化工原理实验指导书重庆科技学院化学化工学院二〇一五年十月实验一流体流动阻力的测定一、实验目的1.学习直管摩擦阻力△P直管摩擦系数的测定方法。2.掌握直管摩擦系数与雷诺数Re的关系及其变化规律。3.掌握局部阻力和阻力系数的测量方法
化 工 原 理 实 验 指 导 书 重庆科技学院化学化工学院 二○一五年十月 实验一 流体流动阻力的测定 一、实验目的 ⒈学习直管摩擦阻力△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 的关系及其变化规律。 ⒊掌握局部阻力和阻力系数的测量方法
4.学习压强差的几种测量方法和技巧。5.掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。二、实验内容1.测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数入。2.测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数入与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系曲线。3.在本实验压差测量范围内，测量阀门的局部阻力系数。三、实验原理1.直管摩擦系数入与雷诺数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APr=alu?^=2d.APd.upRe=-hf =(1-2)(1-3)(1-1)p-"d2p.luA式中：d-管径，m：△P,-直管阻力引起的压强降，Pa-管长，m；u-流速，m/s；p-流体的密度，kg/m；μ-流体的粘度，N·s/m2。直管摩擦系数入与雷诺数Re之间有一定的关系，这个关系一般用曲线来表示。在实验装置中，直管段管长1和管径d都已固定。若水温一定，则水的密度p和粘度μ也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降△Pr与流速u（流量V）之间的关系。根据实验数据和式（1-2）可计算出不同流速下的直管摩擦系数入，用式（1-3）计算对应的Re，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出入与Re的关系曲线。2.局部阻力系数的测定cu?APfh=(1-4)20P(1-5)14式中：-局部阻力系数，无因次：AP,-局部阻力引起的压强降，Pa;h,-局部阻力引起的能量损失，J/kg
⒋学习压强差的几种测量方法和技巧。 ⒌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 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 和相对粗糙度之间的关系曲 线。 ⒊在本实验压差测量范围内，测量阀门的局部阻力系数。 三、实验原理 ⒈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： hf = Pf = 2 2 u d l (1-1) λ= 2 2 u P l d f （1-2） Re = d u (1-3） 式中： d 管径，m ； Pf 直管阻力引起的压强降，Pa； l 管长，m； u 流速，m / s； 流体的密度，kg / m3； 流体的粘度，N·s / m2。 直管摩擦系数λ与雷诺数 Re 之间有一定的关系，这个关系一般用曲线来表示。在实验 装置中，直管段管长 l 和管径 d 都已固定。若水温一定，则水的密度ρ和粘度μ也是定值。 所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降△Pf与流速 u（流量 V）之间的关系。 根据实验数据和式（1-2）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（1-3）计算对 应的 Re，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与 Re 的关系曲线。 ⒉局部阻力系数 的测定 2 ' 2 P u h f f （1-4） 2 ' 2 u P f （1-5） 式中： 局部阻力系数，无因次； ' Pf 局部阻力引起的压强降，Pa； 'f h 局部阻力引起的能量损失，J／kg
