四川大学化工原理流体力学实验报告

化工原理实验报告流体力学综合实验姓名：学号：班级号：实验日期：2016.6.12实验成绩：化工原理实验——流体力学综合实验2流体力学综合实验一、实验目的：1.测定流体在管道内流动时的直管阻力损失，作出λ与Re的关系曲线。2.观察水在管道内的流动类型。3.测定在一定转速下离心泵的特性曲线。二、实验原理1、求𝛌与Re的关系曲线流体在管道内流动时，由于实际流体有粘性，其在管内流动时存在摩擦阻力，必然会引起流体能量损耗，此损耗能量分为直管阻力损失和局部阻力损失。流体在水平直管内作稳态流动（如图1所示）时的阻力损失可根据伯努利方程求得。以管中心线为基准面，在1、2截面间列伯努利方程:因u1=u2，z1=z2，故流体在等直径管的1、2两截面间的阻力损失为流体流经直管时的摩擦系数与阻力损失之间的关系可由范宁公式求得，其表达式为由上面两式得：而由此可见，摩擦系数与流体流动类型、管壁粗糙度等因素有关。由因此分析法整理可形象地表示为式中：fh-----------直管阻力损失，J/kg；------------摩擦阻力系数；dl.----------直管长度和管内径，m；P---------流体流经直管的压降，Pa；-----------流体的密度，kg/m3；Phf22udlhf22uldPduRe)(Re,df1122图1流体在1、2截面间稳定流动fhgzupP222212112gz2u化工原理实验——流体力学综合实验3-----------流体黏度，Pa.s；u-----------流体在管内的流速，m/s；流体在一段水平等管径管内流动时，测出一定流量下流体流经这段管路所产生的压降，即可算得fh。两截面压差由差压传感器测得；流量由涡轮流量计测得，其值除以管道截面积即可求得流体平均流速u。在已知管径d和平均流速u的情况下，测定流体温度，确定流体的密度和黏度，则可求出雷诺数Re，从而关联出流体流过水平直管的摩擦系数与雷诺数Re的关系曲线图。2、求离心泵的特性曲线由功率表测定。—电动机的输入功率，—N；95.0值取为—机械传动效率，近似—；—离心泵轴功率，—式中：功率。式来计算轴电机输入功率后，用下本实验采用功率表测定动机传给泵轴的功率。也是电泵轴所消耗的电功率，的测定：泵轴功率是指)(离心泵的轴功率)3(。/—流体密度，—；—离心泵扬程，—；/，—离心泵出口管内流速—；口真空度，—离心泵出口表压、进—p，，0式中：2.02u-p-增加的能量为，所以水经离心泵所2.0Z-Z，，-因22方程式：此两截面间列出伯努利截面，在2—2表处为截面和离心泵出口压力1—1心泵进口真空泵为以水平地面为基准，离。，此能量称为扬程)(的能量确定水经离心泵所增加间根据能量守恒定律可和离心泵出口压力表之质是水，则在水箱液面能量。若泵输送的介重量流体所提供的外加1输送的测定：扬程是指泵每)(）扬程2（量。后面的调节阀来调节流本实验采用涡轮流量计测定，流量，并由涡轮流量计口阀调节离心泵输送的）的测定：通常用泵出/(）流量1（离心泵的重要依据。的适宜操作条件和选用泵的特性曲线是确定泵离心泵的特性曲线。所得的三条曲线，即为一直角坐标系间的关系分别标绘在同对和、三种曲线来表示。若将)(效率与流量和)(、轴功率与流量)(与流量泵在一定转速下，扬程离心泵的特性，可用该电传传电322真表2122表真12表大气压2真大气压122221211223321kWNNNkWNmkgOmHHsmuPapHHgugpHppppppHZgugpHZgugpHOmHkgOmHHhmqQNHqfqfNqfHfffv化工原理实验——流体力学综合实验41021000819有效功率，即是离心泵对流体所做的而理论功率N，即论功率与轴功率的比值测定：泵的效率是指理(4)离心泵效率η的tqHρ.qHρqHρgNNNηtt三、实验流程图四、实验操作步骤1、求λ与Re的关系曲线1)根据现场实验装置，理清流程，检查设备的完好性，熟悉各仪表的使用方法。2)打开控制柜面上的总电源开关，按下仪表开关，检查无误后按下水泵开关。3)打开球阀1，调节流量调节闸阀2使管内流量约为10.5h/m3，逐步减小流量，每次约减少0.5h/m3，待数据稳定后，记录流量及压差读数，待流量减小到约为4h/m3后停止实验。4)打开球阀2，关闭球阀1，重复步骤（3）。5)打开球阀2和最上层钢管的阀，调节转子流量计，使流量为40hL/，逐步减小流量，每次约减少4hL/，待数据稳定后，记录流量及压差读数，待流量减小到约为4hL/时停止实验。完成直管阻力损失测定。2、求离心泵的特性曲线1)根据现场实验装置，理清流程，检查设备的完好性，熟悉各仪表的使用方法。∅10×2钢管∅35×2铜管∅35×2钢管∅35×2钢管孔板流量计涡轮流量计球阀1球阀2球阀3闸阀2闸阀1水箱真空压力表压力表离心泵转子流量计流体力学实验流程示意图化工原理实验——流体力学综合实验52)打开控制柜面上的总电源开关，按下仪表开关，先关闭出口阀门，检查无误后按下水泵开关。3)打开球阀2，调节流量调节阀1使管内流量，先开至最大，再逐步减小流量，每次约减少1h/m3，待数据稳定后，记录流量及压差读数，待流量减小到约为4h/m3后停止实验，记录9-10组数据。4)改变频率为35Hz，重复操作（3），可以测定不同频率下离心泵的特性曲线。