食品工程原理实验讲义Word文件下载.docx

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Do＝30mm

内径:

Di＝24.5mm

孔板流量计孔板内径:

do＝9.0mm

四、实验步骤

1.实验前的准备工作

（1）实验前应仔细调整示踪剂注入管4的位置，使其处于实验管道6的中心线上。

（2）向红墨水储瓶2中加入适量稀释过的红墨水，作为实验用的示踪剂。

（3）关闭流量调节阀7，打开进水阀3，使水充满水槽并有一定的溢流，以保证水槽内的液位恒定。

（4）排除红墨水注入管4中的气泡，使红墨水全部充满细管道中。

2.雷诺实验过程

（1）调节进水阀，维持尽可能小的溢流量。

轻轻打开阀门7，让水缓慢流过实验管道。

（2）缓慢且适量地打开红墨水流量调节阀，即可看到当前水流量下实验管内水的流动状况（层流流动如图1-2所示）。

用体积法（秒表计量时间、量筒测量出水体积）可测得水的流量并计算出雷诺准数。

因进水和溢流造成的震动，有时会使实验管道中的红墨水流束偏离管的中心线或发生不同程度的摆动；

此时,可暂时关闭进水阀3，过一会儿，即可看到红墨水流束会重新回到实验管道的中心线。

图1-2层流流动示意图

（3）逐步增大进水阀3和流量调节阀7的开度，在维持尽可能小的溢流量的情况下提高实验管道中的水流量，观察实验管道内水的流动状况（过渡流、湍流流动如图1-3所示）。

同时，用体积法测定流量并计算出雷诺准数。

图1-3过渡流、湍流流动示意图

3．流体在圆管内流动速度分布演示实验

首先将进口阀3打开，关闭流量调节阀7。

打开红墨水流量调节阀，使少量红墨水流入不流动的实验管入口端。

再突然打开流量调节阀7，在实验管路中可以清晰地看到红墨水流动所形成的，如图1-4所示的速度分布。

图1-4速度分布示意图

4.实验结束时的操作

（1）关闭红墨水流量调节阀，使红墨水停止流动。

（2）关闭进水阀3，使自来水停止流入水槽。

（3）待实验管道冲洗干净，水中的红色消失时,关闭流量调节阀7。

（4）若日后较长时间不用，请将装置内各处的存水放净。

五、注意事项

做层流流动时,为了使层流状况能较快地形成，而且能够保持稳定。

第一，水槽的溢流应尽可能的小。

因为溢流大时，上水的流量也大，上水和溢流两者造成的震动都比较大，影响实验结果。

第二，应尽量不要人为地使实验装置产生任何震动。

为减小震动，若条件允许，可对实验架进行固定。

实验二、流体流动阻力测定实验

⒈学习直管摩擦阻力△Pf、直管摩擦系数λ的测定方法。

⒉掌握不同流量下摩擦系数λ与雷诺数Re之间关系及其变化规律。

⒊学习压差传感器测量压差，流量计测量流量的方法。

⒋掌握对数坐标系的使用方法。

⒈测定既定管路内流体流动的摩擦阻力和直管摩擦系数λ。

⒉测定既定管路内流体流动的直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间关系曲线和关系式。

三、实验原理

流体在圆直管内流动时，由于流体的具有粘性和涡流的影响会产生摩擦阻力。

流体在管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和摩擦系数有关，它们之间存在如下关系。

hf==λ=Re=

式中：

管径，m；

直管阻力引起的压强降，Pa；

管长，m；

管内平均流速，m/s；

流体的密度，kg/m3；

流体的粘度，N·

s/m2。

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V）之间的关系。

根据实验数据和式6-2可以计算出不同流速（流量V）下的直管摩擦系数λ，用式6-3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。

四、实验流程及主要设备参数：

1.实验流程图:

见图2-1

水泵8将储水槽9中的水抽出,送入实验系统,首先经玻璃转子流量计2测量流量,然后送入被测直管段5或6测量流体流动的光滑管或粗糙管的阻力,或经7测量局部阻力后回到储水槽,水循环使用。

被测直管段流体流动阻力△p可根据其数值大小分别采用变送器18或空气—水倒置∪型管10来测量。

2．主要设备参数：

被测光滑直管段:

第一套管径d—0.01（m）管长L—1.6（m）材料:

不锈钢管

第二套管径d—0.095（m）管长L—1.6（m）材料:

被测粗糙直管段:

第二套管径d—0.0095（m）管长L—1.6（m）材料:

2.被测局部阻力直管段:

管径d—0.015（m）管长L—1.2（m）材料:

3.压力传感器:

型号:

LXWY测量范围:

200KPa

压力传感器与直流数字电压表连接方法见图2

4.直流数字压差表:

PZ139测量范围:

0～200KPa

5.离心泵:

WB70/055流量:

8（m3／h）扬程:

12（m）

电机功率:

550（W）

6.玻璃转子流量计:

型号测量范围精度

LZB—40100～1000（L／h）1.5

LZB—1010～100（L／h）2.5

图2-1

五、实验方法

1.向储水槽内注水,直到水满为止。

（有条件最好用蒸馏水,以保持流体清洁）

2.直流数字表的使用方法请详细阅读使用说明书。

3.大流量状态下的压差测量系统,应先接电予热10～15分钟,调好数字表的零点,方可启动泵做实验。

4.检查导压系统内有无气泡存在.

