化工基础实验报告

化工基础实验报告

实验名称

班级姓名学号成绩

实验时间同组成员

一、 实验预习 1. 实验目的

（1） 测定湍流状态光滑管、粗糙管的λ随Re 变化关系； （2） 测定湍流状态突扩管、截止阀、球阀的ζ值； （3） 测定层流状态直管道的λ随Re 变化关系； （4） 测定单级离心泵在一定转速下的特性曲线；

（5） 测定单级离心泵出口阀开度一定时的管路特性曲线； （6）

测定孔板流量计的孔流系数C 0随Re 变化关系。

2. 实验原理

（1） 流体阻力测定

流体在管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的作用产生摩擦阻力；在流经弯头、阀门等管件时，由于流体运动的速度和方向突然发生变化，产生局部阻力。这些能量损失都表现为机械能的减少，结合因次分析用h f 表示如下： 直管流体阻力：

22222

2222111u d l u p gZ u p gZ h f

⋅⋅=⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=λρρ 管道局部阻力： 222222222111u u p gZ u p gZ h f

⋅=⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=ζρρ 式中： λ——直管摩擦阻力系数，λ=F （Re,ε/d ）

ζ——管道局部阻力系数，ζ= F （Re ，形状）

对水力学光滑管道：λ=0.3163/Re 0.25

对层流管道：λ=F （Re ）≈64/Re

（2） 离心泵及管路特性曲线测定

离心泵的性能参数取决于泵的内部结构，叶轮形式及转速。泵的性能参数扬程、轴功率、效率随流量的变化关系，即He ～Q 、N 轴～Q 、η～Q 称为离心泵的特性曲线。该特性曲线需由实验测得，计算如下：

H H H H e ∆+-=进口表压出口表压

mH 2O 电传电电轴N N N ⨯=⋅⋅=9.0ηη

kW

1000

⨯⋅⋅⋅=

=

轴轴N q He g N Ne v

ρη Q=3600×q v m 3/h

管路特性是指输送流体时，管路需要的能量H （即从A 到B 流体机械能的差值+阻力损失）随流量Q 的变化关系。本实验中任何一个流量点都是工作点，管路需要的能量与泵提供给管路的能量平衡相等，计算H 的方法同He ：

H H H H H e ∆+-==进口表压出口表压 mH 2O

虽然计算方法相同，但二者操作截然不同。测量He 时，需要固定转速，通过调节阀门改变流量；测量H 时，管路要求固定不动，因此只能通过改变泵的转速来改变流量。 （3） 孔板流量计标定

孔板流量计制造方便，不易堵塞，在生产中使用广泛。其流量计算公式为：

ρ

P

A C q v ∆=20

m 3/s

式中：A 0——孔口面积；

C 0——孔流系数，受雷诺数、孔口与管道面积比影响，通过实验求得； ΔP ——孔板前后压强差，Pa 。

3. 流程装置

图1、流体阻力实验流程

1、水箱

2、离心泵

3、涡轮流量计

4、层流水槽

5、层流管

6、截止阀

7、球阀

8、光滑管

9、粗糙管 10、突扩管 11、孔板流量计 12、流量调节阀

装置中的有关尺寸：

光滑管（不锈钢管）l=1.5m ，d i =0.021m ； 粗糙管（镀锌钢管）l=1.5m ，d i =0.023m ； 层流管 l=1.2m ，d i =0.003m ； 截止阀与球阀d i =0.021m ；

突然扩大 d 小=0.016m ，d 大=0.042m ；

离心泵进出口压力表表心垂直距 ΔH=0.25m ；

孔板孔口面积 A 0=4.52×10-4 m 2。安装管道d=0.026m ，m=0.85

4.实验步骤

（1）测定湍流状态光滑管、粗糙管的λ随Re变化关系。

先将光滑管段的球阀打开，其他管的球阀全部关闭。将光滑管压力测量管的阀门开启，将流量调节阀从小到大调节，分别测量不同流量下的压力降即可。完成后将流量调节阀重新调小，关闭光滑管段的阀门。流量范围1.0~6.0m3/h，测量10个点

再将粗糙管段的球阀打开，重复上述测量步骤。

（2）测定湍流状态突扩管、截止阀、球阀的ζ值；

类似（1）

（3）测定层流状态直管道的λ随Re变化关系

根据实验条件，计算满足层流条件（Re<2000）时，流量应满足的条件。实验时，将层流段的阀门打开，监控管出口的流量以保证满足层流条件。用类似前面的方法测定不同流量下的压力降即可。

（4）测定单级离心泵在一定转速下的特性曲线

将某一段管路的阀门全部开启，固定泵转速不变，调节流量调节阀改变流量，测定泵两侧的表压，总电功，流量。

（5）测定单级离心泵出口阀开度一定时的管路特性曲线

将某一段管路的阀门全部开启，固定流量调节阀不变，调节泵转速改变流量，测定泵两侧的表压。

（6）测定孔板流量计的的孔流系数C0随Re变化关系

打开孔板流量计段的阀门，调节流量调节阀，测定不同流量下半空流量计两侧的压力降。

5.注意事项

1．测定实验数据前，务必排净管路系统中的空气。

2．测定直管湍流状态的阻力时，流量最好在0.8～7m3/h之间，以保证涡轮流量计的测量精度。

3．注意不要超过压力传感器测量上限。

4．不得急速开关阀门，以防损坏设备。

6.预习思考题

1.启动离心泵要注意哪几方面（离心泵启动要素）？

a) 开启入口阀，使液体充满泵体，打开放空阀，将空气排净后关闭。

b) 入口阀全开，出口阀全关，启动电机

c) 当泵出口压力高于操作压力时，逐步打开出口阀

此外还应注意安装高度

停运时，应注意先将泵出口阀关闭，再停泵，防止泵倒转

2.离心泵规格参数的含义？

额定流量：在最佳工作效率下，离心泵运输液体的流量，一般用q v表示，单位m3/h

额定扬程：在最佳工作效率下，离心泵对单位重量液体所提供的能量，用H表示，也称为压头，单位m

轴功率：泵轴所需的功率，也即直接传动时，电动机给泵的功率，一般用P表示，单位为W 有效功率：指液体实际上从泵得到的功率，一般用P e表示，单位为W

效率：有效功率与轴功率之比，用η表示

3.如何测量管道沿程阻力、管件局部阻力？

见实验步骤

4.测量管道阻力或者局部阻力时，如系统中混有气泡，会带来什么影响，如何处理？

入系统中有气泡，会对流量、压降的测定都产生影响，一般来说，由于空气存在会增大流体阻力，使得压降较大。实验开始前应加大水的流量，通一段时间的水，赶走气泡。

5.孔板流量计的标定，需要测取那些数据？以什么为基准？

需要测定流量、压降、液体密度、孔口面积，流量以涡轮流量计为基准，液体密度根据实验温度查出，孔口面积已经给出。

原始数据记录表

1.测定湍流状态光滑管、粗糙管的λ随Re变化关系

2.测定湍流状态突扩管、截止阀、球阀的ζ值