离心泵性能测定实验

离心泵性能测定实验一、实验目的：1、了解离心泵的构造，掌握其操作和调节方法；2、测量离心泵在恒定转数下的特性曲线，并确定其最佳工作范围；3、测量管路特性曲线及双泵并联时特性曲线；4、了解工作点的含义及确定方法；5、测定孔板流量计孔流系数C0与雷诺数Re的关系（选做）。二、基本原理：1、离心泵特性曲线测定离心泵的特征方程是从理论上对离心泵中液体质点的运动情况进行分析研究后，得出的离心泵压头与流量的关系。离心泵的性能受到泵的内部结构、叶轮形式和转数的影响，故在实际工作中，其内部流动的规律比较复杂，实际压头要小于理论压头。因此，离心泵的扬程尚不能从理论上作出精确的计算，需要实验测定。在一定转数下，泵的扬程、功率、效率与其流量之间的关系，即为特性曲线。泵的扬程可由进、出口间的能量衡算求得：He=H压力表+H真空表+H0[m]其中：H真空表，H压力表分别为离心泵进出口的压力[m]；H0为两测压口间的垂直距离，H0=0.3m。N轴=N电机•η电机•η传动[kw]其中：η电机—电机效率，取0.9；η传动—传动装置的效率，取1.0；102HeQN[kw]因此，泵的总效率为：轴NNe2、孔板流量计孔流系数的测定孔板流量计孔板孔径处的流速u0可以简化为：u0=C0（2gh）1/2根据u0和S0，即可算出流体的体积流量Vs为：Vs=u0S0=C0S0（2gh）1/2或：Vs=C0S0（2△p/ρ）1/2式中Vs——流体的体积流量，m3/s；△p——孔板压差，Pa；S0——孔口面积，m2；ρ——流体的密度，kg/m3；C0——孔流系数。孔流系数的大小由孔板锐孔的形状、测压口的位置、孔径与管径比和雷诺数共同决定，具体数值由实验确定。当d0/d1一定，雷诺数Re超过某个数值后，C0就接近于定值。通常工业上定型的孔板流量计都在C0为常数的流动条件下使用。三、实验流程与操作：1、流程说明：水箱内的清水，自泵的吸入口进入离心泵，在泵壳内获得能量后，由出口排出，流经孔板流量计和流量调节阀后，返回水箱，循环使用。同时，在流程中还安装了涡轮流量计，以其为标准，可以对孔板流量计的孔流系数进行校正。本实验过程中，需测定液体的流量、离心泵进口和出口处的压力、以及电机的功率；另外，为了便于查取物性数据，还需测量水的温度。图一、离心泵流程图1水箱2离心泵3涡轮流量计4孔板流量计d=21mm5流量调节阀2、操作说明：⑴先熟悉流程中的仪器设备及与其配套的电器开关，并检查水箱内的水位，然后按下“离心泵”按钮，开启离心泵；⑵测定离心泵特性曲线，在恒定转数下用流量调节阀5调节流量进行实验，用涡轮流量计4计量流量，测取10组以上数据。为了保证实验的完整性，应测取零流量时的数据；⑶测定管路特性曲线，先将流量调节阀5固定在某一开度，利用变频器改变电机的频率，用以改变流量，用涡轮流量计4计量流量，测取8组以上数据（在实验过程中，变频仪的最大输出频率最好不要超过50Hz，以免损坏离心泵和电机）；⑷测定不同转速下的离心泵扬程线，首先固定离心泵电机频率，通过调节流量调节阀5，测定该转速下的离心泵扬程与流量的关系。然后，再改变频率，再通过调节流量调节阀5，测定此转速下的离心泵扬程与流量的关系。就可以得到不同转速下离心泵的扬程随流量的变化关系。⑸进行双泵的并联的实验时，其方法与测量单泵的特性曲线相似，只是流程上有所差异。首先，将两台离心泵启动，打开离心泵连通阀，使1#设备与2#设备连通，调节1#或2#设备上的流量调节阀进行实验。其他操作方法与单台泵相同。此实验只能测定离心泵并联时的扬程与流量的关系，而不能测定离心泵并联时轴功率及效率与流量的关系。注：在离心泵实验中，测定管路特性曲线及不同转速下的离心泵扬程线必须使用变频器。四、报告要求1、画出离心泵的特性曲线，确定该泵较为适宜的工作范围。2、绘出管路特性曲线3、做出C0—Re曲线。五、思考题1、根据离心泵的工作原理，分析为什么离心泵启动前要灌泵？在启动前为何要关闭调节阀？2、试分析气缚现象与气蚀现象的区别。3、从你所得的特性曲线中分析，如果要增加该泵的流量范围，你认为可以采取哪些措施？