#中文实验讲义

1/57实验1流体流动阻力的测定一、实验目的1.学习管路阻力损失(hf、管路摩擦系数λ）、管件局部阻力系数ζ）的测定方法，并通过实验了解它们的变化规律，巩固对流体阻力基本理论的认识；2.了解与本实验有关的各种流量测量仪表、压差测量仪表的结构特点和安装方式，掌握其测量原理，学会正确使用；3.学习对数坐标纸的用法。二、实验任务1.测定流体流过直管的阻力，确定摩擦系数λ与雷诺数Re的关系；2.测定阀门、管件的局部阻力系数ζ。三、实验原理因为流体粘性的存在，流体在流动的过程中会发生流体间的摩擦，从而导致阻力损失。层流时阻力损失的计算式是由理论推导得到的。湍流时因为情况复杂得多，未能得出理论式，但可以通过实验研究，获得经验的计算式。其研究的基本步骤如下：1.寻找影响过程的主要因素对所研究的过程作初步的实验和经验的归纳，尽可能地列出影响过程的主要因素。对湍流时直管阻力损失hf与诸多影响ζ因素的关系式应为：hf=f(d，u，ρ，µ，l，ε(1-12.因次分析法规划实验当一个过程受多个变量影响时，通常用网络法通过实验以寻找自变量与因变量的关系。以式(1-1为例，若每个自变量的数值变化10次，测取hf的值而其他自变量保持不变，共有6个自变量，实验次数将达106。为了减少实验工作量，需要在实验前进行规划，以尽可能减少实验次数。因次分析法是通过将变量组合成无因次数群，从而减少实验自变量的个数，大幅度地减少实验次数，这可以由π定理加以证明。因次分析法可以将对式(1-1的研究变成对以下式(1-2的4个无因次数之间的关系的研究。即：),,(2ddldufuhf1-2）其中，若实验设备已定，那么，式(1-2可写成为：2),,(2uddldufhf1-3）实验设备是水平直管，式(1-3又可写为：2),,(2uddldufp(1-4若令),(),(dRfddufe(1-52/57则有22udlp(1-6由(1-6式可知，为了要测定(1-5式的曲线关系，若装置已经确定，物系也已确定，那么λ只随Re而变。实验操作变量仅是流量，改变流量的手段是调节阀门的开度，由阀门开度的变化达到改变流速u的目的，因此在管路中需要安装一个流量计；在直径d﹑长度为l的水平直管上，引出二个测压点，并接上一个压差计：实验体系确定后，ρ、μ是物性参数，它们只取决于实验温度，所以，在实验装置中需要安装测流体的温度计；再配上水槽﹑泵﹑管件等组建成循环管路，见图1。四．实验流程图图1流体阻力示意图五．实验步骤1.关闭控制阀，打开二个平衡阀，引水﹑灌泵放气，关闭功率表，启动泵。2.系统排气(1总管排气：先将控制阀开足，然后再关闭，重复三次，目的为了使总管中的部分气体被排走，然后打开总管排气阀，开足后再关闭，重复三遍。(2引压管排气：依次分别对4个放气阀，开﹑关重复三次。(3压差计排气：关闭二个平衡阀．．．．．．．，依次分别打开4个放气阀，此时眼睛要注视着U型压差计中的指示剂液面的上升，防止指示剂冲出．．．．．．．，开﹑关重复三次。3.检验排气是否彻底的方法为：将控制阀开至最大，再关至零，看U型压差计读数，若左右读数相等，则可判断系统排气彻底；若左右读数不等，则重复上述步骤2。4.因为系统的流量计量采用涡轮流量计，其小流量受到结构的限制，因此，从大流量做起，实验数据比较准确。5.实验布点因为Re在充分湍流区时，λ～Re的关系是水平线，所以在大流量时少布点，而Re在比较小时，λ～Re的关系是曲线，所以小流量时多布点。先将控3/57制阀开至最大，读取流量显示仪读数F大，然后关至水银压差计读数为0.13m2s-2时，再读取流量显示仪读数F小，在F小和F大两个读数之间布10点。六、注意事项1.排气一定要排彻底；2.引压管和压差计排气时要同时．．开关排气阀，注意安全，确保指示剂不被冲出；3.实验数据安排合理。七．原始数据1.一次性原始数据涡轮流量计仪表常数ζ=次/升。