实验二化工流体综合实验 一、实验目的 1.练习离心泵的操作。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。 2.测定流量调节阀某一开度下管路特性曲线。 3.了解文丘里及涡轮流量计的构造及工作原理。 4.测定节流式流量计（文丘里）的流量标定曲线。 5.测定节流式流量计的雷诺数Re和流量系数C的关系。 *6.测定实验管路内流体流动的直管阻力和直管摩擦系数入。 *7.测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数1与雷诺数R和相对粗糙度之间的关系曲 线。 *8.在本实验压差测量范围内，测量阀门的局部阻力系数5。 (注：所有带*号的本实验不做) 二、实验原理 1.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、轴功率及 效率1均随流量qw而改变。通常通过实验测出H一qv、N一qv及1一q关系，并用曲线表 示之，称为离心泵特性曲线。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 乙++"+H=Z+++H pg 2g Pg 2g (1) H=(亿-Z)+-B+入+Hn 8 2g 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（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八-出值很小，故可忽略。于是上式变为： 公
15 实验二 化工流体综合实验 一、实验目的 1. 练习离心泵的操作。测定某型号离心泵在一定转速下，H（扬程）、N（轴功率）、 （效率）与 qv（流量）之间的特性曲线。 2. 测定流量调节阀某一开度下管路特性曲线。 3. 了解文丘里及涡轮流量计的构造及工作原理。 4. 测定节流式流量计（文丘里）的流量标定曲线。 5. 测定节流式流量计的雷诺数 Re 和流量系数 C 的关系。 *6. 测定实验管路内流体流动的直管阻力和直管摩擦系数。 *7. 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。 *8. 在本实验压差测量范围内，测量阀门的局部阻力系数 。 （注：所有带*号的本实验不做） 二、实验原理 1. 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、轴功率及 效率η均随流量 qv 而改变。通常通过实验测出 H—qv、N—qv 及 η—qv 关系，并用曲线表 示之，称为离心泵特性曲线。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 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 （1） 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：
H=(亿-乙)+B-B+-2入 (2) 2g 将测得的(Z出一Z入)和P出一P入的值及计算所得的u入.u曲代入上式即可求得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×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 7= e其中Ne= N 4,s=2 kw (3) 1000102 式中：n一泵的效率： N一泵的轴功率，kw Ne一泵的有效功率，kw H一泵的压头，m qv一泵的流量，m/s p一水的密度，kg/m3 2.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，泵和管路二者是相互制约的。 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。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。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H计算同上。 3.流量计特性测定 流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量的关系 为： 9,=CA 2(PE -PE) (4) 式中：q,一被测流体（水）的体积流量，m/s: C一流量系数，无因次： A一流量计节流孔截面积，m2: 16
16 g u u g P P H Z Z 2 ( 2 2 出 入 出 入 出 入） − + − = − + （2） 将测得的 (Z出 − Z入） 和 P出 − P入 的值及计算所得的 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×电动机的效率。 泵的轴功率＝功率表的读数×电动机效率，kw。 （3） η的测定 N Ne = 其中 1000 102 Hqvg Hqv Ne = = kw （3） 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 qv— 泵的流量，m3 /s ρ— 水的密度，kg/m3 2. 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，泵和管路二者是相互制约的。 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。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。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 H 计算同上。 3. 流量计特性测定 流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量的关系 为： 2( ) 0 P上 P下 qv CA − = （4） 式中： qv —被测流体(水)的体积流量，m3 /s； C — 流量系数，无因次； A0 — 流量计节流孔截面积，m2 ；
