验相关的基本理论知识。

2、熟练掌握实验内容、方法和步骤，按规定进行实验操作。

3、仔细观察实验现象，记录实验数据。

4、分析计算实验数据，提交实验报告。

三、实验仪器

1、文丘里、孔板流量计各一只，

2、水箱一个，

3、潜水泵一个，

4、实验管道一组，

5、U 形测压管、皮托管各4套，

6、秒表、温度计、卷尺各一个。

四、实验原理

1、文丘里流量计：文丘里流量计是 测量管道流量的装置，由渐缩断、喉道和 渐扩断三部分组成（如右图）。当流体通 过时由于喉道断面缩小，流速增大。动能 的增加必然导致势能较小，因而测压管水 头下降，再渐缩段进口前断面和喉道断面

装上压差计，测出它们的测压管水头差，根据 文丘里流量计工作原理图 能量方程即可算出通过的流速和流量。

先不考虑损失g u g u p z p z 22)()(21222

211-=+-+γγ g

u g u h 222

12

2-=?

h k h d d g d A u Q ?=?-=

=1)(

24

4

2

12

111π 1)(

24

4

2

12

1-=

d d g d k π 仪器常数，

考虑两断面能量损失：h k Q ?=μ

2、孔板流量计的作用原理与文丘里相同，其计算公式也一样，只是流量系数不同，孔板流量计能量损失大，流量系数较小。

五、实验步骤

1、检查校核实验仪器，确定各测点连接的橡皮管与U 形压差计的对应关系。

2、测量文丘里管和孔板流量计的大、小直径d 1、d 2。 4、开启电源，启动水泵，调节水阀，待流体流动稳定。

5、调节水阀确定一种工况，记录压差计读数，同时用体积法测量流量。

6、推荐阀门从小到大调节，测量六个工况点，记录数据。

7、文丘里管和孔板流量计的流量系数的测定可同时进行。

8、由公式计算流量Q 2，其测量流量与计算流量的比值ζ=Q 1/Q 2即为流量系数ζ（取六个工况点的平均值）。

六、数据记录与计算

表1、文丘里流量计数据记录

表2、孔板流量计数据记录

七、实验总结与分析（可添加页）

1、分析流量系数产生误差的原因。

2、思考文丘里流量计和孔板流量计的优缺点。

实验五污染源粉尘采样实验

一、实验目的

1、掌握大气风向、风速、温度、压力的测试方法及其测试仪器的使用。

2、了解粉尘采样器的结构及其工作原理，熟练掌握粉尘采样器的使用。

3、分析了解大气气象参数对尘源浓度分布的影响。

二、实验要求

1、本实验为室外监测实验，应遵守纪律、注意安全。

2、实验前认真阅读实验教材，掌握与实验相关的基本理论知识。

3、熟练掌握实验内容、方法和步骤，按规定进行实验操作。

4、认真记录、分析、计算实验数据，提交实验报告。

三、实验仪器

1、粉尘采样器；

2、三杯风速风向表；

3、数字风表；

4、空盒气压表；

5、

温度计；7、分析天平一台（0.1mg—100g）；8、干燥箱一台；9、滤膜若干。

四、实验原理

测定尘源不同位置的粉尘浓度，在同一测点测定大气风速、温度、压力。分析尘源浓度与大气气象参数之间的关系。

细微粉尘在大气中随气体流动，粉尘浓度用g(mg)/m3表示。在粉尘采样器中安装清洁滤膜，启动采样器，污染空气通过滤膜。记录采样时间，计算空气流量。根据清洁滤膜和污染滤膜的重量差计算粉尘浓度。

五、实验步骤

1、观察测试现场，布置测点。

2、调节校对测量仪表。

3、取清洁滤膜安装于采样器内。

4、先测大气气象参数（风速、风向、气压、温度），再采样，记录数据。

5、回实验室称重污染滤膜，计算粉尘浓度。

六、数据记录与计算

T（温度）= P（atm）=

七、实验总结与分析

1、计算各点的粉尘浓度，分析影响粉尘浓度测试精度的因素。

2、分析讨论不同测点粉尘浓度出现差别的原因。

实验六风机性能曲线测试实验

一、实验目的

1、了解风机空气动力性能实验的基本过程。

2、掌握风机性能曲线测试的基本原理和特性参数测试的基本方法。

2、熟悉风机基本特性参数的计算方法与换算。

二、实验要求

1、实验前认真阅读实验教材，掌握与实验相关的基本理论知识。

2、熟练掌握实验内容、方法和步骤，注意安全、按规定进行实验操作。

3、记录、分析、计算实验数据、提交实验报告。

三、实验仪器

1、实验风管；

2、被测风机；

3、测功电机；

4、斜管测压计；

5、空盒气压

计；6、温度计；7、联通橡胶管若干；8、电机转速测定仪。

实验系统参数如下：

集流器直径：d1=0.2m；风管直径：d2=0.28m；集流器流量系数：α=0.96；

风机进口直径：d3=0.28m；风机出口直径：d4=0.21m；空载平衡重量：?=1.5N；电机额定功率：N=1.5kw；电机额定转速n=

G'