直管长度l=m；内径d=mm；指示剂：_________。局部阀件或管件类型_____________；内径d=____________mm；指示剂：_________。水温t=℃。2.原始数据记录表序号显示仪读数直管阻力压差计/dm局部阻力压差计/dm左右左右12345678910八、实验报告的主要内容1.根据实验数据整理成λ-Re数据表。在双对数坐标纸上绘制λ-Re曲线。2.确定管件或阀门的阻力系数。九、思考题1.为了确定λ与ζ的函数关系要测定那些数据？宜选用什么仪器仪表来测定？如何处理数据？2.为什么要进行排气操作？如何排气？为什么操作失误可能将U形管中的水银冲走？3.不同管径﹑不同水温下测定的λ－Re数据能否关联到一条曲线上，为什么?4.以水为工作流体测定的λ－Re曲线能否用于计算空气在管内的流动阻力，为什么?两段管线的管长﹑管径﹑相对粗糙度及管内流速均相同，一根水平放置，另一根倾斜放置.问流体流过这两段管线的阻力及管子两端的压差是否相同，为什么实验2离心泵特性曲线的测定一、实验目的4.了解离心泵的特性；5.学习离心泵特性曲线的测定方法；6.熟悉离心泵操作方法和特性曲线的应用；4/57HeqV7.正确掌握作图法处理实验数据。二、实验任务1.测定离心泵在恒定转速下的特性曲线。三、基本原理对一定类型的泵来说，泵的特性曲线主要是指在一定转速下，泵的扬程﹑功率和效率与流量之间的关系。因为离心泵的结构和流体本身的非理想性以及流体在流动过程中的种种阻力损失，至今为止，还没有人能推导出计算扬程的纯理论数学方程式。因此，本实验采用最基本的直接测定法，对泵的特性曲线用实验测得，见图2-1。对泵的进出口取1-1截面与2-2截面，建立机械能衡算式：所以从方程式2-2）可见，实验的组织方法是：实验装置中在泵的进出口管上分别装有真空表p1和压力表p2；由温度计测量流体温度，从而确定流体的密度ρ；由功率表计量电机输入功率Na；管路中需安装流量计，确定流体的流速u；欲改变u需阀门控制。除以上仪表外，配上管件，水槽等部件组合成循环管路。实验操作原理是：按照管路特性曲线和泵特性曲线的交点作为泵的工作点这一原理，改变管路阻力可以通过调节阀门开度来实现，使管路特性曲线上的工作点发生移动，再将一系列移动的工作点的轨迹连接起来，就是泵的扬程曲线，见图2-2。四．实验流程及说明)12(222222111guhgpHeguhgp)22(2221221212guguhhgpgpHe1122图2-1泵结构示意图图2-2泵的工作点原理图5/571—水槽；2—真空表；3—排气阀；4—离心泵；5—功率表；6—压强表；7—引水阀；8—温度计；9—涡轮流量计；10—控制阀图2-3泵特性曲线实验装置五．实验步骤1.关闭电功率表开关，关闭调节阀，打开引水阀，反复开﹑关泵体放气阀，气体被排尽后，关闭放气阀。2.启动泵，关闭引水阀，接通电功率表。3.实验顺序从大到小，即将阀门开至最大时，作为第一组实验数据共采集十组数据以上。4.实验布点服从大流量多布点，小流量少布点规则。原因是：离心泵效率极值点会出现在大流量时。建议前五组数据按流量显示仪读数每下降约50布一个实验点，以后实验数据布点约下降100～200。若发现流量显示仪读数达不到零，可采用将调节阀开至最大，再快速关闭调节阀，流量显示仪读数将为零，可能此读数不久还会上升，仍为正常现象，上升的数据不采集，以零计。此时其余的仪表读数不随显示仪读数而变。5.实验结束后，关闭电源，关闭功率表开关。六．原始数据记录涡轮系数ξ=s-1，水温T=℃，d进=mm，d出=mm，功率表系数a=，h0=0。1.原始数据表一类型涡轮流量计显示仪功率表压力表真空表精度0.50.50.51.51.5量程1.6～10m3/h/0～150W0～0.25MPa-0.1～0MPa最小刻度1110.0050.0022．