文档介绍：化工原理实验
攀枝花学院生物与化学工程学院实践教学中心编制
2007年6月25日
实验报告格式
、日期及同组人员;
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、型号说明;
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,并得出结论;
、误差分析及实验改进的建议等;
。
实验一流体力学综合实验
一、实验目的
测定水在管道内流动时的直管阻力损失,作出l与Re的关系曲线;
测定水在管道内流动时的局部阻力损失,测量和计算全开下截止阀的局部阻力系数 z 或当量长度le;
测定一定转速下,离心泵的特性曲线;
二、实验原理
1. 摩擦阻力系数 l~Re
流体在管道内流动时,由于内摩擦力的存在,必然有能量损耗,此损耗能量为直管阻力损失。在流经阀门、管件时,由于流道方向或大小的改变,造成流体的剧烈湍动,造成的能量损失称为局部阻力损失。根据柏努利方程,对等直径的1、2两截面间的直管阻力损失为:
图1 直管阻力测量原理示意图
(1)
由因次分析法得(2)
(3)
(4)
式中: hf ¾ 直管阻力损失(J/kg);
l ¾ 摩擦阻力系数;
l 、d 、e ¾ 直管的长度、管内径和绝对粗糙度(m);
Dp ¾ 流体流经直管的压降(Pa);
r 、m ¾ 分别是流体的密度(kg/m3) 和粘度(Pa×s);
u ¾ 流体在管内的平均流速(m/s)。
由公式(2)可以看出,流体流动时的摩擦阻力损失与管道的长度成正比,与管道的直径成反比。流体的平均速度越高,阻力损失越大。利用公式(2)计算直管阻力损失时,需要知道不同雷诺数下摩擦阻力系数的值。穆迪图给出了l~Re的关系曲线。本实验装置可以利用上面的公式来验证直管阻力损失计算,测定l~Re的关系曲线。
流体在长度和直径一定的管道内流动时,利用U型管压差计实验测出一定流量下流体流经该长度管段所产生的压降,即可算得 hf,利用公式(2)可得到 l,根据流速和物性数据可按公式(5)计算出对应的雷诺数Re,从而关联出 l 与Re的关系曲线。
改变实验管可得出不同粗糙度(不同材质直管)的l 与Re的关系曲线。
2. 局部阻力系数 z 和当量长度le
对于由阀门或管件造成的局部阻力损失,可以用以下的公式计算:
当量长度法(5)
局部阻力系数法(6)
式中: hf ¾ 局部阻力损失(J/kg);
z ¾ 局部阻力系数;
le ¾ 当量长度(m);
图2 局部阻力测量原理示意图
测出一定流速时流体通过阀门或管件的压降hf,就可利用公式(5)、(6)计算出对应的当量长度或局部阻力系数。
离心泵的特性,可用该泵在一定转速下,流量与扬程,流量与功率以及流量与效率三种曲线表示,即,,曲线。若将H、N和h 对Q间的关系分别标绘在同一直角坐标上所得的三条曲线,即为离心泵的特性曲线。
经离心泵输送的流量Q由涡轮流量计测定。
如果水箱液面和离心泵入口高度相同,在水箱液面和离心泵出口压力表之间列出柏努利方程式,可确定水经离心泵所增加的能量(mH2O),此能量称为扬程H,其计算式为:
其中 H —离心泵扬程(mH2O);
p表—离心泵出口表压(Pa);
p真—离心泵入口真空度(Pa);
r ¾ 流体密度(kg/m3);
离心泵的轴功率N(kW)是指泵轴所消耗的电功率,实验采用功率表测定后,以下式进行计算。
式中:N —离心泵轴功率(kW);
h电—电动机效率,;
h传—机械传动效率,;
N电—电动机的输入功率,由功率表测定。
离心泵的效率h 是理论功率与轴功率的比值。即
而理论功率Nt是离心泵对水所作的有效功,即
(kW)
三、实验流程和主要设备
综合流体力学实验流程
1-离心泵 2-电机 3-水箱 4-涡轮流量计及变送器 5-差压变送器
6, 7-DN40闸阀 8, 9, 10-球阀 11~18-小球阀 19-DN25闸阀 20-压力表 21-真空表
22-小球阀 23-转速传感器
a -f 25´ b -f25´ c -f 25´
2. 主要设备及仪表
供水系统:循环水箱、离心泵IS50-32-125、电机2200W;
测压系统:差压变送器、测压环、连接管路、小球阀;
流量系统:涡轮流量计LWGW40、变送器;
控制柜:智能数显仪、功率表SWP-W-C80、转速表、变频器;
管路系统:由不锈