五、实验数据记录1、设备参数：mmdmL6管内径：;0.2层流钢管管长：11；mmdmL31管内径：;2.1湍流铜管管长：22；;31管内径：;2.1湍流钢管管长：33mmdmL.31管内径：；)95.0(；2.0离心泵.12孔板孔径：；40；出口管径：50离心泵进口管径：1传传电mmdNNmZmmdmmdmmDo2、实验数据记录1）求λ与Re的关系曲线铜管湍流钢管湍流序号⁄序号⁄18.73.14111.14.6528.32.90210.54.2037.92.6639.93.7847.52.4049.33.3857.12.2158.73.0066.71.9768.12.6176.31.7777.52.2585.91.5586.91.9795.51.3896.31.68105.11.21105.71.40114.71.04115.11.16化工原理实验——流体力学综合实验6钢管层流2、求离心泵的特性曲线30Hz离心泵数据记录序号流量)/(3hmqv真空表)(1PaP压力表)(2PaP电机功率)(WN电115.65-220028000694214.64-200031000666313.65-180037000645412.65-120040000615511.6220042000589610.6804700056579.661005000054988.6710005100052197.67150055000488106.63180059000468115.62180060000442124.58200067000388130.080.00220.083166.935Hz离心泵数据记录序号流量)/(3hmqv真空表)(1PaP压力表)(2PaP电机功率)(WN电118.27-500420001052217.26-40048000998序号⁄1409352367013325004284025243406202907162308121659811610458化工原理实验——流体力学综合实验7316.24-30051000972415.26-30056000933514.27-20061000906613.28-20065000861712.27-20068000824811.27-10071000798910.26076000758109.26-10080000725118.26082000682127.26-10089000653136.2715090000626145.26180100000585154.43200110000528六、典型计算1、求λ与Re的关系曲线以铜管湍流的第一组数据为例计算T=22℃时，ρ≈997.044g/μ≈1.0×10−𝑃𝑎∙𝑠以管中心线为基准面，在1、2截面间列伯努利方程𝑃1𝜌+𝑢12+𝑔𝑧1=𝑃2𝜌+𝑢22+𝑔𝑧2+𝑓因𝑢1=𝑢2，𝑧1=𝑧2，故流体在等径管的1、2两截面间的阻力损失为𝑓=𝑃𝜌=.14∗10001000=3.15𝐽/𝑘𝑔u=𝑞𝑣𝐴=𝑞𝑣𝜋4𝑑12=8.73600×0.0007548=3.202/𝑠;Re=𝑑𝑢𝜌𝜇=0.031×3.202×997.0440.001=98960.27因为𝑓=λ𝑃𝜌;所以λ=𝑃𝜌𝑑1𝑙2𝑢2=3.15×0.011.2×2.2022=0.01587其他计算与此相同。2、求离心泵的特性曲线铜管湍流序号⁄u𝑠⁄Reλ18.73.143.20298960.270.0158728.32.903.05594410.370.01611湍流铜管：管长𝐿2=1.2𝑚；管内径𝑑2=31𝑚𝑚化工原理实验——流体力学综合实验837.92.662.90789860.480.0163147.52.402.76085310.580.0163357.12.212.61380760.680.0167766.71.972.46676210.780.0167976.31.772.31871660.890.0170685.91.552.17167110.990.0170495.51.382.02462561.090.01745105.11.211.87758011.190.01780114.71.041.73053461.30.01801钢管湍流0.010.110000100000λReRe与λ的关系曲线序号⁄u𝑠⁄Reλ111.14.654.085126259.70.01444210.54.203.864119434.80.0145839.93.783.6431126100.0147649.33.383.423105785.10.0149558.73.003.20298960.270.0151768.12.612.98192135.430.0152277.52.252.76085310.580.0153086.91.972.53978485.730.0158396.31.682.31871660.890.01620105.71.402.09864836.040.01649115.11.161.87758011.190.01706湍流钢管：管长𝑳𝟑=𝟏.𝟐𝒎；管内径𝒅𝟑𝟐=𝟑𝟏𝒎𝒎化工原理实验——流体力学综合实验9钢管层流序号⁄u𝑠⁄Reλ1409350.3932351.030.060842367010.3532111.740.056313325000.3141878.430.050834284020.2751645.120.053385243400.2361411.810.061456202900.1961172.520.075477162300.157939.220.093538121650.118705.910.11928981160.079472.600.18869104580.039233.310.377370.010.110000100000λReRe与λ的关系曲线层流钢管：管长𝑳𝟏=𝟐𝒎；管内径𝒅𝟏=𝟔𝒎𝒎化工原理实验——流体力学综合实验102、离心泵的特性曲线以第一组数据为例，n=30HzT=23℃时，ρ≈997.044Kg/μ≈1.0×10−𝑃𝑎∙𝑠以水平地面为基准面，离心泵进口压力表为1-1截面，离心泵出口压力表为2-2截面，在此两截面之间列伯努利方程𝑃1𝜌𝑔+𝑢12𝑔+