原始数据表二序号显示仪读数真空表/MPa压力表/MPa功率表读数12345678910111213141516七、思考题1.离心泵启动前为什么要先灌水排气？本实验装置中的离心泵在安装上有何特点？6/572.启动泵前为什么要先关闭出口阀，待启动后，再逐渐开大？而停泵时，也要先关闭出口阀？3.离心泵的特性曲线是否与连接的管路系统有关？4.离心泵的流量增大时，压力表与真空表的数值将如何变化?为什么？5.离心泵的流量可通过泵的出口阀调节，为什么？6.什么情况下会出现“汽蚀”现象？7.离心泵在其进口管上安装调节阀门是否合理？为什么？实验3过滤实验一﹑实验目的1.了解过滤机的构造﹑流程﹑操作原理，掌握过滤的操作方法；2.测定恒压过滤时的过滤常数K；3.测定洗涤速率并验证最终速率和洗涤速率的关系。二﹑基本原理在恒压过滤时，其过滤速率方程式为：)()(22eeKAVV(3-1或)()(2eeKqq(3-1a式中：V—τ时间内的滤液体积，m3，由计量筒测定；Ve—虚拟的滤液体积，它是形成相当于滤布阻力的一层滤渣时，应得到的滤液体积，m3；A—过滤面积，m2，现场测定；K—过滤常数，m2/s；τ—过滤时间，s，由秒表测定；τe—相当于得到滤液Ve所需要的时间，s；q=V/A，即单位过滤面积的滤液体积，m3/m2；qe=Ve/A，即单位过滤面积的虚拟滤液体积，m3/m2。将式(3-1a两边对q求导数得：dqdKqqe)(2eqKqKdqd22(3-2式(3-2表明dqd与q成直线关系，其斜率为K2，截距为eqK2。为了便于实验测定，dqd可用微商q代替微分dqd。于是，式(3-2改写为eqKqKq223-3）7/57已知过滤面积，对待测的物料进行恒压过滤，测出一系列时刻(τ的累积滤液体积(V并由此算出一系列q(AVq的值，从而得出一组对应的Δτ与Δq之值。与q对应的q值应为qm，而qm应是相邻两次q的平均值，即21iimqqq3-4）然后在直角坐标系中以qm为自变量(横轴，以q为因变量(纵轴作一直线；直线斜率为K2，截距为eqK2。由此，可求出K和qe；再以τ=0，q=0代入式(3-1a即可求出τe值。三﹑装置与流程1.板框过滤装置(Ⅰ图3-1板框过滤实验装置板框过滤机的整套装置由调料桶、贮水桶、压缩空气系统、板框过滤机和贮液量筒组成。其流程如图3-1所示。将悬浮液在调料桶内调匀后，放入贮浆罐内，由压缩空气将料液压入过滤机中，滤液排出量用量筒进行计量，洗涤滤饼时用压缩空气将贮水桶中的水压入过滤机进行洗涤。操作压力由压力定值器控制(在老师的指导下调节。2.卧式圆形过滤装置(Ⅱ实验装置与流程如图3-2所示。8/571—贮桨罐；2—循环泵；3—过滤器；4—量筒；5—加料口；6—排污阀图3-2卧式圆形过滤装置四、操作步骤1.装置(I(1熟悉过滤实验的装置与流程，检查各阀门的启闭是否正确，然后用碳酸镁和水配成滤浆，其浓度在5%(质量百分率左右。(2先湿透滤布，再将它装于滤框上。安装时滤布孔要对准滤机孔道，表面要拉平整，不起皱纹，板和框的排列顺序必须正确(参看《化工原理》教材。(3将滤浆导入贮浆罐，开动搅拌机，使滤浆浓度均匀。(4启动压缩机，待压缩机运行正常后，调节空气减压阀，一般减压阀的压力控制在0.1MPa，并保持压力稳定，使系统在此压力下进行恒压过滤。(5当压力恒定，过滤开始时，即可记录数据。记录数据之前，要根据过滤面积A与量筒体积大小，选定一个合适的ΔV值，一般每收集200mL滤液记一次时间，启动秒表的同时，记下量筒中滤液的体积。当量筒中滤液体积每增加一个ΔV值时，记下秒表的时间，重复操作，取5～6组数据即可。(6如在不同的恒定压力下进行过滤实验，其滤浆浓度大体上维持不变，并重复步骤(3、(4、(5。(7当滤液一滴一滴缓慢流出时，表示滤渣已充满框，过滤阶段可告结束。(8若需测定洗涤速度，可在过滤终了时通入洗涤水，并记录