自己写的流体力学综合实验答案.docx
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自己写的流体力学综合实验答案
一．实验目的
1.熟悉离心泵的构造和操作。
2.测定离心泵在一定转速下的特性曲线。
二．基本原理
离心泵的主要性能参数有流量Q、压头H、效率
和轴功率Na，通过实验测出在一定的转速下H-Q、Na-Q及
-Q之间的关系，并以曲线表示，该曲线称为离心泵的特性曲线。
特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用离心泵的重要依据。
1.流量Q的测定在一定转速下，用出口阀调节离心泵的流量Q，用涡轮流量计计量离心泵的流量Q（m3/h）
2.压头H的测定离心泵的压头是指泵对单位重量的流体所提供的有效能量，其单位为m。
在进口真空表和出口压力表两测压点截面间列机械能衡算式得
（m液柱）
（1）
4.离心泵的效率
泵的效率为有效功率与轴功率之比
（3）
式中：
——用kW来计量，则：
（4）
5.转速改变时的换算
特性曲线是某指定转速下的特性曲线，如果实验时转速与指定转速有差异，应将实验结果换算为指定转速下的数值：
泵的特性曲线是在定转速下的实验测定所得。
但是，实际上感应电动机在转矩改变时，其转速会有变化，这样随着流量Q的变化，多个实验点的转速n将有所差异，因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为某一定转速n′下（可取离心泵的额定转速2900rpm）的数据。
换算关系如下：
；
；
三．实验装置流程和主要设备
1.实验装置流程
离心泵性能测定实验装置的流程如下图所示。
1－离心泵；2－进口压力变送器；3－铂热电阻（测量水温）；4－出口压力变送器；5－电气仪表控制箱；6－均压环；7－粗糙管；8－光滑管（离心泵实验中充当离心泵管路）；9－局部阻力管；10－管路选择球阀；11－涡轮流量计；12－局部阻力管上的闸阀；13－电动调节阀；14－差压变送器；15－水箱
四．实验步骤
１．实验准备：
（1）实验用水准备：
清洗水箱，并加装实验用水。
（2）离心泵排气：
通过灌泵漏斗给离心泵灌水，排出泵内气体。
2、开始实验：
（1）仪表自检情况，打开泵进口阀，关闭泵出口阀，试开离心泵，检查电机运转时声音是否正常，，离心泵运转的方向是否正确。
（2）开启离心泵，当泵的转速达到额定转速后，打开出口阀。
（3）实验时，通过组态软件或仪表逐渐改变出口流量调节阀的开度，使泵出口流量从1000L/h逐渐增大到4000L/h，每次增加500L/h。
在每一个流量下，待系统稳定流动5分钟后，读取相应数据。
离心泵特性实验主要需获取的实验数据为：
流量Q、泵进口压力p1、泵出口压力p2、电机功率N电、泵转速n，及流体温度t和两测压点间高度差H0（H0＝0.1m）。
（4）实验结束，先关闭出口流量调节阀，再停泵。
然后记录下离心泵的型号，额定流量、额定转速、扬程和功率等。
五．实验数据记录与处理
心崩子型号=MS60/0.5J额定流量=60L/min额定扬程=19.5m额定功率=2850r/min
泵进出口测压点高度差H0=0m流体温度=29.4℃
由于感应电动机在转矩改变时，其转速会有变化，这样随着流量Q的变化，多个实验点的转速n将有所差异，将实测数据换算为某一定转速n′=2840r/min下的数据。
离心泵特性曲线测定记录表
实验次数
流体温度t（℃）
流量Q（m3/h）
泵进口压力P1（kPa）
泵出口压力P2（kPa）
电机功率N电（Kw）
泵转速n（r/min）
1
33.1
0.99
-4.5
221.3
0.475
2840
2
33.4
1.48
-4.7
215.4
0.501
2840
3
33.6
1.99
-5.1
205.9
0.523
2840
4
34.1
2.49
-5.5
197.4
0.559
2840
5
34.6
3.01
-6.1
187.7
0.593
2840
6
35.1
3.48
-6.7
175.6
0.621
2840
7
36.0
4.01
-6.8
159.4
0.644
2840
实验次数
流量Q（m3/h）
扬程H（m）
轴功率N（kw）
泵功率η（%）
1
0.99
22.73
0.441
13.9
2
1.48
22.17
0.446
20.0
3
1.99
21.25
0.487
23.6
4
2.49
20.43
0.520
26.6
5
3.01
19.79
0.563
28.8
6
3.48
18.62
0.590
29.9
7
4.01
17.24
0.625
30.1
六．结果讨论与分析
（1）离心泵在启动时要关闭出口阀的原因是防止空气进入泵体，导致水抽上离心泵。
每次实验前，均需对泵进行灌泵操作，以防止离心泵气缚。
不能在出口阀关闭状态下长时间使泵运转，一般不超过三分钟，否则泵中液体循环温度升高，易生气泡，使泵抽空。
（2）离心泵在固定的转速下扬程是固定的，可调节出口阀来调节导流面积，简单易行。
