实验一液体流动实验二离心泵.docx
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实验一液体流动实验二离心泵
实验一流动过程综合实验
一、实验目的
⒈学习直管摩擦阻力压力降△Pf、直管摩擦系数的测定方法。
⒉掌握直管摩擦系数与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系及其变化规律。
⒊掌握局部阻力的测量方法。
4.掌握流量计的标定方法和流量系数C的确定方法。
5.掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。
二、实验装置
⒈实验装置流程图如图1-2所示。
⒉流量测量：
流体阻力测定实验用图1-2中由转子流量计22、23测量（单位：
L/h）,流量计性能测定测定用涡流流量计测量（精度0.5级，单位：
m3/h）
⒊压强降的测量：
用倒U形管压差计（mmH2O）和压差变送器（数字压差计KPa）测取。
图一、流体综合实验装置流程示意图
1:
水箱:
2:
水泵;3:
入口真空表;4:
出口压力表;5,16:
缓冲罐:
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:
文丘里流量计;12:
压差变送器;13:
涡流流量计;18:
阀门;19光滑管阀;20:
粗糙管阀;22:
小流量计;23:
大流量计;24阀门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；32：
功率表；33：
变频调速器
设备主要参数
设备号
项目
1
2
光滑管直径mm
8.00
8.00
光滑管取压口间距mm
1700.0
1700.0
粗糙管直径mm
10.00
10.00
粗糙管取压口间距mm
1700.0
1700.0
局部阻力球阀内径mm
15.00
15.0
文丘里喉径mm
20.0
20.0
文丘里主管道直径mm
45.00
45.00
三、实验内容
（一）流体阻力测定实验
⒈测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数。
⒉测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数与雷诺数Re之间的关系曲线。
⒊在本实验压差测量范围内，测量阀门的局部阻力系数。
（二）流量计性能测定实验
1.测定节流式流量计（文丘里）的流量标定曲线。
2.测定节流式流量计的雷诺数Re和流量系数C的关系。
四、实验原理
⒈直管摩擦系数与雷诺数Re的测定
hf=
=
（1-1）
λ=
（1-2）
Re=
（1-3）
式中：
管径，m；
直管阻力引起的压强降，Pa；
管长，m；
流速，m/s；
流体的密度，kg/m3；
流体的粘度，Pa·s。
⒉局部阻力系数
的测定
（1-4）
（1-5）
式中：
局部阻力系数，无因次；
局部阻力引起的压强降，Pa；
局部阻力引起的能量损失，J／kg。
图1-1局部阻力测量取压口布置图
局部阻力引起的压强降
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1-1，使
ab＝bc；a＇b＇＝b＇c＇
则△Pf，ab＝△Pf，bc；△Pf，a＇b＇=△Pf，b＇c＇
在a~a＇之间列柏努利方程式：
Pa－Pa＇=2△Pf，ab+2△Pf，a＇b＇+△P＇f
在b~b＇之间列柏努利方程式：
Pb－Pb＇=△Pf，bc+△Pf，b＇c＇+△P＇f=△Pf，ab+△Pf，a＇b＇+△P＇f
联立式（1-6）和（1-7），则：
＝2（Pb－Pb＇）－（Pa－Pa＇）（1-6）
为了实验方便，称（Pb－Pb＇）为近点压差，称（Pa－Pa＇）为远点压差。
用差压传感器来测量。
3.流量计性能测定
（m/s）（1-7）
（1-8）
其中：
五、实验方法
按下总电源开关按钮，通电预热数字显示仪表，关闭所有流量调节阀，按一下变频器上的启动按钮RUN，启动离心泵。
1.光滑管阻力测定：
⑴关闭截止阀10、18、20，将闸阀19全开，并旋开光滑管测压阀21、9。
⑵在流量为零条件下，旋开倒置U形管29、31旋钮，检查导压管内是否有气泡存在。
若倒置U形管内液柱高度差不为零，则表明导压管内存在气泡，需要进行赶气泡操作。
⑶赶气泡的方法：
当流量为零时，打开29、31两阀门，然后将流量调至较大，排出导压管内的气泡，直至排净为止；关闭29、31两阀门，慢慢旋开倒置U形管上部的放空阀，慢慢打开28、30两阀门，使液柱降至零点上下时马上关闭，使管内形成气—水柱，然后关闭放空阀，打开29、31两阀门，此时管内液柱高度差应为零，记录数字压差表的初始值，水温。
⑷全开闸阀19，通过阀24调节流量。
根据流量大小选择大、小量程的转子流量计测量。
小流量时用倒置∪形管压差计测量，大流量时用差压数字表测量。
从最小流量测到最大流量，实验应测取15～20组数据。