流体流动阻力实验一、实验目的：6、掌握直管摩擦阻力系数的测量方法；7、掌握突扩管及阀门的局部阻力系数的测定方法；8、回归光滑管的λ—Re曲线，并与相应的经验公式进行比较；9、回归层流管的λ—Re曲线，并与相应的经验公式进行比较（选做内容）；二、基本原理：不可压缩流体（如水），在圆形直管中作稳定流动时，由于粘性和涡流的作用产生摩擦阻力；流体在流过突然扩大和弯头等管件时，由于流体运动的速度和方向突然发生变化，产生局部阻力。影响流体阻力的因素较多，在工程研究中，利用因次分析法简化实验，引入无因此数群：雷诺数：duRe相对粗糙度：ε/d管路长径比：l/d可导出：2)(Re,2uddlp这样，可通过实验方法直接测定直管摩擦阻力系数与压头损失之间的关系：22udlpHf因此，通过改变流体的流速可测定出不同Re下的摩擦阻力系数，即可得出一定相对粗糙度的管子的λ—Re关系。在湍流区内，λ=f（Re，ε/d），对于光滑管大量实验证明，当Re在3×103至105的范围内，λ与Re的关系遵循Blasius关系式，即：25.0Re3613.0对于层流时的摩擦阻力系数，由哈根—泊谡叶公式和范宁公式，对比可得：Re64三、实验流程与操作：§1流体阻力实验1、流程说明：图1实验流程图1离心泵2水箱3电磁阀4涡轮流量计5管路切换阀6稳流罐7测量管线8流量调节阀9层流流量调节阀离心泵将水箱内的清水打入系统中，经孔板流量计计量后，通过管路切换阀门进入相应的测量管线，在管内的流动压头损失，可由压差传感器（或倒U型压差计）测量。实验中，可以通过调节流量调节阀测定不同流量下的压头损失。如图1所示，在设备中有7条横向排布的管线，自上而下分别为：No1层流管，为φ6×1.7mm的不锈钢管，管长1.2m；No2球阀与截止阀，为φ27×3.5mm的不锈钢管；No3光滑管，为φ27×3mm的不锈钢管，管长1.5m；No4粗糙管，为φ27×2.5mm的镀锌管，管长1.5m；No5突然扩大管，为φ22×3mm→φ48×3mm的不锈钢管；No6孔板流量计（涡轮）管线，为φ48×3mm的不锈钢管。图2管路测压连通器与倒U型压差计示意图图2为管路测压连通器与倒U型压差计的示意图，其中a1，a2，……，f1，f2，分别与图1中的a1，a2，……，f1，f2相连接，若要测某管路的压降，即打开与其相连的测压管线上的阀门，关闭其他管线上的阀门，则压力传感器测量的压降即为该管路上的压降。若在流量为0时，压力传感器仪表上显示的数据不为0，则有可能测压管线中有气体存在。此时可以打开阀门v1，v2排气，直到将管线中的气体排净。倒U型压差计的排气方法为：在有流量下①打开v3，v4，v5，v6，10—15秒；②关闭v3，v4；③打开v7，将倒U型压差计中的水排净；④关闭v5，v6，v7；⑤打开v3，v4；⑥关闭流量，此时若倒U型压差计中的差值为0，则说明管线中的气已排净。2、操作说明：⑴先熟悉流程中的仪器设备及与其配套的电器开关，并检查水箱内的水位，然后开启离心泵；⑵在实验开始前，系统要先排净气体，使液体连续流动。首先，将流量切换阀和流量调节阀打开，将管路内的气体排净；然后，开启测量面板上相应的压降切换阀，使倒U型压差计（及压差传感器）与系统相连，将测量管线内的气体排净；最后，关闭流量调节阀，检查倒U型压差计两端的液面。若相平，则可以开始实验，若不平，则需要重新排气（如果倒U型压差计液面已调平，但压力传感器不在零点，则可以修改仪表的Sc值，并调零）；⑶读取数据时，应注意稳定后再读数。测量局部阻力系数时，各测取3组数据，对于直管，测取10组左右数据，层流管的流量用量筒及秒表测取；⑷测完一套管路的数据后，关闭流量调节阀，再次检查倒U型压差计的液面是否相平。然后重复以上步骤，测取其他管路的数据。⑸装置具有自动补水功能，通过设置水箱液位仪表参数，可将水箱中液位的高度控制在一定范围内，见附录。四、报告要求1、在双对数坐标纸上标绘出λ–Re-ε/d的关系曲线。2、将光滑管的λ–Re关系与Blasius公式进行比较。3、计算局部阻力系数ξ。