（3）泵启动后，出口阀如果不开，压力表读数并不会逐渐上升，在上升到一定程度之后就会达到平衡点不再上升。
（4）根据图中最高效率的曲线的点仅为30%。
离心泵特性曲线图中效率并没有书中所述的最高点，而是呈现一种上升趋势，最高效率仅为泵的30%，可能因为数据不足导致曲线无法完全呈现。
七.思考题
1.试从所测实验数据分析，离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门？
答：
从离心式水泵的扬程－流量特性曲线来看是一条下降的曲线，在泵的出口阀门关闭的情况下启动，泵没有流量，因而电机的处于轻载状态下工作（流量与扬程的积反映电机功率大小）。
如果用轴流式的水泵就情况相反了，必须是开阀启动，此时电机的功率最小。
2.启动离心泵之前为什么要引水灌泵？
如果灌泵后依然启动不起来，你认为可能的原因是什么？
答：
离心泵之所以能把水送出去是由于离心力的作用。
水泵在工作前，泵体和进水管必须罐满水形成真空状态，当叶轮快速转动时，叶片促使水快速旋转，旋转着的水在离心力的作用下从叶轮中飞去，泵内的水被抛出后，叶轮的中心部分形成真空区域。
水源的水在大气压力（或水压）的作用下通过管网压到了进水管内。
这样循环不已，就可以实现连续抽水。
引水灌泵是为了防止气缚的发生；泵不启动可能是电路问题或是泵本身已损坏
3.为什么用泵的出口阀门调节流量？
这种方法有什么优缺点？
是否还有其他方法调节流量？
答：
用出口阀门调解流量而不用泵前阀门调解流量保证泵内始终充满水，用泵前阀门调节过度时会造成泵内出现负压，使叶轮氧化，腐蚀泵。
还有的调节方式就是增加变频装置
4.泵启动后，出口阀如果不开，压力表读数是否会逐渐上升？
为什么？
答：
当泵不被损坏时，真空表和压力表读数会恒定不变，水泵不排水空转不受外网特性曲线影响造成的。
5.正常工作的离心泵，在其进口管路上安装阀门是否合理？
为什么？
答：
合理，主要就是检修，否则可以不用阀门。
6.试分析，用清水泵输送密度为1200Kg/ｍ的盐水，在相同流量下你认为泵的压力是否变化？
轴功率是否变化？
答：
如果选用的是同一台水泵，同样的电机功率，外网不变的情况下，那么压力不会变化，轴功率会增加。
一.实验目的
（1）辨别组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。
（2）测定流体在圆形直管内流动时摩擦系数λ与雷诺数Re的关系。
（3）测定流体流经闸阀时的局部阻力系数。
二．基本原理
（1）直管阻力摩擦系数λ的测定
流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：
则直管阻力摩擦系数可写成：
雷诺准数Re的定义是：
层流时：
湍流时：
λ是雷诺准数Re和相对粗糙度（ε/d）的函数。
完全湍流时：
λ只是相对粗糙度（ε/d）的函数。
上式中d：
直管内径，m；
：
流体在l米直管内流动时由于流动阻力而产生的压降，Pa；
：
单位质量流体流经l米直管时产生的流动阻力，J/kg；
ρ：
流体密度，kg/m3；
l：
直管长度，m；
u：
流体在管内流动的平均流速，m/s；
μ：
流体粘度，Pa·s。
其中l、d为装置参数，ρ、μ通过测定流体温度，再查有关手册而得，u通过测定流体流量，再由管径计算得到。
本装置采用涡轮流量计测流量V（m3/h），则
采用倒置U型管液柱压差计和差压变送器测量。
（2）局部阻力系数的测定
根据阻力系数法，流体通过某一管件或阀门时的机械能损失可表示为流体在管内流动时平均动能的某一倍数，即：
故
式中：
局部阻力系数，无因次；
：
局部阻力引起的压降，Pa（本装置中，所测得的压降应扣除两测压口间直管段的压降后才是闸阀局部阻力引起的压降，直管段的压降由直管阻力实验结果求取）。
三．实验装置与流程
1－离心泵；2－进口压力变送器；3－铂热电阻（测量水温）；4－出口压力变送器；5－电气仪表控制箱；6－均压环；7－粗糙管；8－光滑管（离心泵实验中充当离心泵管路）；9－局部阻力管；10－管路选择球阀；11－涡轮流量计；12－局部阻力管上的闸阀；13－电动调节阀；14－差压变送器；15－水箱
图1实验装置流程示意图
2.实验流程
实验对象部分是由贮水箱，离心泵，不同管径、材质的水管，各种阀门、管件，涡轮流量计和倒U型压差计等所组成的。
管路部分有三段并联的长直管，分别为用于测定局部阻力系数，光滑管直管阻力系数和粗糙管直管阻力系数。
测定局部阻力部分使用不锈钢管，其上装有待测管件（闸阀）；光滑管直管阻力的测定同样使用内壁光滑的不锈钢管，而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较粗糙的镀锌管。
水的流量使用涡轮流量计测量，管路和管件的阻力采用差压变送器将差压信号传递给无纸记录仪。
3．装置参数
四．实验步骤
1．泵启动：
首先对水箱进行灌水，然后关闭出口阀，打开总电源和仪表开关，启动水泵，待电机转动平稳后，把出口阀缓缓开到最大。
2.实验管路选择：