APXAPreAPr,abAPr,beAP.b'a171bcαbaa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△P，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APr.ab=△Prbe：△Pr.a'b.=Pr,bc在a~a'之间列柏努利方程式：Pa-Pa=2△Pr,ab+2△Pr,ab.+△Pr(1-6)在b~b之间列柏努利方程式：P-Pb=△Pr.be+△Pr,bre+△Pf=△Pr, ab+△Pr. a" b.+△Pf(1-7)联立式(1-6)和(1-7)，则：△P,=2(Pb-Pb.)—(Pa—Pa.)为了实验方便，称(Pb一Pb.)为近点压差，称(Pa一Pa）)为远点压差。用差压传感器来测量。四、实验方法1.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和回流阀，按一下离心泵上的绿色按钮，启动离心泵。2.光滑管阻力测定：（1）旋开光滑管阀，打开阀门3、4。(2）在流量为零条件下，旋开倒置U形管左右旋钮5、6，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：打开大流量调节阀，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。(3）通过阀调节流量。流量小于100L/h时，选择小量程的转子流量计测量，并用倒置U形管测压差；流量大于100L/h时，选择大量程的转子流量计测量，用数字表测压差。从小流量到最大流量，一般测取10~15组数据。建议流量读数在40L/h之内，不少于8个点，以便得到滞流状态下的入一Re关系。3.粗糙管阻力测定：（1）关闭流量调节阀门，并关闭光滑管的阀；并旋开粗糙管阀，再打开大流量调节阀，逐渐调大流量调节阀，赶出导压管内气泡。(2）通过流量调节阀调节流量。流量小于100L/h时，选择小量程的转子流量计测量，并用倒置U形管测压差；流量大于100L/h时，选择大量程的转子流量计测量，用数字表测
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 ' Pf 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，a b ＝△Pf，bc ； △Pf，a＇b＇= △Pf，b＇c＇ 在 a~a＇之间列柏努利方程式： Pa－Pa＇ =2△Pf，a b+2△Pf，a＇b＇+△P ＇ f （1-6） 在 b~b＇之间列柏努利方程式： Pb－Pb＇ = △Pf，bc+△Pf，b＇c＇+△P ＇ f = △Pf，a b+△Pf，a＇b＇+△P ＇ f （1-7） 联立式(1-6)和(1-7)，则： ' Pf ＝2(Pb－Pb＇)－(Pa－Pa＇) 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。 四、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和回流阀，按 一下离心泵上的绿色按钮，启动离心泵。 ⒉ 光滑管阻力测定： (1) 旋开光滑管阀，打开阀门 3、4。 (2) 在流量为零条件下，旋开倒置 U 形管左右旋钮 5、6，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： 打开大流量调节阀，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—水柱；此时管内液柱高度差应为零。 (3) 通过阀调节流量。流量小于 100L/h 时，选择小量程的转子流量计测量，并用倒置 U 形管测压差；流量大于 100L/h 时，选择大量程的转子流量计测量，用数字表测压差。从小 流量到最大流量，一般测取 10~15 组数据。建议流量读数在 40L／h 之内，不少于 8 个点， 以便得到滞流状态下的λ—Re 关系。 3．粗糙管阻力测定： (1) 关闭流量调节阀门，并关闭光滑管的阀；并旋开粗糙管阀，再打开大流量调节阀， 逐渐调大流量调节阀，赶出导压管内气泡。 (2) 通过流量调节阀调节流量。流量小于 100L/h 时，选择小量程的转子流量计测量， 并用倒置 U 形管测压差；流量大于 100L/h 时，选择大量程的转子流量计测量，用数字表测
压差。从小流量到最大流量，一般测取10~15组数据。4.局部阻力测定：关闭光滑管和粗糙管的阀门，打开截止阀。通过流量调节阀调节流量，先测量近端的阻力损失时，打开阀门7、8，稳定后读取数字表上的数据；然后关闭阀门7、8，打开阀门9、10，读取数字表上的数据：然后用流量调节阀改变流量（600～900L/h），再测定下一组数据，一般测量3组数据。5.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。注：新设备：光滑直管内径7.8mm、管长1.60米；粗糙直管内径10.0mm、管长1.600米；旧设备：光滑直管内径8.0mm、管长1.85米；粗糙直管内径10.0mm、管长1.70米；局部阻力测定管径15mm，(=15℃、μ=1.15×10-3（pa.s)、p=999.0(Kg/m3）五、注意事项1.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。2.用差压数字表测量时，必须关闭通倒置U形管的阀门，防止形成并联管路。3.打开流量调节阀时，切忌一下将流量调到最大，应使流量缓慢上升，以免转子将玻璃管碰坏。另外最好在流量计上读数稳定后，再读取压差计或数字表上的数据。六、报告内容1.将实验数据和数据整理结果列在如下表格中，并以其中一组数据为例写出计算过程。R1Re序号Q(1/h)(KPa)(mmH20)△P(KPa)u(m/s)I122.在合适的坐标系上标绘光滑直管和粗糙直管入一Re关系曲线。3.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。实验二离心泵特性曲线测定实验目的、1.熟悉离心泵的操作方法。2．掌握离心泵特性曲线的测定方法、表示方法，加深对离心泵性能的了解。二、实验内容