４、在双对数坐标纸上绘出层流时的关系曲线（选做）。五、思考题P63①②④⑤1、在测量前为什么要将设备中的空气排净？怎样才能迅速地排净？2、在不同社备（包括相对粗糙度相同而管径不同）、不同温度下测定的λ–Re数据能否关联在一条曲线上？3、如果要增加雷诺数的范围，可采取哪些措施？4、计算实验装置中层流管层流时的最大流速能达到多少？传热膜系测定实验一、实验目的1．掌握传热膜系数的测定方法；2．测定强化与非强化传热过程中，传热膜系数准数关联式的系数A和指数m、n；3．测定套管换热器的静压损失与雷诺准数的关系（选做）；4．通过实验提高对传热膜系数准数关联式的理解，并分析影响传热膜系数的因素，了解工程上强化传热的措施。二、基本原理对流传热的核心问题是求算传热膜系数，当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形式为：pnmGrANuPrRe(4—1)对于强制湍流而言，Gr准数可以忽略，故nmANuPrRe(4—2)本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关联式中的指数m、n和系数A。用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re和Pr分别回归。本实验可简化上式，即取n＝0.4（流体被加热）。这样，上式即变为单变量方程，在两边取对数，即得到直线方程：RelglgPrlg4.0mANu(4—3)在双对数坐标中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m。在直线上任取一点的函数值代入方程中，则可得到系数A，即：mNuARePr4.0(4—4)用图解法，根据实验点确定直线位置有一定的人为性。而用最小二乘法回归，可以得到最佳关联结果。应用微机，对多变量方程进行一次回归，就能同时得到A、m、n。对于方程的关联，首先要有Nu、Re、Pr的数据组。其准数定义式分别为：duRe,CpPr,dNu实验中改变空气的流量以改变Re准数的值。根据定性温度（空气进、出口温度的算术平均值）计算对应的Pr准数值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数α值进而算得Nu准数值。牛顿冷却定律：mtAQ(4—5)式中：α——传热膜系数，[W/m²·℃]；Q——传热量，[W]；A——总传热面积[m²]。Δtm——管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，[℃]传热量可由下式求得：3600/3600/1212ttCVttCWQpp(4—6)式中：W——质量流量，[kg/h]；Cp——流体定压比热，[J/kg·℃]；t1、t2——流体进、出口温度[℃]；ρ——定性温度下流体密度，[kg/m³]；V——流体体积流量，[m³/s]。三、装置说明与操作装置说明：该装置为套管换热器（见下图），空气走内管，蒸汽走环隙，外管1½”玻璃管，内管为25×2mm紫铜管，有效长度为1.25m。空气进出口温度和壁温分别由铂电阻（Pt100）测量，测壁温的两支铂电阻用导热绝缘胶固定在管外壁，孔板流量计的压差通过压力传感器转换为电信号由表头显示,其单位为kPa。孔板流量计的孔径d0=20mm。蒸汽发生器的加热功率为1500w（额定电压220v）。操作要点：1、实验开始前，先熟悉配电箱各按钮与设备的对应关系，以便正确开启按钮；2、检查蒸汽发生器中水位，使液位保持在1/2—2/3；图一、套管式换热器实验设备流程图1、蒸汽发生器2、蒸汽管3、补水口4、补水阀5、排水阀6、套管换热器7、放气阀8、冷凝水回流管9、空气流量调节阀10、压力（压差）传感器11、孔板流量计12、空气管13、风机3、打开总电源开关及仪表开关；4、实验开始时，关闭蒸汽发生器补水阀，接通蒸汽发生器的加热电源，打开排放不凝气阀门（有一点开度即可）；5、待蒸汽产生后，开启风机（风机阀门不要长时间关闭），将空气流量