化工原理流体流动实验

流体流动综合实验
（离心泵与管路特性曲线测定、流量性能测定）
一、实验目的及任务
1、熟悉离心泵的操作方法。

2、熟悉离心泵的结构与操作方法。

3、测定流量调节阀某一开度下管路特性曲线。

二、实验装置
图-1 流动过程综合实验流程示意图
1-水箱；2-水泵；3-入口真空表；4-出口压力表；5、16-缓冲罐顶阀；6、14-测局部阻力近端阀；7、15-测局部阻力远端阀；8、17-粗糙管测压阀；9、21-光滑管测压阀；10-局部阻力阀；11-压差传感器左阀；12-压力传感器；13-压差传感器右阀；18 、24-阀门；20-粗糙管阀；22-小转子流量计；23-大转子流量计；25-水箱放水阀；26-倒U型管放空阀；27- 倒U型管；28、30-倒U型管排水阀；
29、31-倒U型管平衡阀
三、实验原理
离心泵特性曲线测定
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 （1） ()出入入出入出入出-+-+-+-=f H g
u u g P P Z Z H 222ρ （2） 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 （3） 将测得的()入出Z Z -和入出P
P -值以及计算所得的出入u u ,代入上式，即可求得H 。

(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 （4） )(102
1000Kw HQ g HQ Ne ρρ== （5） 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。

管路特性曲线测定
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，泵和管路二者相互制约的。

管路特性曲线是指流体流经管路系统的流量与所需压头之间的关系。

若将泵的特性曲线与管路特性曲线在同一坐标图上，两曲线交点即为泵的在该管路的工作点。

因此，如同通过改变阀门开度来改变管路特性曲线，求出泵的特性曲线一样，可通过改变泵转速来改变泵的特性曲线，从而得出管路特性曲线。

泵的压头H 计算同上。

流量性能测定
流体通过节流式流量计时在上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量
的关系为： ρ)(20
0下上P P A C V s -=
（6）
式中：—S V 被测流体(水)的体积流量，m 3/s ；
—0C 流量系数，无因次；
—0A 流量计节流孔截面积，m 2；
—下上P
P -流量计上、下游两取压口之间的压强差，Pa ； —ρ被测流体(水)的密度，kg ／m 3 。

用涡轮流量计作为标准流量计来测量流量V S ，每一个流量在压差计上都有一
对应的读数，将压差计读数△P 和流量V s 绘制成一条曲线，即流量标定曲线。

同
时利用上式整理数据可进一步得到C —Re 关系曲线。

四、实验操作步骤
离心泵特性曲线测定
1）向储水槽内注水至超过50%为止。

2）检查流量调节阀18，压力表4的开关及真空表3的开关是否关闭(应关闭)。

3）打开电源，启动离心泵，缓慢打开流量调节阀18至全开。

4）待系统内流体稳定，打开压力表和真空表的开关，方可测取数据。

5）用阀门18调节流量，从流量为零至最大或流量从最大到零，测取 10～15组数据，记录涡轮流量计流量、泵入口压强、泵出口压强、功率表读数，并记录水温。

6）实验结束后，关闭流量调节阀18，关闭压力表和真空表，停泵，关闭电源。

管路特性曲线测定
1）向储水槽内注水至超过50%为止。

2）打开电源，启动离心泵。

3）打开流量调节阀18至某一开度，调节离心泵电机频率（调节范围50—25Hz ），测取 8～10组数据。

4）记录电机频率、泵入口压强、泵出口压强、流量计读数，并记录水温。

5）实验结束后，关闭流量调节阀18，停泵，关闭电源。

流量性能测定
1）向储水槽内注水至超过50%为止。

2）检查流量调节阀18，压力表4的开关及真空表3的开关是否关闭(应关闭)。

3）打开电源，启动离心泵。

4）打开压力传感器左阀11、右阀13，缓慢打开调节阀18至全开。

待系统内流体稳定，打开压力表和真空表的开关，方可测取数据。

5）用阀门18调节流量，从流量为零至最大或流量从最大到零，测取 10～15组数据，同时记录涡轮流量计流量、文丘里流量计的压差，并记录水温。

6）实验结束后，关闭流量调节阀18，关闭阀11,13，关闭压力表和真空表，停泵，关闭电源。

五、实验记录及实验处理
当流量Q=0.12 m＾3/h时，P2-P1=0.214-0=0.214 MPa=2.14×10^5 Pa
泵进出口高度△H=0.27 m 液体密度ρ=998.08 kg/m^3
∵泵进出口管径相同∴u出=u入
∴压头H=△H+（P2-P1）/ρg=0.27+2.14×10^5/（998.08×9.8）≈22.15 m 泵的有效功率Ne=HQρ/102=（0.27+2.14×10^5/（998.08×9.8））×0.12×998.08/（102×3600）≈0.007224 kW≈7.224W
泵的轴功率N=电机功率×电动机效率=0.38×0.6=0.228 kW=228 W
泵的效率η=Ne/N=7.224/228≈3.168%
计算结果与系统得出结果相符
其他数据同理可求得
50）
当电机频率为25 Hz，流量Q=1.32 m＾3/h时
泵进出口高度△H=0.27 m 液体密度ρ=998.08 kg/m^3
P2-P1=0.003-0=0.003 MPa=3000 Pa
∴压头H=△H+（P2-P1）/ρg=0.27+3000/（998.08×9.8）≈0.577 m
计算结果与系统得出结果相符
其他数据同理可得
当流量Q=11.64 m＾3/h时
液体密度ρ=998.08 kg/ m＾3 粘度μ=0.00109 Pa·s
管径d=43 mm 截面直径d0=0.02 m
流速u=Q/（πd2/4）=（11.64/3600）/（π（43×10^-3）2/4）≈2.227 m/s 孔口流速u0=Q/（πd02/4）=（11.64/3600）/（π（0.02）2/4）≈10.292 m/s 雷诺系数Re=duρ/μ=43×10^-3×（11.64/3600）/（π（43×10^-3）2/4）×998.08/0.00109≈87666
流量系数C0=Q/A0√￣（2△P/ρ）=（11.64/3600）/（0.02^2π/4）√￣（2×65580/998.08）≈0.898
计算结果与系统结果几乎一致
其他数据同理
实验图表
六、结果与讨论
从第一张图可以看出，压头H随流量Q的增大而不断减小，泵的轴功率N随Q的增大而不断增大，泵的效率η随流量Q的增大而先增大后减小，存在最高效率点，三条曲线均符合离心泵特性曲线规律。

第二张图中，离心泵特性曲线与管路特性曲线存在交点，即为工作点。

第三站图中，流量标定曲线中随着流量Q的不断增大，流量计压差不断增大。

第四张图为流量系数与雷诺数的关系曲线，几乎为一条直线，符合理论，并且随着雷诺数的剧增，流量系数变化不大。

此次实验中存在几个问题：当流量很小的时候，真空表的读数一直为0，这里可能会导致误差，入口的压力可能不为0，同时，出口的压力也一直不变化，只有当流量大到一定程度时才会变化，可能与仪器的灵敏度有关。

总的来说，不考虑上面误差的时候，整个实验数据与理论相符。