压差。从小流量到最大流量，一般测取 10~15 组数据。 4．局部阻力测定： 关闭光滑管和粗糙管的阀门，打开截止阀。通过流量调节阀调节流量，先测量近端的阻 力损失时，打开阀门 7、8，稳定后读取数字表上的数据；然后关闭阀门 7、8，打开阀门 9、 10，读取数字表上的数据；然后用流量调节阀改变流量（600～900L/h），再测定下一组数 据，一般测量 3 组数据。 5．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。 注：新设备：光滑直管内径 7.8mm、管长 1.60 米；粗糙直管内径 10.0mm、管长 1.600 米； 旧设备：光滑直管内径 8.0mm、管长 1.85 米；粗糙直管内径 10.0mm、管长 1.70 米； 局部阻力测定管径 15mm ，t=15℃、μ＝1.15×10 -3 (pa.s)、ρ＝999.0(Kg／m3) 五、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 用差压数字表测量时，必须关闭通倒置 U 形管的阀门，防止形成并联管路。 3．打开流量调节阀时，切忌一下将流量调到最大，应使流量缓慢上升，以免转子将玻 璃管碰坏。另外最好在流量计上读数稳定后，再读取压差计或数字表上的数据。 六、报告内容 ⒈ 将实验数据和数据整理结果列在如下表格中，并以其中一组数据为例写出计算过程。 序号 Q（l/h） R （KPa）（mmH2O）ΔP（KPa） u（m/s） Re λ 1 2 ⒉ 在合适的坐标系上标绘光滑直管和粗糙直管λ—Re 关系曲线。 ⒊ 根据所标绘的λ—Re 曲线，求本实验条件下滞流区的λ—Re 关系式，并与理论公 式比较。 实验二 离心泵特性曲线测定 一、 实验目的 1. 熟悉离心泵的操作方法。 2. 掌握离心泵特性曲线的测定方法、表示方法，加深对离心泵性能的了解。 二、实验内容
练习离心泵的操作。1.2.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。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一Q、N一Q及n一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压出口之间列柏努利方程P+“曲+H由ZA+++H=Za+pg2gpg2gH=(za-Z)+=+"+Hn2gpg上式中H入-出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，H入-出值很小，故可忽略。于是上式变为：H=(Z±-Z)+-P+m-u)2gpg将测得的(Z-Z）和P-P的值以及计算所得的u入.u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。泵的轴功率=功率表的读数X电动机效率，kW。3．n的测定NeHOpg_ HOp其中Ne=kwn=N1000102式中：n一泵的效率：N一泵的轴功率，kwNe一泵的有效功率，kwQ一泵的流量，m=/sp一水的密度，kg/m3H一泵的压头，m
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）、（效率）与 Q（流量） 之间的特性曲线。 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。在一定型号和转速下，离心泵的扬程 H、轴功率及效 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： ⒈ H 的测定 在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程 入 出 出 入 出 入 出 入 入 出 出 出 出 入 入 入 ） f f H g u u g P P H Z Z H g u g P H Z g u g P Z 2 ( 2 2 2 2 2 2 上式中 H f入出 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， H f入出 值很小，故可忽略。于是上式变为： g u u g P P H Z Z 2 ( 2 2 出 入 出 入 出 入） 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。 ⒉ 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 η的测定 N Ne 其中 1000 102 HQg HQ Ne kw 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