P上一P下一流量计上、下游两取压口之间的压强差，Pa: p一被测流体（水）的密度，kg/m3。 用涡轮流量计和转子流量计作为标准流量计来测量流量q。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q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一Re关系曲线。 *4.直管摩擦系数1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： (5) d 2 = 2d△Pf (6) p.l u Re=d.up (7) 式中：d-管径，m: △Pf-直管阻力引起的压强降，Pa: 1-管长，m: u-流速，m/s: p-流体的密度，kg/m3: 4-流体的粘度，N·s/m2。 直管摩擦系数入与雷诺数R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△P与流速u(流量qv)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。 *5.局部阻力系数5的测定 =AP=52 (8) 2 (9) 式中：5-局部阻力系数，无因次： 17
17 P上 − P下 —流量计上、下游两取压口之间的压强差，Pa ； — 被测流体(水)的密度，kg／m3 。 用涡轮流量计和转子流量计作为标准流量计来测量流量 qv。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 qv 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。 *4. 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 （5） λ= 2 2 u P l d f （6） Re = d u （7） 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 qv）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。 *5. 局部阻力系数 的测定 2 ' 2 P u h f f = = （8） 2 ' 2 u P f = （9） 式中： − 局部阻力系数，无因次；
△P,-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。 △Pf △P,ab △Pf,bg ]△P,cb△,bg c b a 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-l,使 ab=bc a'b'=b'c' 则 △Pab=△Pfbe: △Pab=△Pb'c 在aa'之间列柏努利方程式：Pa一Pa=2△P:ab+2△P,ab+△Pf (10) 在b~b'之间列柏努利方程式：Pb一Pb,=△Pb+△Pb'c+△Pf =△PE.ab+△Parb'+△P'f (11) 联立式(1-6)和(1-7)，则： APr=2(Pb-Pb)-(Pa-Par) 为了实验方便，称(P。一P)为近点压差，称P。一P)为远点压差。用差压传感器来测量。 三、实验装置 1.设备的主要技术数据 (1)离心泵型号：WB70/055,电机效率为60% (2)真空表测压位置管内径d1=0.025m,表盘真径-100mm,测量范围-0.1-0MPa,精 度1.5级 (3)压强表测压位置管内径d2=0.045m,表盘直径100mm,测量范围0-0.25MPa,精 度1.5级 (4)真空表与压强表测压口之间的垂直距离h=0.39m (5)流量测量：涡轮流量计 文丘里流量计，文丘里喉径：0.020m,实验管路管径：0.043m (6)功率表：型号PS-139 精度1.0级 (7)变频器：型号：N2-401-H规格：(0-50)Hz 伊
18 − ' Pf 局部阻力引起的压强降，Pa； − ' hf 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 ' 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 （10） 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 （11） 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。 三、实验装置 1.设备的主要技术数据 （1）离心泵型号：WB70/055，电机效率为 60% （2）真空表测压位置管内径 d1=0.025m，表盘真径-100mm，测量范围-0.1-0MPa，精 度 1.5 级 （3）压强表测压位置管内径 d2=0.045m，表盘直径-100mm，测量范围 0-0.25MPa，精 度 1.5 级 （4）真空表与压强表测压口之间的垂直距离 h0=0.39m （5）流量测量：涡轮流量计 文丘里流量计，文丘里喉径：0.020m，实验管路管径：0.043m （6）功率表：型号 PS-139 精度 1.0 级 （7）变频器：型号：N2-401-H 规格：（0-50）Hz
(8)数显温度计：501BX (9)压差传感器： 型号：LXWY 测量范围：200Kpa (10)数显表： 型号：501 测量范围：0-200Kpa (11)被测直管段： 光滑管管径d一0.0080(m),管长L一1.62(m),材料：不锈钢 粗糙管管径d一0.010(m),管长L一1.62(m),材料：不锈钢 (12)玻璃转子流量计： 型号 测量范围 精度 LZB-25 1001000(Lh) 1.5 LZB-10 10-100(Lh) 2.5 2.实验设备流程图 流体综合实验装置流程示意图见图2所示 流体综合实验装置图
19 （8）数显温度计：501BX （9） 压差传感器： 型号：LXWY 测量范围：200 Kpa （10）数显表： 型号：501 测量范围：0~200Kpa （11） 被测直管段： 光滑管管径 d—0.0080(m)，管长 L—1.62(m)，材料：不锈钢 粗糙管管径 d—0.010(m) ，管长 L—1.62(m)，材料：不锈钢 （12）玻璃转子流量计： 型 号 测量范围 精度 LZB—25 100~1000（L/h） 1.5 LZB—10 10~100（L/h） 2.5 2. 实验设备流程图 流体综合实验装置流程示意图见图 2 所示 流体综合实验装置图