4 流体力学综合实验指导书2

流体力学综合实验实验指导书

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流体力学综合实验

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，测出扬程与流量、功率与流量以及离心泵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，使学生了解涡轮流量计、电动调节阀以及相关仪表的原理和操作；

二、装置整体流程图：

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1－离心泵；2－进口压力变送器；3－铂热电阻（测量水温）；4－出口压力变送器；5－电气仪表控制箱；6－均压环；7－粗糙管；8－光滑管（离心泵实验中充当离心泵管路）；9－局部阻力管；10－管路选择球阀；11－涡轮流量计；12－局部阻力管上的闸阀；13－电动调节阀；14－差压变送器；15－水箱

图1 实验装置流程示意图

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离心泵特性测定实验

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：

f h g

u

g p z H g u g p z Σ+++=+++222

2222

111ρρ （1－1）

由于两截面间的管子较短，通常可忽略阻力项f h Σ，速度平方差也很小，故也可忽略，则有

(=H g

p p z z ρ1

212)−+

− 210(H H H ++=表值）

（1－2） 式中： 120z z H −=，表示泵出口和进口间的位差，m；

ρ——流体密度，kg/m 3 ； g——重力加速度 m/s 2

；

p 1、p 2——分别为泵进、出口的真空度和表压，Pa；

H 1、H 2——分别为泵进、出口的真空度和表压对应的压头，m； u 1、u 2——分别为泵进、出口的流速，m/s； z 1、z 2——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。

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2．轴功率N 的测量与计算

k N N ×=电 （W） （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＝k 3．效率η的计算

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：

g HQ Ne ρ=

（1－4） 故泵效率为 %100×=N

g

HQ ρη （1－5）

4．转速改变时各参数的换算

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 n

n Q

Q ′

=' （1－6） 扬程 2)(n

n H H ′

=′ （1－7）

轴功率 3)(n

n N N ′

=′ （1－8）

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效率 ηρρη==′′=

′N

g

QH N g H Q ' （1－9）

二、实验装置与流程

离心泵特性曲线测定装置流程图如下：

1－水箱；2－离心泵；3—铂热电阻（测量水温）；4－泵进口压力传感器；5－泵出口压力传感器；6－灌泵口；7－电器控制柜；8—离心泵实验管路(光滑管)；9－离心泵的管路阀；10—涡轮流量计；11－电动调节阀；12－旁路闸阀；13－离心泵实验电动调节阀管路球阀；

图2-2 实验装置流程示意图

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四、实验步骤及注意事项

（一）实验步骤：

１．实验准备：

（1）实验用水准备：清洗水箱，并加装实验用水。

（2）离心泵排气：通过灌泵漏斗给离心泵灌水，排出泵内气体。

2、开始实验：

（1）仪表自检情况，打开泵进口阀，关闭泵出口阀，试开离心泵，检查电机运转时声音是否正常，，离心泵运转的方向是否正确。

（2）开启离心泵，当泵的转速达到额定转速后，打开出口阀。

（3）实验时，通过组态软件或仪表逐渐改变出口流量调节阀的开度，使泵出口流量从1000L/h逐渐增大到4000L/h，每次增加500L/h。在每一个流量下，待系统稳定流

动5分钟后，读取相应数据。离心泵特性实验主要需获取的实验数据为：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）实验结束，先关闭出口流量调节阀，再停泵。然后记录下离心泵的型号，额定流量、额定转速、扬程和功率等。

（二）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。

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