建议流量读数在100L／h之内，不少于8个点，以便得到滞流状态下的λ—Re关系。
注意：
在能用倒置∪形管测压差时，尽量不用差压数字表测压差。
在倒置∪形管测压差为0时，读取差压数字表初始压差。
从数字显示仪表读取水温。
分别读初始水温t始和终止水温t终，计算时取平均水温t平均。
2.粗糙管阻力测定：
关闭闸阀19、光滑管测压阀21、9，全开截止阀20。
实验方法与光滑管相同。
3.局部阻力测量：
关闭截止阀20，打开闸阀10（半开），在一定流量下，分别测量近点压差和远点压差。
4.流量计性能测定
关闭截止阀24，打开闸阀18，调节文丘里流量计的流量从最大到最小，记录流量与压差，测定10-12组数据
待数据测量完毕,关闭流量调节阀，核实差压数字表初始值及终止水温，继续其它实验或关闭离心泵、切断电源。
六、注意事项
⒈启动离心泵之前，以及从光滑管阻力测量过渡到其它测量之前，都必须检查所有流量调节阀是否关闭。
⒉测数据时则必须关闭其它管路的平衡阀，并且在用压差数字表测量时，必须关闭倒U形管的阀门，防止形成并联管路。
七、数据处理及计算实例
（1）直管液体阻力实验数据处理
表一光滑管液体阻力实验数据表
实验装置编号：
1光滑管内径：
8mm光滑管管长：
1.7m
水温℃：
t平均=
25.35
黏度μ=
88.37
*10-5Pa.s
压差计初始值：
kPa
0.9
密度（Kg/m3）ρ=
996.18
序号
Q（L/h）
ΔP
u（m/s）
Re
λ
mmH20
kPa
Pa
1
10
5
49.0
0.0553
498.6
0.15144
2
20
8
78.4
0.1106
997.2
0.06058
3
30
13
127.4
0.1659
1495.9
0.04375
4
40
18
176.4
0.2212
1994.5
0.03407
5
50
29
284.2
0.2765
2493.1
0.03513
6
60
43
421.4
0.3317
2991.7
0.03618
7
70
64
627.2
0.3870
3490.3
0.03956
8
80
80
784.0
0.4423
3989.0
0.03786
9
90
101
989.8
0.4976
4487.6
0.03777
10
100
123
1205.4
0.5529
4986.2
0.03725
11
200
4.4
3500
1.1058
9972.4
0.02704
12
300
8.1
7200
1.6587
14958.6
0.02472
13
400
13.2
12300
2.2116
19944.9
0.02376
14
500
18.7
17800
2.7645
24931.1
0.02200
15
600
25.8
24900
3.3174
29917.3
0.02138
16
700
33.5
32600
3.8703
34903.5
0.02056
17
800
42.8
41900
4.4232
39889.7
0.02023
其中：
压差单位转换：
1mmH20=9.8Pa，数字压差计读数减去初始值后*1000转换为Pa。
水的黏度、密度由教材（上）P331表中查出，
水温取平均值
℃。
从20-30℃区间按内插法求得μ，ρ。
流速
（m/s）。
Re、λ按下列公式计算：
λ=
Re=
计算实例：
以第一组数据处理为例：
ΔP=5*9.8=49.0Pa。
（m/s）。
表二粗糙管液体阻力实验数据表
实验装置编号：
1粗糙管内径：
10mm粗糙管管长：
1.7m
水温℃：
t平均==27.4黏度μ=85.2*10-5Pa.s密度ρ=996.4Kg/m3
压差计初始值：
1.0kPa
序号
Q（L/h）
ΔP
u（m/s）
Re
λ
mmH20
kPa
Pa
1
10
8
78.4
0.035
414
0.73928
2
20
30
294
0.071
828
0.69307
3
30
60
588
0.106
1241
0.61606
4
40
100
980
0.142
1655
0.57756
5
50
141
1381.8
0.177
2069
0.52119
6
60
193
1891.4
0.212
2483
0.49542
7
70
246
2410.8
0.248
2897
0.46393
8
80
285
2793
0.283
3311
0.41151
9
90
344
3371.2
0.318
3724
0.39246
10
100
4.7
3700
0.354
4138
0.34889
11
200
14.7
13700
0.708
8277
0.32296
12
300
28.3
27300
1.062
12415
0.28603
13
400
47.9
46900
1.415
16553
0.27640
14
500
68.2
67200
1.769
20691
0.25347
15
600
96.8
95800
2.123
24830
0.25093
16
700
126.4
125400
2.477
28968
0.24132