实验系统如图

风机气动性能实验装置

四、实验原理

风机性能曲线一般包括H-Q 、N-Q 、η-Q 三条曲线。实验中需测出不同工况点的风量、风压和功率，并计算出对应工况点的效率，推荐做6—10个工况点。在此基础上绘制风机性能曲线。

如上图，风管进风口为锥形集流器，在集流器的一个断面上，设有四个测压孔（互成900）用四根橡胶管接到一联通管上，联通管与负压式斜管测压板的一个测压管（×0.2）相连，用于测量管道空气流量。

γ

γ'

?=

h g u 2 m/s γ'-水的重度 γ-空气重度 Q=uA m 3/s

在风管断面上也有四个测压孔（互成900），同样用四根橡胶管接到一联通管上，联通管与负压式斜管测压板的另一个测压管（×0.5）相连，用于测量进口风管压力，此压力为静压，其全压由下式计算

P 全=P st -P v pa ； γ'?=h P st pa ；

γ

g

u P v 22

= pa

测功电机及为风机驱动电机，风机输入功率由设在电机外壳上的测力矩装置测定。当电机运转时，驱动风机转动，在力臂上配加砝码（记录砝码重量G ），使力臂平衡，由下式计算出输入功率N 1

9550

)

(1G G nL N '?-=

kw L-力臂；其他符号意义同上。

风机效率由下式计算：η全=PQ/N ηst =P st Q/N

五、实验步骤

1、观察系统结构，若无异常，接通电源，待设备运行稳定。

2、进行第一工况下的测试（此时为最大风量），记录进口风压（Δh 1），风机风压（Δh 2），砝码重量（G ），风机转速（n ）。并测试环境的大气压力和温度。

3、在节流网上均匀对称的加上一定量的小园纸片来调节风量，以改变风机的工况，每调节一次风量即改变一次工况，一般取6—10个工况，包括全开和全闭，每一工况重复步骤2。

4、最后一个工况（全闭），用纸片或大报纸将节流阀全部堵死，使Δh 1=0。

5、测试完毕后，利用实验装置相关原始参数即可进行计算。

六、数据记录与计算

表1、风机性能曲线测试数据记录表

P a(大气压)= t a（气温）=

七、实验分析与讨论（附加页）

1、整理实验数据，统一单位，计算各工况点Q、P、N、η。

2、绘制被测风机的性能曲线。H-Q、N-Q、η-Q。

3、分析误差所产生的原因。

实验七、旋风除尘器性能实验

一、实验目的

1、掌握除尘器性能测定的基本方法。

2、了解除尘器运行工况对其效率和阻力的影响。

3、了解烟尘采样器的工作原理和使用方法。

二、实验要求

1、实验前认真阅读实验教材，掌握与实验相关的基本理论知识。

2、熟练掌握实验内容、方法和步骤，按规定进行实验操作。

3、观察旋风除尘器内气流流动现象，在某一工况下测定除尘器处理风量、

除尘器的压力损失以及除尘效率。

4、记录、分析、计算实验数据，提交实验报告。

三、实验仪器、

1、除尘器性能测定实验台、

2、皮托管、3微压计、4、天平（精度0.01克）、

4、秒表、

5、烟尘采样器，

6、3#滤筒若干。

旋风除尘器性能测定实验台结构

四、实验原理

1、风量测定：风量测定采用皮托管测量，其原理是利用皮托管和微压计测出风管断面的流速，从而确定风量。

u S u S Q ?=?=82.0 ρ

p

u 2=

m/s

说明：所测出断面直径为103mm ；按标准测量应是测断面平均风速，本实验因不利于皮托管布置，因此用0.82u 代替平均风速。

2、除尘器阻力测定：210p p p p --?=?

ΔP 0为旋风除尘器进出口空气的全压差（p a ），本实验装置3、4测点动压相等，ΔP 0即为3、4测点静压差。

P 1为3、4测点内的沿程损失，本实验用4、5测点的静压差×1.3pa 来代替该值。

P 2为局部损失，∑∑=??

=a p u p ),52.0(,2

2

2ξρξ

3、旋风除尘器效率测定：本实验采用重量浓度法测除尘器效率。 %10011

2

?-

=C C η C 1：粉尘进口浓度；C 2：粉尘出口浓度 粉尘进出口浓度测定参见“JT —2型烟尘采样器”使用说明书。

五、实验步骤

1、阅读“JT —2型烟尘采样器”使用说明书，掌握该采样器的使用方法。

2、参考实验指导书了解实验装置的结构、工作原理、各测点的位置及作用。

3、观察发尘器内粉尘数量，根据多少做适当添补。

4、接通电源，启动风机，待运行稳定后由风机阀门调节风量。

5、风量由小到大确定工况点，推荐做6—10个工况点。

6、确定工况后，开始测量。测量顺序为：先测风速、再测除尘器压力损失，最后测除尘器除尘效率。

7、重复上述过程，依次做6-10工况点，样细记录数据。 8、烟尘采样器滤膜处理同“粉尘采样实验”。