13无机非材料基础实验讲义

化工原理实验讲义

合肥学院化学与材料工程系

实验一 流量计校核实验

一、实验目的

1．了解孔板流量计、文丘里流量计的构造、原理、性能及使用方法。

2．掌握流量计的标定方法。

3．学习合理选择坐标系的方法。

二、实验原理

流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量有如下关系：

采用正U 形管压差计测量压差时，流量Vs 与压差计读数R 之间关系有：

(1)

式中： V s 被测流体（水或空气）的体积流量，m 3/s ；

C 流量系数（或称孔流系数），无因次；

A 0 流量计最小开孔截面积，m 2，A 0=(π/4)d 02；

下上－P P 流量计上、下游两取压口之间的压差，P a ；

ρ 被测流体（水或空气）的密度，Kg/m 3；

A ρ U 形管压差计内指示液的密度，Kg/m 3；

ρ１ 空气的密度，Kg/m 3；

R U 形管压差计读数，m ；

式3-1也可以写成如下形式：

()

ρ下上－P P CA V s 20=()

ρ

ρρ120-=A s gR CA V

(1a)

若采用倒置U 形管测量压差： ρgR P P ＝－下上

（忽略空气对测量的影响）则流量系数C 与流量的关系为：

(2) 用体积法测量流体的流量V s ，可由下式计算：

(3)

(4)

式中：V s 水的体积流量，m 3/s ； △t 计量桶接受水所用的时间，s ；

A 计量桶计量系数；

△h 计量桶液面计终了时刻与初始时刻的高度差，mm ，△h=h 2-h 1；

V 在△t 时间内计量桶接受的水量，L 。

改变一个流量在压差计上有一对应的读数，将压差计读数 R 和流量V s 绘制成一条曲线即流量标定曲线。同时用式（1a ）或式（2）整理数据可进一步得到流量系数C —雷诺数Re 的关系曲线。

(5) 式中：d —实验管直径，m ；

u —水在管中的流速，m/s 。 三、实验内容

1、以涡轮流量计为基准，对孔板流量计进行校核，并绘制校核曲线。

2、以转子流量计为基准，对孔板流量计进行校核，并绘制校核曲线。

四、思考题：

1、在孔板流量计的流量校正实验中为什么测试中要保证系统的充满水?

2、流量计校核实验中，如何检查系统排气是否完全?

ρ

ρρ)01(2-=

A gR A V C s gR

A V C s 20=A

h V ⨯∆=t V V s ∆⨯=

310μ

ρdu =

Re

实验二 离心泵特性曲线测定

一、实验目的

1. 了解离心泵结构与特性，学会离心泵的操作；

2. 掌握离心泵特性曲线测定方法。

二、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V 之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的外部表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用数学方法计算这一特性曲线，只能依靠实验测定。

1．扬程H 的测定与计算

在泵进、出口取截面列柏努利方程：

g u u Z Z g p p H 221221212-+-+-=ρ

式中：p 1,p 2——分别为泵进、出口的压强 N/m 2

ρ——流体密度 kg/m 3 u 1, u 2——分别为泵进、出口的流量m/s g ——重力加速度 m/s 2

当泵进、出口管径一样，且压力表和真空表安装在同一高度，上式简化为：1212Z Z g

p p H -+-=ρ 由上式可知：只要直接读出真空表和压力表上的数值，就可以计算出泵的扬程。

2．轴功率N 的测量与计算

轴的功率可按下式计算：

w N ∙=94.0 式中，N —泵的轴功率，W

w —电机输出功率，W

由上式可知：测定泵的轴功率，只需测定电机的输出功率，乘上功率转换中的倍率即可。

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 是单位时间内流体自泵得

到的功，轴功率N是单位时间内泵从电机得到的功，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：

Ne=HVρg

故η=Ne/N=HVρg/N

三、实验装置与流程

离心泵性能特性曲线测定系统装置工艺控制流程图如图2-1：

图2-1 离心泵实验装置流程示意图

3．仪表控制柜面板如图2-2所示：

图2-2 流体力学综合实验装置仪表面板

1、空气开关

2、

3、4电源指示灯5、流量控制仪6、6路巡检仪（单位m3／h）：第一通道测量离心泵进口压力（单位：kpa），第二通道测量离心泵出口压力（单位：kpa），第三通道测量离心泵转速（单位：r／min）第四通道测量流体阻力压差（单位：pa）第五通道测量流体温度（单位：摄氏度），第六通道没用，7、功率表（单位：KW）8、仪表电源指示灯、9、仪表电源开关，10、变频器电源指示灯，11、变频器电源开关，12、离心泵电源指示灯、13、离心泵直接或变频器运行转换开关，1

4、离心泵启动按钮，1

5、离心泵停止按钮。

四、实验步骤及注意事项

1．灌泵

储水箱中出水到适当位置（大概三分之二处）关闭阀1、阀2、阀3、阀4、阀5、打开离心泵出口排气阀和进口灌水阀，用水杯从灌水阀灌水，气体从排汽阀排出，直到排水阀有水排出并且没有气泡灌水完毕，关闭排气阀和灌水阀。

2．启动水泵

打开控制柜上1空气开关，打开9仪表电源开关，仪表指示灯10亮，仪表上电，显示被测数据。

把转换开关转到直接位置，指示灯12亮，按一下离心泵启动按钮，离心泵运转，启动按钮指示灯亮，水泵启动完毕。

3数据采、记录原始数据8-10组。

4数据采集完毕后，按离心泵停止按钮，泵停止。

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。同时注意定期对泵进行保养，防止叶轮被固体颗粒损坏。

2、泵运转过程中，勿触碰泵主轴部分，因其高速转动，可能会缠绕并伤害身体接触部位。实验数据记录

离心泵原始数据

五、实验报告

1．在同一张坐标纸上描绘一定转速下的H～V、N～V、η～V曲线

2．分析实验结果，判断泵较为适宜的工作范围。