实验一 流体力学综合实验实验报告

实验一 流体力学综合实验

预习实验:

一、实验目的

1.熟悉流体在管路中流动阻力的测定方法及实验数据的归纳

2.测定直管摩擦系数λ与e R 关系曲线及局部阻力系数ζ 3、 了解离心泵的构造,熟悉其操作与调节方法 4、 测出单级离心泵在固定转速下的特定曲线 二、实验原理

流体在管路中的流动阻力分为直管阻力与局部阻力两种。直管阻力就是流体流经一定管径的直管时,由于流体内摩擦而产生的阻力,可由下式计算:

g

u d l g p H f 22

⋅⋅=∆-=λρ (3-1)

局部阻力主要就是由于流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部地方所引起的阻力,计算公式如下:

g

u g p H f

22

''

⋅=∆-=ζρ (3-2)

管路的能量损失

'f f f H H H +=∑ (3-3)

式中 f H ——直管阻力,m 水柱;

λ——直管摩擦阻力系数;

l ——管长,m; d ——直管内径,m;

u ——管内平均流速,1s m -⋅;

g ——重力加速度,9、812s m -⋅

p ∆——直管阻力引起的压强降,Pa;

ρ——流体的密度,3m kg -⋅;

ζ——局部阻力系数; 由式3-1可得

2

2lu

d

P ρλ⋅∆-=

(3-4) 这样,利用实验方法测取不同流量下长度为l 直管两端的压差P ∆即可计算出λ与Re ,然后在双对数坐标纸上标绘出Re λ-的曲线图。

离心泵的性能受到泵的内部结构、叶轮形式、叶轮转速的影响。 实验将测出的

H —Q 、N —Q 、η—Q 之间的关系标绘在坐标纸上成为三条曲线,即为离心泵的特性曲

线,根据曲线可找出泵的最佳操作范围,作为选泵的依据。 离心泵的扬程可由进、出口间的能量衡算求得:

g

u u h H H H 22

1

220-++-=入口压力表出口压力表 (3-5)

式中出口压力表H ——离心泵出口压力表读数,m 水柱;

入口压力表H ——离心泵入口压力表的读数,m 水柱;

0h ——离心泵进、出口管路两测压点间的垂直距离,可忽略不计;

1u ——吸入管内流体的流速,1s m -⋅; 2u ——压出管内流体的流速,1s m -⋅

泵的有效功率,由于泵在运转过程中存在种种能量损失,使泵的实际压头与流量较理论值为低,而输入泵的功率又较理论值为高,所以泵的效率

%100⨯=

N

N e

η (3-6) 而泵的有效功率

g QH N e e ρ=/(3600×1000) (3-7)

式中:e N ——泵的有效功率,K w;

N ——电机的输入功率,由功率表测出,K w ;

Q ——泵的流量,-13h m ⋅;

e H ——泵的扬程,m 水柱。 三、实验装置流程图

图3-1 流体力学综合实验流程图

1-底阀 2-入口压力表 3-离心泵 4-出口压力表 5-充水阀 6-差压变送器 7-涡轮流量计 8-水箱 管子规格:

1#~2#,入口内径为35.75mm,出口内径为27.1mm,直管内径为27.1mm,直管管长1m 。 3#~8#,入口内径为41mm,出口内径为35.75mm,直管内径为35.75mm,直管管长1m 四、实验步骤

1.打开充水阀向离心泵泵壳内充水。

2.关闭充水阀、出口流量调节阀,启动总电源开关,启动电机电源开关。

3.打开出口调节阀至最大,记录下管路流量最大值,即控制柜上的涡轮流量计的读数。

4.直管阻力的测定:调节出口阀,流量从大到小测取8～10次,再由小到大测取8～10次,记录各次实验数据,包括涡轮流量计的读数、直管压差示值。

5、 局部阻力的测定(要求流量在1～4 1

3

h m -⋅范围内):调节出口阀,改变管路流量3次,分别记录闸阀压差、截止阀压差、涡轮流量计的读数。

6、 离心泵特性曲线的测定:调节出口阀,流量从最大到最小测取8～10次,再由最小到最大测取8～10次,记录各次实验数据,包括入口压力表、出口压力表、涡轮流量计、功率表的读数。

7.测取实验用水的温度。

8.依次关闭出口流量调节阀、电机开关、总电源开关。

4、 当测量流量为零的数据点时,即出口阀全关,数据测量时间不宜太长,以免泵壳内水发热气化。

五、原始数据纪录表格及实验数据处理表格

流量m 3

/h 直管压差 mmH 2O 柱 入口压力 mmHg 出口压力 Kpa 功率表读数Kw 0、05 5 -41 153、3 0、505

局部阻力系数测定: 流量 m3/h 闸阀压差(mmH2O)

截止阀压差(mmH2O)

9、72 408 455

6、36 187 199 4、71 107 116

1、25 44 -51 15

2、1 0、558 1、3 45 -51 151、7 0、568 2、21 78 -59 151、5 0、582 2、38 83 -59 151、3 0、601

3、14 115 -66 150、3 0、613 3、16 119 -67 150、2 0、625

4、04 182 -79 147、8 0、643 4、37 198 -84 147、4 0、668

5、25 243 -92 145、8 0、676 5、26 271 -94 145、4 0、677

6、36 300 -97 143、9 0、684 6、44 307 -103 143、2 0、695

7、2 359 -112 140、4 0、712 7、2 397 -118 13

8、6 0、712 8、14 475 -139 132、2 0、743 8、19 475 -139 132、1 0、747

9、21 570 -166 123、4 0、767 9、26

578

-169

123、1 0、783