选择实验管路，把对应的进口阀打开，并在出口阀最大开度下，保持全流量流动5－10min。
流体力学综合实验装置（LB201D）——实验指导书
3．流量调节：
通过离心泵变频器调节管路流量，让流量从1到4m3/h范围内变化，建议每次实验变化0.5m3/h左右。
每次改变流量，待流动达到稳定后，记下对应的压差值；自控状态，流量控制界面设定流量值或设定电动调节阀开度，待流量稳定记录相关数据即可。
4．计算：
装置确定时，根据PΔ和u的实验测定值，可计算λ和ξ，在等温条件下，雷诺数Re=duρ/μ=Au，其中A为常数，因此只要调节管路流量，即可得到一系列λ～Re的实验点，从而绘出λ～Re曲线。
5．实验结束：
关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，清理装置。
五．实验数据记录
光滑管
实验次数
流量m3/h
流速m/s
压降kPa
雷诺数Re
温度℃
1
1.00
0.88
0.32
2.5x104
35.4
2
1.50
1.33
0.69
3.6x104
35.2
3
2.00
1.77
1.24
4.8x104
35.1
4
2.50
2.21
1.85
6.0x104
35.0
5
2.99
2.64
2.59
7.2x104
35.0
6
3.50
3.09
3.42
8.4x104
35.1
7
4.01
3.55
4.40
9.7x104
35.2
粗糙管
实验次数
流量m3/h
流速m/s
压降kPa
雷诺数Re
温度℃
1
1.00
0.80
0.57
2.3x104
36.0
2
1.49
1.19
1.31
3.5x104
35.8
3
2.00
1.60
2.35
4.7x104
35.7
4
2.50
2.00
3.68
5.8x104
35.6
5
3.00
2.40
5.30
7.0x104
35.6
6
3.51
2.81
7.13
8.2x104
35.6
7
4.00
3.21
9.33
9.3x104
35.6
局部阻力管
实验次数
流量m3/h
流速m/s
压降kPa
雷诺数Re
温度℃
1
1.00
0.88
0.48
2.4x104
34.9
2
1.50
1.33
1.01
3.6x104
34.7
3
2.00
1.77
1.72
4.8x104
34.7
4
2.50
2.21
2.59
6.0x104
34.6
5
3.00
2.65
3.61
7.2x104
34.6
6
3.50
3.09
4.87
8.4x104
34.6
7
4.00
3.55
6.34
9.7x104
34.7
六．实验结果
1．根据粗糙管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出λ～Re曲线，对照化工原理教
上有关曲线图，即可估算出该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。
列出λ～Re表:
1
2
3
4
5
6
7
λ
0.03763
0.03909
0.03879
0.03887
0.03888
0.03815
0.03826
雷诺数Re
2.3x104
3.5x104
4.7x104
5.8x104
7.0x104
8.2x104
9.3x104
对照书上图得相对粗糙度为0.01
绝对粗糙度为=0.000263m
2．根据光滑管实验结果，对照柏拉修斯方程，计算其误差。
1
2
3
4
5
6
7
λ1
0.01663
0.01570
0.01593
0.01524
0.01495
0.01441
0.01405
λ2
0.02516
0.02297
0.02138
0.02022
0.01932
0.01859
0.01793
误差%
51
46
34
33
29
29
28
3．根据局部阻力实验结果，求出闸阀全开时的平均ξ值。
ξ1
ξ2
ξ3
ξ4
ξ5
ξ6
ξ7
0.127
0.117
0.113
0.109
0.105
0.105
0.103
平均ξ值=（0.127+0.117+0.113+0.109+0.105+0.105+0.103）/7=0.111
七．实验结果分析与讨论
7.1开启、关闭管道上的各阀门及倒U型差压计上的阀门时，一定要缓慢开关，切忌用力过猛过大，防止测量仪表因突然受压、减压而受损（如玻璃管断裂，阀门滑丝等）。
7.2根据粗糙管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出λ～Re曲线，对照有关曲线图，即可估算出该管的相对粗糙度和绝对粗糙度分别为0.007和0.000147，说明作出的图线较为符合图中所描述的曲线。
7.3通过柏拉修斯方程，修正光滑管中的数据，相对误差为30~50%左右，误差较大，说明修正方程与实际测量存在较大误差。
根据局部阻力实验结果，求出闸阀全开时的平均ξ值为0.111左右。
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