打印化工流动过程综合实验装置
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化工流体过程综合实验
装置说明书
一、实验目的:
1.学习直管摩擦阻力f P ∆,直管摩擦系数λ的测定方法。.
2.掌握直管摩擦系数λ与雷诺数Re 和相对粗糙度之间的关系及其变化规律。
3.掌握局部摩擦阻力f P ∆,局部阻力系数ζ的测定方法。.
4.学习压强差的几种测量方法和提高其测量精确度的一些技巧。
5.熟悉离心泵的操作方法。
6.掌握离心泵特性曲线和管路特性曲线的测定方法、表示方法、加深对离心泵性能的了解。 二、实验内容:
1.测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数λ。
2.测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数λ与雷诺数Re 和相对粗糙度之间的关系曲线。
3.测定管路部件局部摩擦阻力f P ∆和局部阻力系数ζ。
4.熟悉离心泵的结构与操作方法。
5.测定某型号离心泵在一定转速下的特性曲线。
6.测定流量调节阀某一开度下管路特性曲线。 三、实验原理:
1.直管摩擦系数λ与雷诺数Re 的测定:
直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数,即)/(Re,d f ελ=,对一定的相对粗糙度而言,(Re)f =λ。
流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时,其管路阻力引起的能量损失为: ρ
ρf
f P P P h ∆=-=
2
1 (1)
又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系(范宁公式)
2
2
u d l h f
P f
λρ
==
∆ (2)
整理(1)(2)两式得
2
2u P l d f
∆⋅
⋅=ρλ (3) μ
ρ
⋅⋅=u d Re (4)
式中: -d 管径,m ;
-∆f P 直管阻力引起的压强降,Pa ;
-l 管长,m ;
-u 流速,m / s ;
-ρ流体的密度,kg / m 3;
-μ流体的粘度,N ·s / m 2。
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△P f 与流速u (流量V )之间的关系。
根据实验数据和式(3)可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ,用式(4)计算对应的Re ,从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系,绘出λ与Re 的关系曲线。
2.局部阻力系数ζ的测定 2
2'u P h f
f ζρ
=∆=
'
2'2u P f
∆⋅⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=ρζ
式中: -ζ局部阻力系数,无因次; -∆'f P 局部阻力引起的压强降,Pa ;
-'f h 局部阻力引起的能量损失,J /kg 。
图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,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 (5)
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 (6) 联立式(5)和(6),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。其数值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。泵特性曲线的具体测定方法如下: (1) H 的测定:
在泵的吸入口和排出5之间列柏努利方程
出入入出
出入入入-+++=+++f H g
u g P Z H g u g P Z 2222ρρ (7)
()出入入出入出入出-+-+-+-=f H g
u u g P P Z Z H 222ρ (8) 上式中出入-f H 是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力,与柏努力方程中其它项比较,出入-f H 值很小,故可忽略。于是上式变为:
()g
u u g
P P Z Z H 222入
出入
出入出-+
-+
-=ρ (9) 将测得的()入出Z Z -和入出P P -的值以及计算所得的出入u u ,代入上式,即可求得H 值。
(2) N 测定:
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,所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。即: 泵的轴功率 N=电动机的输出功率,Kw
电动机输出功率=电动机输入功率×电动机效率。 泵的轴功率=功率表读数×电动机效率,Kw 。
(3) η 测定
N
Ne
=η (10)
)(102
1000Kw HQ g HQ Ne ρ
ρ==
(11) 式中:η—泵的效率; N —泵的轴功率,Kw ; Ne-泵的有效功率Kw ; H —泵的扬程,m ;
Q —泵的流量,m 3/s ;
ρ-水的密度,Kg/m 3。
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