流动力学综合实验.docx
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流动力学综合实验
实验1流动过程综合实验
、实验目的
1.学习离心泵性能参数及特性曲线的测定方法，加深对离心泵性能的了解;
2.熟悉离心泵的操作方法;
3.学习管路特性曲线的测定方法；
4.学习直管摩擦阻力△Pf、直管摩擦系数汕勺测定方法。
5.了解几种常用流量计的构造、工作原理、主要特点及流量计的标定方法;
6.了解节流式流量计流量系数C随雷诺数Re的变化规律，流量系数C的测定方法;
7.掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。
二、实验内容
1.练习离心泵的操作;
2.测定某型号离心泵在一定转速下，H（扬程）、N（轴功率）、n（效率）与Q（流量）
之间的特性曲线；
3.测定管路特性曲线;
4.测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数几。
5.对文丘里流量计进行校正。
三、实验原理
（一）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、轴功率及
效率n均随流量Q而改变。
通常通过实验测出H—Q、N—Q及n—Q关系，并用曲线表示
泵特性曲线的
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。
具体测定方法如下:
1.H的测定
在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程：
焊+字+Hf2
Pg2g
P入u2入
Z入+宁+牛+H=Z出
Pg2g
（不包括泵体内部的
上式中Hf入曲是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力
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,
Hf入昼值很小，故可忽略。
于是上式变为:
将测得的（Z出-Z入）和P出-P入的值以及计算所得的U入，u出代入上式即可求得H的
值。
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X电动机的效率。
3.n的测定
（二）管路特性曲线测定
性能有关，还与管路特性有关，也就是说，在液体输送过程中，泵和管路二者是相互制约的。
若将泵的
在一定的管路上，泵所提供的压头和流量必然与管路所需的压头和流量一致。
H计算同上。
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。
因此,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
（三）直管摩擦系数）与雷诺数Re的测定
流体在管道内流动时，由于流体的粘性作用和涡流的影响会产生阻力。
流体在直管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和管道摩擦系数有关，它们之间存在如下关系:
△Pf
u
（7）
式中：
d一管径，m
APf-直管阻力引起的压强降，Pa;
I—管长，m;
（四）文丘里流量计的标定
为:
（8）
Vs叫2…P下）
C—流量系数，无因次;
A0—流量计节流孔截面积，m2;
Pa;
F上-F下—流量计上、下游两取压口之间的压强差,
P—被测流体（水）的密度，kg/m3。
用涡轮流量计作为标准流量计来测量流量Vs。
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Vs绘制成一条曲线，即流量标定曲线。
同时用上式整理数据可进一步得到C—Re关系曲线。
四、实验装置
实验装置流程如图所示。
1.流量测量：
用转子流量计或标准涡轮流量计测量。
2.泵的入口真空度和出口压强：
用真空表和压强表来测量。
3.
电动机输入功率：
用功率表来测量。
图1流动过程综合实验装置流程图
⑴一离心泵；⑵一压强表；⑶一真空表；⑷一调节阀1;⑸一调节阀2:
⑹一转子流量计;
⑺一被标定流量计；⑻一倒U管；⑼一温度表；⑽一涡轮流量计；（11）—直管压差计；（12）—
变频器；（13）—功率表；（14）—水箱。
五、实验方法
（一）离心泵特性曲线及管路特性曲线测定
1.检查离心泵各阀门及仪表是否正常。
2.按下调频器的启动按钮，启动离心泵。
关闭阀（4），用阀（5）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。
3.测量管路特性曲线测定时，先置流量调节阀（5）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
（同时测量泵入口真空度、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，继续其它实验或停泵，切断电源。
（二）直管摩擦阻力^Pf及摩擦系数A的测定
1.
