实验1 流动过程综合实验

实验1  流动过程综合实验 实验1-1  流体阻力测定实验 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。 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  = =                                 （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，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 （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，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： ＝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、实验装置 ⒈本实验共有八套装置，第1~6套实验装置用图1-2所示的实验装置图，第7~8套实验装置用图1-3所示的实验装置流程图。 在图1-2中， 光滑管阻力系数流程：A→B（C→D）→E→F→G→H→J→M→N→P；  粗糙管阻力系数流程：A→B（C→D）→E→F→G→H→K→L→O→P；（C→D）为流量小于2 m3/h 时的流程。 ⒉ 流量测量：在图1-2中由转子流量计和涡轮流量计测量，在图1-3中由转子流量计测量。 ⒊ 直管段压强降的测量：差压变送器或倒置U形管直接测取压差值。 图1-2  第1~6套流动过程综合实验装置流程图 ⑴离心泵；⑵—大流量调节阀；⑶—小流量调节阀；⑷—被标定流量计；⑸—转子流量计；⑹—倒U管； ⑺⑻⑽—数显仪表；⑼—涡轮流量计； ⑾—真空表；⑿—流量计平衡阀；⒁—光滑管平衡阀； ⒃—粗糙管平衡阀；⒀—回流阀；⒂—压力表；⒄—水箱；⒅—排水阀；⒆—闸阀；⒇—截止阀； ［21］—变频器；a—出口压力取压点；b—吸入压力取压点；1-1’—流量计压差；2-2’—光滑管压差； 3-3’—粗糙管压差；4-4’—闸阀近点压差； 5-5’—闸阀远点压差；6-6’—截止阀近点压差； 7-7’—截止阀远点压差；J-M—光滑管；K-L—粗糙管 图1-3  第7~8套流动过程综合实验装置流程图 1.—变频器  2.—功率表  3.—真空表  4.—不锈钢水泵  5.—压力表  6.7.—流量调节阀  8.—光滑管    9.—粗糙管  10.—被测局部阻力阀门  11.12.—转子流量计  13.—被测文丘里流量计  14.—压力变送器 15.—数显表  16.17.18.—流向导通阀  19.—频率表  20.—涡轮流量计  21.—倒置U型管  22.—差压变送器 23.—数字电压表  24.—水箱 五、实验方法 第1~6套实验方法： ⒈ 按下电源和离心泵的绿色按钮，通电预热数字显示仪表，记录差压数字表第2～7路的初始值，关闭流量调节阀⑵⑶和回流阀⒀，按一下变频器上的启动按钮，启动离心泵。  ⒉ 光滑管阻力测定： (1) 关闭截止阀⒇，将闸阀⒆全开，并旋开光滑管平衡阀⒁。 (2) 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⑶，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) 关闭光滑管平衡阀⒁，通过阀⑶调节流量。根据流量大小选择大、小量程的转子流量计测量。 (4) 直管段的压差：小流量时用倒置∪形管压差计测量，大流量时用差压数字表（第2路）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λ—Re关系。在能用倒置∪形管测压差时，尽量不用差压数字表测压差。 (5) 闸阀⒆局部阻力测量：在最大流量时，直管段压差测量完后，将闸阀⒆往回转5圈，再读取差压数字表第4、5路压差数据。 3． 粗糙管阻力测定： (1) 关闭闸阀⒆，全开截止阀⒇，并旋开粗糙管平衡阀⒃，逐渐调大流量调节阀⑵，赶出导压管内气泡。 (2) 关闭粗糙管平衡阀⒃，通过阀⑵⑶调节流量。流量小于2 m3/h时，选择大量程的转子流量计测量；流量大于2 m3/h时，选择涡轮流量计测量。从小流量到最大流量，一般测取10~15组数据。 (3) 直管段的压差用差压数字表第3路测量。 (4) 截止阀⒇局部阻力测量：在最大流量时，读取差压数字表第6、7路压差数据。 4． 在水箱中测取水温。 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。 第7~8套实验方法： 1 按下电源的绿色按钮，通电预热数字显示仪表，记录差压数字表第1～4路的初始值，关闭流量调节阀6、7，按一下变频器的启动按钮，启动离心泵。 2. 针对某一测试对象选择对应的流向导通阀，逆时针全开。 3. 在进行光滑管阻力测定之前，应先检查导压系统内有无气泡存在。 当流量为0时，打开a、a'两阀门，若空气—水倒置Ｕ型管内两液柱的高度差不为0，则说明系统内有气泡存在，需赶净气泡方可测取数据。 赶气泡的方法：将流量调至较大，排出导压管内的气泡，直至排净为止；关闭a、a'两阀门，打开b、b'两阀门，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，使管内形成气—水柱，此时管内液柱高度差应为零。 4. 测取数据顺序可从大流量至小流量，反之也可，一般测约15组数据。在进行光滑管阻力测定时，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λ—Re关系。在能用倒置∪形管测压差时，尽量不用差压数字表测压差。 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。 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所有的平衡阀，并且在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。 七、报告内容 ⒈ 将实验数据和数据整理结果列在中，并以其中一组数据为例写出计算过程。 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。 ⒋ 回答如下思考题： ⑴ 本实验用水为工作介质做出的λ一Re曲线，对其它流体能否使用？为什么？ ⑵ 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? ⑶ 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？ 八、设备主要参数 设备号 项目 1 2 3 4 5 6 7 8 光滑管直径 m 0.00780 0.00792 0.00794 光滑管取压口间距mm 1603.0 1597.0 1601.0 1599.0 1601.0 1598.0 1701.0 1698.0 粗糙管直径 mm 25.0 0.00992 0.00990 粗糙管取压口间距mm 1649.0 1652.0 1648.0 1651.0 1651.0 1650.0 1691.0 1700.0 闸阀内径 mm 25.0   15.0 截止阀内径 mm 25.0 15.0