化工原理实验指导Word文档格式.docx
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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。
滞流（层流）时，
（3）
（4）
Re—雷诺准数，无因次；
μ—流体粘度，kg/（m·
s）。
湍流时λ是雷诺准数Re和相对粗糙度（ε/d）的函数，须由实验确定。
由式
（2）可知，欲测定λ，需确定l、d，测定、u、ρ、μ等参数。
l、d为装置参数（装置参数表格中给出），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。
例如本装置采用涡轮流量计测流量，V，m3/h。
（5）
可用U型管、倒置U型管、测压直管等液柱压差计测定，或采用差压变送器和二次仪表显示。
（1）当采用倒置U型管液柱压差计时
（6）
R－水柱高度，m。
（2）当采用U型管液柱压差计时
（7）
R－液柱高度，m；
－指示液密度，kg/m3。
根据实验装置结构参数l、d，指示液密度，流体温度t0（查流体物性ρ、μ），及实验时测定的流量V、液柱压差计的读数R，通过式（5）、（6）或（7）、（4）和式
（2）求取Re和λ，再将Re和λ标绘在双对数坐标图上。
2．局部阻力系数的测定
局部阻力损失通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。
（1）当量长度法
流体流过某管件或阀门时造成的机械能损失看作与某一长度为的同直径的管道所产生的机械能损失相当，此折合的管道长度称为当量长度，用符号表示。
这样，就可以用直管阻力的公式来计算局部阻力损失，而且在管路计算时可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，则流体在管路中流动时的总机械能损失为：
（8）
（2）阻力系数法
流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数，局部阻力的这种计算方法，称为阻力系数法。
即：
（9）
故（10）
式中：
—局部阻力系数，无因次；
－局部阻力压强降，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，直管段的压降由直管阻力实验结果求取。
）
ρ—流体密度，kg/m3；
g—重力加速度，9.81m/s2；
u—流体在小截面管中的平均流速，m／s。
待测的管件和阀门由现场指定。
本实验采用阻力系数法表示管件或阀门的局部阻力损失。
根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径d，指示液密度，流体温度t0（查流体物性ρ、μ），及实验时测定的流量V、液柱压差计的读数R，通过式（5）、（6）或（7）、（10）求取管件或阀门的局部阻力系数。
三、实验装置与流程
1．实验装置
实验装置如图1所示：
1－水箱；
2－管路泵；
3－转子流量计；
4－球阀；
5－倒U型差压计；
6－均压环；
7－球阀；
8－局部阻力管上的闸阀；
9－出水管路闸阀；
10－水箱放水阀；
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。
流量使用涡轮流量计测量，将涡轮流量计的信号传给相应的显示仪表显示出转速，管路和管件的阻力采用倒U型差压计直接读出读数。
3．装置参数
装置参数如表1所示。
由于管子的材质存在批次的差异，所以可能会产生管径的不同，所以表1中的管内径只能做为参考。
装置1
名称
材质
管内径（mm）
测量段长度（cm）
管路号
管内径
局部阻力
闸阀
1A
20.0
95
光滑管
不锈钢管
1B
100
粗糙管
镀锌铁管
1C
21.0
表1
四、实验步骤
1.实验准备：
（1）清洗水箱，清除底部杂物，防止损坏泵的叶轮和涡轮流量计。
关闭箱底侧排污阀，灌清水至离水箱上缘约15cm高度，既可提供足够的实验用水又可防止出口管处水花飞溅。
（2）接通控制柜电源，打开总开关电源及仪表电源，进行仪表自检。
打开水箱与泵连接管路间的球阀，关闭泵的回流阀，全开转子流量计下的闸阀。
如上步骤操作后，若泵吸不上水，可能是叶轮反转，首先检查有无缺相,一般可从指示灯判断三相电是否正常。
其次检查有无反相,需检查管道离心泵电机部分电源相序，调整三根火线中的任意两线插口即可。
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。
3.排气：
先进行管路的引压操作。
需打开实验管路均压环上的引压阀，对倒U型管进行操作如下，其结构如图2所示。
a）排出系统和导压管内的气泡。
关闭管路总出口阀9，使系统处于零流量、高扬程状态。
关闭进气阀门（3）和出水活栓（5）以及平衡阀门（4）。
打开高压侧阀门
（2）和低压侧阀门
（1）使实验系统的水经过系统管路、导压管、高压侧阀门
（1）、倒U形管、低压侧阀门
（2）排出系统。
b）玻璃管吸入空气。
排净气泡后，关闭
（1）和
