化工原理实验讲稿Word格式文档下载.docx
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（2）管路的几何尺寸：
管径d，管长l，管壁粗糙度ε；
（3）流动条件：
流速μ。
可表示为：
组合成如下的无因次式：
令
则
式中，
——压降Pa；
hf——直管阻力损失J/kg；
ρ——流体密度kg/m3；
λ——直管摩擦系数，无因次；
l——直管长度m；
d——直管内径m；
u——流体流速，由实验测定m/s；
λ——称为直管摩擦系数。
滞流（层流）时，λ＝64／Re；
湍流时λ是雷诺准数Re和相对粗糙度的函数，须由实验确定.
2．局部阻力
局部阻力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，因局部阻力造成的损失，相当于流体流过与其具有相当管径长度的直管阻力损失，这个直管长度称为当量长度，用符号le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．可将管路中的直骨长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，如管路中直管长度为乙各种局部阻力的当量长度之和为
，则流体在管路中流动时的总阻力损失
为
（2）阻力系数法
流体通过某一管件或阀门时的阻力损失用流体在管路小的动能系数来表示，这种计算局部阻力的方法，称为阻力系数法。
式中，ξ——局部阻力系数，无因次；
u——在小截面管中流体的平均流速，m／s。
由于管件两侧距测压孔问的直管长度很短．引起的摩擦阻力与局部阻力相比，可以忽略不计。
因此hf之值可应用柏努利方程由压差计读数求取。
三、实验装置与流程
1．实验装置
实验装置如图1-1所示。
主要部分由离心泵，不同管径、材质的管子，各种阀门或管件，转子流量计等组成。
从上向下第一根为不锈钢光滑管，第二根为镀锌铁管，分别用于光滑管和粗糙管湍流流体流动阻力的测定。
第三根为不锈钢管，其上装有待测管件（闸阀），用于局部阻力的测定。
倒U型压差计由左向右依次分别为：
光滑管压差计、粗糙管压差计及局部阻力压差计。
本实验的介质为水，由离心泵供给，经实验装置后的水通过地下管道流人储水箱内循环使用。
水流量用装在测试装置的转子流量计测量，直管段和管件的阻力分别用各自的倒U形压差计测量。
2．装置结构尺寸
装置结构尺寸如表1-1所示。
表1-1装置参数
名称
材质
管内径（mm）
测试段长度（m）
装置
（1）
装置
（2）
光滑管
不锈钢食品管
1.2
粗糙管
镀锌铁管
局部阻力
闸阀
图1-1实验装置流程图
1-底阀2-移动框架3-离心泵4-转速传感器5-倒U型压差计6-涡轮流量计7-离心泵流量调节阀18-流量校正阀29-阀310-阀411-阀512-均压环13-光滑管14粗糙管15-局部阻力阀16-压力表、压力传感器17-阻力流量调节阀618-温度计19-真空表、真空度传感器20-泵灌水口21-排水口（关）22-灌水阀23-放水阀
四、实验步骤及注意事项
1．关闭阀1、阀2；
2．打开放水阀与灌水阀，给水泵灌水，灌好水后关闭防水阀与灌水阀。
打开总电源开关，打开仪表电源开关，按下启动按钮启动离心泵
3．缓缓打开阀5，关闭阀6，给倒U型压差计的排气并准备做光滑管阻力测定实验。
4．倒U型压差计的排气方法：
这种压差计，内充空气，以待测液体为指示液，一般用于测量液体小压差的场合。
其结构如图1-2示。
使用的具体步骤是：
排出系统和导压管内的气泡。
关闭进气阀门3和平衡阀门4。
打开高压侧阀
门2、低压侧阀门1和出水活栓5，使高压
侧水经过高压侧阀门2、倒U型差压计玻
璃管、出水活栓排出。
低压侧阀门直接经出水活栓排出系统。
管
路和倒U型差压计中的汽泡排完后，关闭
高压侧阀门2和低压侧阀门1。
打开进气阀门3和平衡阀门4，排出倒
U型差压计中的水。
关闭进气阀3和出水活栓5，打开高压侧
阀门2和低压侧阀门1，让水进入倒U型
差压计中，直到倒U型差压计中的水位高度平衡。
关闭平衡阀门4，查看倒U型差压计中的水位是否平衡，平衡就可以继续进行实验，如不平衡则有漏气现象。
5．当装置确定后，根据和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，因此只要调节流量调节阀，可得一系列λ~Re的实验点，绘出λ～Re曲线。
6．缓缓打开出水阀门6，调节好一个流量，待水稳定后，正确测取压差和流量等有关参数。
然后再改变不同流量，正确读取不同流量下的测取压差和流量等有关参数。
7．根据本装置特点，流量从1m³
/h开始，每次改变0.4m³
/h，测量实验数据并记录，测完数据后整理实验数据并输入实验数据处理是软件处理。
8．做完光滑管实验后，关闭阀5。
9．同理，分别打开阀4、阀3，给倒U型压差计排水后分别进行粗糙管及局部阻力实验。
10．实验结束后，应将装置中的水排放干净。
五、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图形，即可估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，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．对实验结果进行分析讨论。
六、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流量调节阀?