（11）
按下电源和离心泵的绿色按钮，通电预热数字显示仪表，记录直管差压数字表的初始值。
按一下变频器上的启动按钮，启动离心泵。
2.关闭截止阀⑸，将闸阀⑷打开。
3.在流量为零条件下，旋开倒置U形管左右旋钮，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。
操作方法如下:
开大流量调节阀（4），使倒置U形管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若认为气泡已赶净，将流量阀关闭；慢慢旋开倒置U形管上部的放空阀，使液柱降至零点上下时马
上关闭，管内形成气一水柱；此时管内液柱高度差应为零。
4.通过阀（4）调节流量。
根据流量大小选择大、小量程的转子流量计测量。
5.直管段的压差：
小流量时用倒置U形管压差计测量，大流量时用差压数字表（11）测
量。
应在最大流量和最小流量之间进行实验，一般测取12〜15组数据，建议流量读数在40L/h
之内，不少于4个点，以便得到滞流状态下的入一Re关系。
在能用倒置U形管测压差时,
尽量不用差压数字表测压差。
6.在水箱中测取水温。
7.待数据测量完毕，关闭流量调节阀，核实差压数字表初始值，继续其它实验或切断电
源。
（三）文丘里流量计的标定
1.按下电源和离心泵的绿色按钮，通电预热数字显示仪表，记录差压数字表的初始值,关闭流量调节阀⑷。
2.按下变频器启动按钮，启动离心泵，将阀（5）打开，逐渐调大流量，排出管路里气泡。
3.用阀（5）调节流量，从小流量至大流量或从大流量至小流量测取10组左右数据（即同
时测量压差和流量），并记录水温。
4.实验结束后，关闭流量调节阀，核实差压数字表初始值，停泵，切断电源。
六、注意事项
1.启动心泵之前，必须检查所有流量调节阀是否关闭。
2.用直管差压数字表测量时，必须关闭通倒置U形管的阀门，防止形成并联管路。
七、报告内容
1.将实验数据和计算结果列在数据表格中，并以一组数据进行计算举例。
2.在合适的坐标系上标绘离心泵的特性曲线，并在图上标出离心泵的各种性能（泵的型号、转速和高效区）。
3.在合适的坐标系上标绘直管入一Re关系曲线。
4.根据所标绘的入一Re曲线，求本实验条件下滞流区的入一Re关系式，并与理论公式比较。
5.在合适的坐标系上，标绘节流式流量计的流量Vs与压差△P的关系曲线（即流量标定曲线）、流量系数C与雷诺数Re的关系曲线。
八、思考题
1.试分析实验数据，看一看，随着泵出口流量调节阀开度的增大，泵入口真空表读数是减少还是增加，泵出口压强表读数是减少还是增加。
为什么？
2.测定离心泵特性曲线时，为了得到较好的实验结果，实验流量范围下限应小到零,
上限应尽量的大。
为什么
3.离心泵的流量，为什么可以通过出口阀来调节？
往复泵的流量是否也可采用同样的方法来调节。
为什么？
4.本实验用水为工作介质做出的入一Re曲线，对其它流体能否使用？
为什么?
5.本实验是测定等直径水平直管的流动阻力，若将水平管改为流体自下而上流动的垂直管，从测量两取压点间压差的倒置U形管读数R到^Pf的计算过程和公式是否与水平管
完全相同？
为什么？
6.为什么采用差压变送器和倒置U形管并联起来测量直管段的压差？
何时用变送器
何时用倒置U形管？
操作时要注意什么?
7.试验管路及导压管中如果积存有空气，为什么要排除
九、数据记录及处理表
表1离心泵特性曲线测定数据记录及处理表
序号
流量读
数/Hz
管路流
量/m3/s
真空表读
数/kPa
压强表读
数/kPa
功率表读
数/kW
压头
/m
轴功率
/kW
效率
表2管路特性曲线测定数据记录及处理表
序号
变频器频率
流量读
数/Hz
管路流
量/m3/s
真空表读
数/kPa
压强表读
数/kPa
压头/m
表3直管能量损失测定数据记录及处理表
序号
转子流量计读
数/m3/s
U管压差计读
数/mmH2O
压差变送器
读数/kPa
能量损失
△Pf/Pa
Re
表4文丘里流量计标定数据记录及处理表
序号
涡轮流量计
读数/Hz
实际流量
/m3/s
文丘里流量计
压差/mmH20
Re
流量系
数C
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