（2）两个阀门，打开平衡阀（4）和出水活栓（5）进气阀（3），使玻璃管内的水排净并吸入空气。
c）平衡水位。
关闭阀（4）、（5）、（3），然后打开
（1）和
（2）两个阀门，让水进入玻璃管至平衡水位（此时系统中的出水阀门始终是关闭的，管路中的水在零流量时，U形管内水位是平衡的，压差计即处于待用状态。
d）被测对象在不同流量下对应的差压，就反应为倒U型管压差计的左右水柱之差。
4．流量调节：
进行不同流量下的管路压差测定实验。
让流量从0.8到4m3/h范围内变化，建议每次实验变化0.5m3/h左右。
由小到大或由大到小调节管路总出口阀，每次改变流量，待流动达到稳定后，读取各项数据，共作8－10组实验点。
主要获取实验参数为：
流量Q、测量段压差P，及流体温度t。
5．实验结束：
实验完毕，关闭管路总出口阀，然后关闭泵开关和控制柜电源，将该管路的进口球阀和对应均压环上的引压阀关闭，清理装置（若长期不用，则管路残留水可从排空阀进行排空，水箱的水也通过排水阀排空）。
五、实验数据处理
根据上述实验测得的数据填写到下表：
实验日期：
实验人员：
学号：
温度：
装置号：
直管基本参数：
光滑管径粗糙管径局部阻力管径
序号
流量（m3/h）
光滑管mmH2O
粗糙管mmH2O
局部阻力mmH2O
左
右
压差
六、实验报告
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，对照化工原理教材上有关曲线图，即可估算出该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。
2．根据光滑管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出λ～Re曲线，对照柏拉修斯方程，计算其误差。
3．根据局部阻力实验结果，求出闸阀全开时的平均ξ值。
4．对以上的实验结果进行分析讨论。
七、思考题
1．在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的出口阀?
为什么?
2．如何检测管路中的空气已经被排除干净?
3．以水做介质所测得的λ～Re关系能否适用于其它流体?
如何应用?
4．在不同设备上（包括不同管径），不同水温下测定的λ～Re数据能否关联在同一条曲线上?
5．如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响?
实验二离心泵特性曲线测定
1．了解离心泵结构与特性，熟悉离心泵的使用；
2．掌握离心泵特性曲线测定方法；
3．了解电动调节阀的工作原理和使用方法。
二、基本原理
离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程H、轴功率N及效率η与泵的流量Q之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。
由于泵内部流动情况复杂，不能用理论方法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。
1．扬程H的测定与计算
取离心泵进口真空表和出口压力表处为1、2两截面，列机械能衡算方程：
（1－1）
由于两截面间的管长较短，通常可忽略阻力项，速度平方差也很小故可忽略，则有
（1－2）
，表示泵出口和进口间的位差，m；
和
ρ——流体密度，kg/m3；
g——重力加速度m/s2；
p1、p2——分别为泵进、出口的真空度和表压，Pa；
H1、H2——分别为泵进、出口的真空度和表压对应的压头，m；
u1、u2——分别为泵进、出口的流速，m/s；
z1、z2——分别为真空表、压力表的安装高度，m。
由上式可知，只要直接读出真空表和压力表上的数值，及两表的安装高度差，就可计算出泵的扬程。
2．轴功率N的测量与计算
（W）（1－3）
其中，N电为电功率表显示值，k代表电机传动效率，可取。
3．效率η的计算
泵的效率η是泵的有效功率Ne与轴功率N的比值。
有效功率Ne是单位时间内流体经过泵时所获得的实际功，轴功率N是单位时间内泵轴从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。
泵的有效功率Ne可用下式计算：
（1－4）
故泵效率为（1－5）
4．转速改变时的换算
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：
流量（1－6）
扬程（1－7）
轴功率（1－8）
效率（1－9）
三、实验装置与流程
离心泵特性曲线测定装置流程图如下：
2－离心泵；
3－转速传感器；
4－泵出口压力表；
5－玻璃转子流量计；
6－出口流量调节闸阀；
7－灌泵漏斗；
8－泵进口压力表；
9－温度计；
图1 实验装置流程示意图
四、实验步骤及注意事项
１．实验步骤：
（1）清洗水箱，并加装实验用水。
通过灌泵漏斗给离心泵灌水，排出泵内气体。
（2）检查各阀门开度和仪表自检情况，试开状态下
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