当流量为零时,若空气—水倒置∪型管内两液柱的高度差不为零,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:

将流量调至最大,把所有的阀门全部打开，排出导压管内的气泡,直至排净为止。

5.测取数据的顺序可从大流量至小流量,反之也可,一般测15～20组数,建议当流量读数小于300L／h时,只用空气—水倒置∪型管测压差△P。

6.局部阻力测定时关闭阀门3和4，全开或半开阀门7，用倒置U型管关测量远端、近端压差并能测出局部阻力系数。

7.待数据测量完毕,关闭流量调节阀,切断电源。

六、实验注意事项：

1.利用压力传感器测大流量下△P时,应切断空气—水倒置∪型管闭阀门13、13’否则影响测量数值。

2.若较长时间内不做实验,放掉系统内及储水槽内的水。

3.在实验过程中每调节一个流量之后应待流量和直管压降的数据稳定以后方可记录数据。

4.较长时间未做实验,启动离心泵之前应先盘轴转动否则易烧坏电机。

七、数据处理：

（1）λ─Re的计算

在被测直管段的两取压口之间列柏努利方程式,可得:

△Pf＝△P

（1）

△PfLu2

hf＝───＝λ────

（2）

ρd2

2d△Pf

λ＝────（3）

Lρu2

duρ

Re＝───（4）

μ

符号意义:

d─管径（m）L─管长（m）u─流体流速（m／s）

△Pf─直管阻力引起的压降（N／m2）

ρ─流体密度（Kg／m3）μ─流体粘度（Pa.s）

λ─摩擦阻力系数Re─雷诺准数

测得一系列流量下的△Pf之后,根据实验数据和式

（1）,（3）计算出不同流速下的λ值。

用式（4）计算出Re值,从而整理出λ─Re之间的关系,在双对数坐标纸上绘出λ─Re曲线。

（2）.局部阻力的计算：

Hf局=ΔP局/ρ=（2ΔP近-ΔP远）/ρ=ξ×

（u2/2）

实验三、离心泵性能测定实验

一、实验目的：

1、熟悉离心泵的结构与操作方法，了解压力、流量的测量方法。

2、掌握离心泵特性曲线、管路特性曲线的测定方法、表示方法，加深对离心泵性能的了解。

二、实验内容：

1、熟悉离心泵的结构与操作。

2、手动（或计算机自动采集数据和过程控制）测定某型号离心泵在一定转速下，Q（流量）与H（扬程）、N（轴功率）、η（效率）之间的特性曲线以及特定管路条件下的管路特性曲线。

三、实验原理：

A、离心泵性能的测定：

离心泵是最常见的液体输送设备。

对于一定型号的泵在一定的转速下，离心泵的扬程H、轴功率N及效率η均随流量Q的改变而改变。

通常通过实验测出Q-H、Q-N及Q-η关系，并用曲线表示之，称为特性曲线。

特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用泵的重要依据。

本实验中使用的即为测定离心泵特性曲线的装置，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以1N流体为基准列柏努利方程

（1-1）

上式中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，值很小，故可忽略。

于是上式变为：

（1-2）

将测得的高差和的值以及计算所得的u入，u出代入式1-2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

％

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

Q—泵的流量，m3/s,ρ—水的密度，kg/m3

B、管路特性曲线的测定：

在特定的管路条件下，应用变频调速器改变电机的频率，相应改变了泵的转速（流量）。

分别测量泵的扬程、流量，即可得到管路特性曲线。

四、实验流程及设备主要技术参数：

1、实验流程：

水泵将储水槽中的水抽出,送入实验系统,由出口调节阀控制流量，经涡轮流量计计量流量后经流回储水槽循环使用。

2、主要仪器设备一览表：

流量公式：

Q=F/K*3600/1000，其中F为频率数，K为涡轮流量计仪表常数。

泵入口，出口测压点间的距离（Z2-Z1）=0.180米

泵入口，出口管内径d1、d2=0.050米

序号

名称

规格型号

1

储水箱

不锈钢450×

500×

550

2

离心泵

WB70/055

3

出口调节阀

铜质截止阀，通径40

4

变频调速器

NS

五、实验操作：

实验前，向储水槽加入蒸馏水，合上电源总开关。

实验操作：

将出口调节阀关到零位。

1、按照变频调速器说明设定（Fn-11为0；

Fn-10为0）后在并设定变频调速器的频率（50）。

2、启动离心泵；

改变流量调节阀的位置，分别记录稳定后各流量下的流量、泵进出口压力和电机输入功率值，测8--10组数据（流量调节阀的位置从零位到最大）。

处理数据后