17
800
160.5
159500
2.831
33106
0.23500
计算实例：
以第10组数据为例
ΔP=（4.7-1.0）*1000=3700Pa。
（m/s）。
绘制Re-λ关系曲线（通过Excel绘制）见附图一。
（2）局部阻力实验数据处理
表三局部阻力实验数据表
局部阻力球阀内径15mm
压差表初始：
kPa
1
水温：
27.5℃
密度（Kg/m3）ρ=
996.81
序号
流量Q
近点压差
远点压差
流速u
局部阻力压差
阻力系数
（l/h）
（kPa）
（kPa）
（m/s）
（Pa）
ζ
1
400
6.7
6.9
0.629
5500
27.88
2
600
13.9
14.5
0.944
12300
27.72
3
800
24
25.3
1.258
21700
27.50
计算实例：
以第1组数据为例
＝2（Pb－Pb＇）－（Pa－Pa＇）=（2（6.7-1.0）-（6.9-1.0））*1000=5500Pa
（3）流量计性能测定实验数据处理
表四流量计性能测定实验数据记录
文丘里流量计压差读数初始值0.9kPa主管道直径：
45mm文丘里喉径：
20mm水温：
28.2℃ρ水=996.15Kg/m3μ水=83.75*10-5Pa.sA0=0.000314
序号
涡轮流量计（m3/h）
文丘里流量计（kPa）
文丘里流量计
（Pa）
文丘里准流量Vs
（m3/h）
流速u
（m/s）
Re
C
1
0.8
1.3
400
0.8
0.1397
7479
0.7999
2
1.6
2.3
1400
1.6
0.2794
14957
0.8551
3
2.4
3.6
2700
2.4
0.4192
22436
0.9237
4
3.2
5.5
4600
3.2
0.5589
29915
0.9435
5
4.0
8.0
7100
4.0
0.6986
37393
0.9493
6
4.8
11.3
10400
4.8
0.8383
44872
0.9413
7
5.6
15.4
14500
5.6
0.9781
52351
0.9300
8
6.4
19.2
18300
6.4
1.1178
59829
0.9461
9
7.2
24.5
23600
7.2
1.2575
67308
0.9373
10
8.0
29.6
28700
8.0
1.3972
74787
0.9443
11
8.8
34.7
33800
8.8
1.5370
82266
0.9572
12
9.6
41.4
40500
9.6
1.6767
89744
0.9540
13
10.3
47.0
46100
10.3
1.7990
96288
0.9593
以第一组数据为例：
（m/s）。
其中：
绘制曲线见下图
附：
表一光滑管液体阻力实验原始数据记录表
实验装置编号：
1#光滑管内径：
8mm
光滑管管长：
1700mm
水温℃：
t初始=25.0t终止=25.7
数字压差计初始值：
0.9kPa
序号
Q（L/h）
ΔP
mmH20
kPa
左
右
1
10
11.0
16.0
2
20
10.5
18.5
3
30
8.0
21.0
4
40
5.5
23.5
5
50
1.0
30.0
6
60
-7.0
36.0
7
70
-17.0
47.0
8
80
-25.5
54.5
9
90
-35.0
66.0
10
100
-45.5
77.5
11
200
4.4
12
300
8.1
13
400
13.2
14
500
18.7
15
600
25.8
16
700
33.5
17
800
42.8
实验二离心泵性能测定实验
一、实验装置
该实验与流体阻力测定、流量计性能测定实验共用图1-2所示的实验装置流程图。
⒈流量测量：
标准涡轮流量计测量。
⒉泵的入口真空度和出口压强：
用真空表和压强表来测量。
⒊电动机输入功率：
用功率表来测量。
设备主要参数
设备号
项目
1
2
两取压口垂直高度差mm
355
355
离心泵入口管径mm
25.00
25.00
离心泵出口管径mm
45.0
45.0
离心泵型号
WB70/055
电机效率
60%
READ
ENTER
变频调速器：
RUN——运行/停止，＜——定位、△——增大、▽——减小、
——确定。
二、实验内容
1.熟悉离心泵的结构与操作。
2.测定某型号离心泵在一定转速下，H（扬程）、N（轴功率）、（效率）与Q（流量）之间的特性曲线。
3.测定流量调节阀某一开度下管路特性曲线。
三、实验原理
（一）离心泵特性曲线
⒈扬程H的测定：
在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程
（2—1）
上式中
是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力（不包括泵体内部的流动阻力所引起的压头损失），当所选的两截面很接近泵体时，与柏努利方程中其它项比较，
值很小，故可忽略。
于是上式变为：
（2—2）
将测得的
和
