综合性实验指导书

综合性实验指导书

编制人：肖益民林真国

审定人：康侍民

一、实验目的与任务

实验目的：

获得管网的总阻抗和管网特性曲线，结合风机性能曲线，求取风机在管网中的工作状态点；加深对工程实际管网的认识和理解；培养实验动手、分工合作的能力。

实验任务：

（1）了解实验台的组成；

（2）测定管网的总阻抗；

（3）调节风机的供电频率，测定风机转速；

（4）测定空气温度与大气压力，计算密度；

（5）绘制管网特性曲线；

（6）风机性能曲线换算；

（7）求取风机在不同转速时的工况点。

二、实验的综合知识点

完成本实验的测试和数据处理与分析需要综合应用以下知识：

（1）《流体力学》关于管道流动阻力计算、管道断面流量测定的原理；

（2）《流体输配管网》关于管网阻抗、管网特性曲线、风机（水泵）的性能曲线、风机（水泵）的工作状态点等基本概念；

（3）《流体输配管网》关于风机（水泵）的相似律；管网特性曲线由管网的构造特性确定，与风机（水泵）性能无关；风机（水泵）的工作状态点由管网特性曲线与风机（水泵）的性能共同确定的；调节管网特性和风机（水泵）性能均可改变风机（水泵）的工作状态点等流体输配管网的基本原理；

（3）《流体输配管网》关于管网的水力计算方法；

（4）《工程热力学》关于气体密度的计算方法。

三、实验装置

见图1“实验装置系统图”。

四、实验主要仪表与设备

测压管：标准毕托管或自制测压管，2支

倾斜式微压计：2台

水银温度计：2支，0~50℃

转速表：1套

空盒气压计：1套

双转速离心风机：1台，附风机性能参数表

五、实验原理

1、管网的总阻抗与特性曲线

对于工程中的通风空调枝状管网，可以按照各个管段之间的串并联关系，将其简化为一个环路，环路的能量平衡关系如下：

（1）

式中，——管网的全压动力，Pa，实验系统中，即为风机的输出全压；

——重力对环路中流体流动的作用力，Pa；

——流体在环路的流动阻力，Pa；

（2）S——管网系统的总阻抗（管网特性系数），kg/m7；

Q——管网系统的总风量，m3/s。

管网系统中的流动介质为空气，且物理性质与周围环境空气相同时，重力对环路中流体流动的作用力为零，则

（3）所以

（4）

因此，只要测定出管网中的总流量和总阻力（或风机的输出全压），即可计算出管网系统的总阻抗。

2、管网系统的特性曲线

对于枝状管网系统，将式（2）代入式（1），得到：

（5）将式（5）以流量为横坐标、压强为纵坐标描绘在直角坐标系中，即为管网的特性曲线。显然，当时，有

（6）

3、风机的性能曲线换算

根据相似律，风机在工作流体密度和转速与额定状态不一致时，相似工况点之间的性能参数满足如下换算关系：

流量：

（7）式中，——风机转速，r/min；

全压：

（8）式中，——流体密度，kg/m3。。

功率：

（9）

效率：

（10）

式中带下标0的各变量表示风机在标准状态下的性能参数（样本参数），不带下标的各变量表示风机在工作状态下的性能参数。

4、断面压力之间的关系

（11）式中，——全压，Pa；

——静压，Pa；

——动压，Pa；

（12）式中，——流速，m/s。

5、断面流量计算

（13）式中，——断面面积，m2；

——断面平均流速，m/s。

六、实验步骤与方法

1．熟悉实验装置及仪器。了解仪器的使用方法及注意事项，检查测压管安装是否正确，校正微压计零点，选取合适的位置，悬挂水银温度计与放置大气压力表；2．测量管段e-f、f-g、g-h、h-i、i-j的管道尺寸，统计局部阻力形式，填入表管网水力计算表（表1）中；

3．将管网中的阀门1、2、3、4、5、10、12开到最大位置，关闭阀门6和11，开启风机，将风机的转速置于低转速档；

4．选择断面A-A、B-B作为流量测定断面，分别进行断面划分、测点选择。待风机运转平稳后，利用微压计和测压管，测定这两个断面的流量，二者之和即为管网的总流量，测试数据记录在表2中；

5．测定风机进口附近的断面C-C、出口附近的断面D-D的平均静压，测试数据记录在表3中，此两断面的静压加上平均动压，即为各自的全压平均值；

6．进行步骤4、5的同时，利用转速表测定风机的转速，分别在温度计、大气压力表上读取实验环境的空气温度、大气压力值，填入表中。以上为工况一（阀门1~4全开，风机低速运转）的测定；

7．将风机调至高转速档，重复步骤4、5、6的工作，测试数据记录在相应的表格中。此步骤为工况二（阀门1~4全开，风机高速运转）的测定；

8．将管网中的阀门1、2、3、4适当关小，其他阀门状态保持不变，风机仍处于低转速档，重复步骤4、5、6的工作，测试数据记录在相应的表格中。此步骤为工况三（阀门1~4半开，风机高速运转）的测定；

9．将风机调至低转速档，重复步骤4、5、6的工作，测试数据记录在相应的表格中。此步骤为工况四（阀门1~4半开，风机低速运转）的测定；

10．关闭风机，再次测量实验环境的空气温度，测量实验环境的空气温度、大气压力，填入相应的表格中。

11．整理好实验仪器与设备，交实验指导老师验收。

七、实验数据整理与分析

见实验报告书。

八、其他说明

本实验可由8~9名同学协作完成。实验开始，由指导老师介绍实验装置与操作方法，接着，分3个小组进行管道尺寸测量与统计，并调节各个阀门至步骤3

要求的位置。随后，进行工况一的测试内容时，1个小组测定A-A、B-B断面的流量，1个小组测定C-C、D-D断面的静压，1个小组测定风机的转速。进行工况二、三、四的测试内容时，小组之间进行轮换。

指导老师讲解10~15分钟，管道尺寸测量与统计10~15分钟，每个工况测试

20~25分钟，总学时：3学时。

附录、管道内空气流量的测定方法