化工原理实验讲义

实验一 单相流体流动阻力实验

一、 实验目的

1、学习了解直管摩擦阻力h f 、直管摩擦阻力系数λ的测定方法。

2、掌握摩擦阻力系数λ与雷诺数Re 之间的关系。

3、熟悉压差的测定方法。 二、 实验内容

1、测定不同的流体流型状态下摩擦阻力系数λ与Re 之间的关系。

2、在对数坐标纸上绘制λ— Re 的关系曲线。 三、 实验原理

直管的摩擦阻力是雷诺数和管壁相对粗糙度的函数，即λ=f （Re ，ε/d ），所以对一定的相对粗糙度而言（特定的直管）λ与Re 才有一定的关系。但λ随Re 的变化规律与流体流型有关。

流体以不同的流速在一定的长度等直径的水平圆型直管内流动时，其管路阻力引起的能量损失为：

()12f P P P h ρ

ρ

-∆=

= （2—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

f L u h d λ= （2—2）

整理（2—1）、（2—2）两式得

2

2

P d L u λρ∆=

μ

ρ

du R e =

（2—3）

分析以上两式，对实验来说，直管的长度L 和管径d 是已知的，确定流体的温度，则流体的ρ和μ也是定值。调节一系列的流量，通过压差测定，就可计算一系列的λ和Re ，从而得出λ随Re 的变化关系。 四、 实验主要仪器及主要技术数据

直管的长度L =1.8m 管内径d =8.3mm. 五、 实验方法

1、接通电源，打开数字式差压变送器开关，预热15min 后，检察零点（方法：不带电的状态下检察电流表的零点，称为机械零点。带电状态下的零点是差压变送器的零点，称为电器零点）不为零时在老师的指导下调整。

2、向储水槽内注水，到水满为止。关闭水泵出口阀（即各流量计调节阀），开动水泵，分别逐步打开大流量转子流量计和小流量转子流量计进口阀，可使流量各自达到最大时，排出流道和导压管内的空气。此环节中，在逐步打开大流量计时，应用夹子夹住U 型压差计的导压管，待数字式压差计和流道中气体排出后，关闭大流量计进口阀。将U 型压差计导压管夹子去掉，适当打开大流量计进口阀。使流体在U 型压差计的导压管内流动，关闭

阀门，通过U型管顶部旋塞，排出U型压差计管内的空气并调节压差计两侧的液位，使其等高。

3、确定流道和导压管内的气体排完后，夹住U型压差计的导压管。

4、逐步打开大流量计进口阀，每对应一定的流量值，待数字式压差计的数值稳定后，读数（单位：KPa）。如此，可得一系列流量和ΔP。

5、待大流量计最大值测完后，可关闭其进口阀。同时，打开U型压差计导压管夹子，调节U型管两端的液位，使之平齐。打开小流量转子流量计进口阀，依次测出不同流量对应于U型管中的液柱差。

6、测试中，为保证数据准确，每组数据应重复测1-3次，且为整体重复。

7、在数据测量完毕，关闭流量调节阀，并切断电源。

注：水温的测定应在实验前后都测，取其平均值。

六、实验数据表

1、画出λ—Re的曲线

2、数据分析，结论。

八、思考题

1、λ是--------和--------的函数。

2、直管摩擦主力系数λ随Re的变化规律因----------不同而不同。

3、本实验中用水为工作介质，作出的λ—Re曲线，对其他流体是否适用？为什么？

实验二 离心泵特性曲线测定

一、实验目的

1、学习离心泵的操作方法。

2、掌握离心泵特性曲线的测定方法及表示方法。

二、实验内容

测定并绘制某一型号离心泵在一定的转速下H-Q 、N-Q 、η-Q 的关系。

三、实验原理

离心泵是常见的液体输送设备，离心泵的特性曲线因型号和转速不同而异，一般由实验测得，离心泵的特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选泵的重要依据，具体的测定方法如下：

1、H 的测定：

以离心泵入口和泵的出口间列出伯努利方程

22

1122

12,1222f p u p u z H z H g g g g

ρρ-+

++=+++ (3—1) 式中是泵的入口和出口之间管路内流体流动阻力，不包括泵本身的阻力，当所选两截面

很近时，与式中其它项相比其值极小，可忽略。

上式变为：

()

()()22

2121212u u p p H z z g g

ρ--=-++

(3—2) 2、N 的测定：

功率表测得的功率为电动机的输入功率，由于泵与电动机直接带动，传动规律为1，所以电动机的输出功率等于离心泵的轴功率。

即：泵的轴功率N=电动机的输出功率 电动机的输出功率=电动机的输入功率×电动机的效率 电动机的输入功率=功率表的读数×功率表的仪表常数

此仪表常数为1 N =功率表的读数×电动机的效率（kw ） 3、η的测定：

100%e N

N

η=⨯ （3—3）

1000102

e HQ g HQ N ρρ== （3—4）

四、实验仪器及主要数据

实验仪器：离心式水泵 转子流量计 真空计 压力计

电功率表

主要数据：功率表常数=1 电机效率=0.95 Z 2-Z 1=h 0=0.22m

d 进=0.041m(真空表处) d 出=0.027m(压强表处)

离心泵特性曲线测定装置流程图如下：

五、实验方法和步骤

1、检查各仪表开关是否处于“关”位。

2、向储水槽内注水，约到水箱的一半，淹没底阀。

3、打开泵的排气嘴，如有水喷出，表明泵内有水，无须灌泵。反之，由灌泵口灌泵，防止气缚。

4、接通电源，打开水泵开关，开始操作。

5、打开流量调节阀，调节流量，从大到小或从小到大。在每一个流量下测定泵的进出口压强、功率表读数，记下数据。依次测定10 - 15组数据。

6、实验做完后，依次关闭功率表、压力表开关、流量计阀门，最后关泵。

注：水温的测定最好取试验前后的平均值。

六、数据表

离心泵型号泵转速水温

项目序号流量计读

数m3/h

压强表读

数Pa

真空表读

数Pa

功率表读

数Kw

流量

m3/h

扬程

m

轴功率

Kw

效率

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

12