的值以及计算所得的u入，u出代入上式即可求得H的值。
⒉轴功率N的测定：
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1.0，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
电动机的输出功率＝电动机的输入功率×电动机的效率。
泵的轴功率＝功率表的读数×电动机效率，kw。
⒊效率η的测定
（2—3）
（2—4）
式中：
η—泵的效率；
N—泵的轴功率，kw
Ne—泵的有效功率，kw
H—泵的压头，m
Q—泵的流量，m3/s
ρ—水的密度，kg/m3
（二）管路特性曲线
通过改变泵转速（通过调节电机的频率）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。
若将泵的特性曲线与管路特性曲线绘在同一坐标图上，两曲线交点即为泵在该管路的工作点。
五、实验方法
⒈按下电源的绿色按钮，通电预热数字显示仪表；关闭所有流量调节阀。
⒉按下调频器的启动按钮，启动离心泵。
用阀18调节流量，从流量为零至最大或流量从最大到零，测取10～12组数据（同时测量泵入口真空度、泵出口压强、流量计读数、功率表读数），并记录水温。
⒊测量管路特性曲线测定时，先置流量调节阀18为某一状态（使系统流量为某一固定值）。
４.调节离心泵电机频率，使管路特性改变，调节范围（50—20Hz），测取10～12组数据（同时测量泵入口压力、泵出口压力、流量计读数），并记录水温。
5.实验结束后，关闭流量调节阀，继续其它实验或停泵，切断电源。
六、注意事项
⒈启动离心泵之前，必须检查所有流量调节阀是否关闭。
⒉正确使用变频调速器。
七、数据整理表及计算实例
表1离心泵特性曲线测定数据
装置编号：
1*离心泵型号：
WB70/055电机效率：
60%两取压口之间垂直距离：
355mm
入/出口管径：
25/45mm水温：
T平均=28.8℃水密度ρ=996Kg/m3
序号
涡轮流量计（m3/h）
入口真空表读数（MPa）
出口压强表读数（Mpa）
功率表读数（kw）
流量Q（m3/h）
入口流速u1（m/s）
出口流速u2（m/s）
压头H（m）
泵轴功率N（w）
有效功率Ne（w）
η（%）
1
10.30
-0.034
0.040
0.75
10.30
5.83
1.80
6.36
450
178
39.5
2
9.60
-0.028
0.065
0.77
9.60
5.44
1.68
8.51
462
222
48.0
3
8.80
-0.024
0.085
0.76
8.80
4.98
1.54
10.37
456
248
54.3
4
7.90
-0.018
0.100
0.75
7.90
4.47
1.38
11.51
450
247
54.8
5
7.00
-0.014
0.120
0.74
7.00
3.96
1.22
13.35
444
254
57.1
6
6.20
-0.010
0.135
0.70
6.20
3.51
1.08
14.63
420
246
58.6
7
5.40
-0.006
0.150
0.67
5.40
3.06
0.94
15.89
402
233
57.9
8
4.60
-0.004
0.165
0.64
4.60
2.60
0.80
17.34
384
216
56.4
9
3.70
0.000
0.175
0.60
3.70
2.09
0.65
18.06
360
181
50.4
10
2.90
0.000
0.185
0.54
2.90
1.64
0.51
19.16
324
151
46.6
11
2.00
0.000
0.195
0.50
2.00
1.13
0.35
20.25
300
110
36.6
12
1.20
0.000
0.202
0.45
1.20
0.68
0.21
21.01
270
68
25.3
计算实例：
以第一组数据为例
入口流速
（m/s），出口流速
（m/s）
压头
（m）其中Z出-Z入=355mm（两取压口之间垂直距离）
泵轴功率N=0.75*1000*0.6=450（w）有效功率
（w）
离心泵特性曲线与管路特性曲线见下图
表2离心泵管路特性曲线
装置编号：
1*两取压口之间垂直距离：
355mm入/出口管径：
25/45mm
水温：
T平均=29.5℃水密度ρ=995.8Kg/m3
序号
电机频率Hz
涡轮流量计读数（m3/h）
入口真空表读数（MPa）
出口压强表读数（MPa）
流量Q（m3/h）
入口流速u1（m/s）
出口流速u2（m/s）
压头H（m）
1
50
10.2
-0.032
0.045
10.2
5.77
1.78
6.70
2
48
9.9
-0.031
0.04
9.9
5.61
1.73
6.17
3
46
9.6
-0.028
0.04
9.6
5.44
1.68
5.95
4
44
9.2
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