为什么?
2．如何检验测试系统内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，学会离心泵的操作；
2.掌握离心泵特性曲线测定方法。
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V之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的外部表现形式。
由于泵内部流动情况复杂，不能用数学方法计算这一特性曲线，只能依靠实验测定。
1．扬程H的测定与计算
在泵进、出口取截面列柏努利方程：
式中：
p1,p2——分别为泵进、出口的压强N/m2ρ——流体密度kg/m3
u1,u2——分别为泵进、出口的流量m/sg——重力加速度m/s2
当泵进、出口管径一样，且压力表和真空表安装在同一高度，上式简化为：
由上式可知：
只要直接读出真空表和压力表上的数值，就可以计算出泵的扬程。
2．轴功率N的测量与计算
轴的功率可按下式计算：
式中，N—泵的轴功率，W
w—电机输出功率，W
测定泵的轴功率，只需测定电机的输出功率，乘上功率转换中的倍率即可。
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是单位时间内流体自泵得到的功，轴功率N是单位时间内泵从电机得到的功，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：
Ne=HVρg
故
η=Ne/N=HVρg/N
4．速改变时的换算
泵的特性曲线是在指定转速下的数据，就是说在某一特性曲线上的一切实验点，其转速都是相同的。
但是，实际上感应电动机在转矩改变时，其转速会有变化，这样随着流量的变化，多个实验点的转速将有所差异，因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为平均转速下的数据。
换算关系如下：
流量
扬程
轴功率
效率
三、实验装置与流程
离心泵性能特性曲线测定系统装置工艺控制流程图如图2-1
图2-1离心泵实验装置流程示意图
1-底阀2-移动框架3-离心泵4-转速传感器5-倒U型压差计6-涡轮流量计7-离心泵流量调节阀18-流量校正阀29-阀310-阀411-阀512-均压环13-光滑管14粗参管15-局部阻力阀16-压力表17-阻力流量调节阀618-温度计19-真空表20-泵灌水口21-排水口（关）22-灌水阀23-放水阀
1．关闭流量调节阀1。
2．打开总电源空气开关，打开仪表电源开关，仪表上电。
3．打开离心泵排气阀和泵灌水阀，对水泵进行灌水。
（注意：
若采用自来水管对泵进行灌水，在打开灌水阀时要慢慢打开，且只打开一定的开度，不要开的太大，否则会损坏压力表的。
）灌好水后关闭泵的排气阀与灌水阀门。
4．当一切准备就绪后，按下离心泵启动按钮，启动离心泵，这时离心泵启动按钮绿灯亮，开始进行离心泵实验。
5．打开泵的流量调节阀（全开），这时流量达到最大值。
7．等实验数据稳定后，测定泵的真空度p1、泵后压力p2、水温t、流量v及泵的功率并记录。
8．通过调节泵的流量调节阀1调节流量，改变流量的大小，测定每次流量下泵的真空度p1、泵后压力p2、水温t、流量v及泵的功率并记录。
9．以同样的方法改变流量并测定实验数据，最少测8-12次。
同时注意流量不能低于3㎡/h。
（测量流量为0的数据）
10．实验完毕，关闭水泵出口阀，按下仪表台上的水泵停止按钮，停止水泵的运转。
五、实验报告
1．在同一张坐标纸上描绘一定转速下的H～V、N～V、η～V曲线
2．分析实验结果，判断泵较为适宜的工作范围。
3．结果与讨论
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？
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，原因是什么？
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？
4．泵启动后，出口阀如果打不开，压力表读数是否会逐渐上升？
为什么？
5．正常工作的离心泵，在其进口管路上安装阀门是否合理？
6．试分析，用清水泵输送密度为1200Kg／m3的盐水（忽略密度的影响），在相同流量下你认为泵的压力是否变化？
轴功率是否变化？
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