管路水力平衡实验报告

实验三管路水力平衡实验一、实验目的1．测定管路阻抗；2．验证串、并联管路流量分配规律；3．掌握管路系统水力平衡调节方法。二、实验原理任何复杂管路都是由简单管路经串联、并联组合而成。1．串联管路串联管路由许多简单管路首尾相接组合而成，管段相接之点称为节点，在每一个节点上都遵循质量平衡原理，即流入的质量流量与流出的质量流量相等，当ρ＝常数时，流入的体积流量等于流出的体积流量，因此，对串联管路则有：Q1=Q2=Q3（1）串联管路阻力损失，按阻力叠加原理，则：h1-3=h1+h2+h3=S1Q12+S2Q22+S2Q32（2）因流量Q各段相等于是得：S＝S1+S2+S2（3）式中Q—流量，m3/s；h—管段阻力，包括沿程阻力和局部阻力，Pa；S—管段阻抗，kg/m7。由此得出结论：无中途分流或合流的串联管路，各管段流量相等，阻力叠加，总管路的阻抗S等于各管段的阻抗叠加。这就是串联管路的流动规律。2．并联管路流体从总管路节点上分出两根以上的管段，而这些管段同时又汇集到另一节点上，在两节点间的各管段称为并联管路。同串联管路一样，并联管路也遵循质量平衡原理，当ρ＝常数时，则有：Q=Q1+Q2+Q3（4）并联管路各管段阻力损失相等，于是：h1-3=h1＝h2＝h3（5）S1Q12＝S2Q22＝S2Q32（6）由公式4、公式5、公式6可得：S1=11S+21S+31S(7)321::QQQ=11S:21S:31S(8)于是得到并联管路流动规律：并联节点上的总流量为各支管中流量之和；并联各支管上的阻力损失相等，总的阻抗平方根倒数等于各支管阻抗平方根的倒数之和。3．串并联管路流动规律的意义各分支管路的管段几何尺寸、局部构件确定后，可确定各管段的阻抗及管路系统的总阻抗。对于串联管路系统，由总阻抗可得出管路系统特性曲线方程：ΔP总＝S总Q总2，通过特性曲线方程可得出系统总压头损失随流量变化的规律，为工程设计中动力设备（水泵或风机）的选取提供一定的参考。1对于并联管路系统，确定各管段阻抗后，按照节点间各分支管路的阻力损失相等，来分配各支管上的流量，阻抗S大的支管其流量小，S小的支管其流量大。在专业上并联管路设计计算中，必须进行“阻力平衡”，它的实质就是应用并联管路中流量分配规律，在满足用户需要的流量下，设计合适的管路尺寸，及局部构件，使各支管段上的阻力损失相等。4．流量计算公式对于孔板测流量，按以下公式计算流量：36002114141222PdddQ（9）式中，Q—体积流量，m3/h；ε—孔板流量计的流量系数，按0.75算；d1—孔板大径，m，0.014m；d2—孔板小径，m，0.008m；ΔP—孔板两端压差，Pa，如果是水柱高度，将水柱高度转化为Pa；ρ—水的密度，kg/m3，1000kg/m3。三、实验设备本次实验采用GLZK型管路串并联实验台本实验装置主要由孔板流量计、蓄水箱（PVC）、水泵（管道增压泵）、实验管道（有机玻璃）、阀门（铜质）、压差板（有机玻璃）、测压管（有机玻璃管）、实验台、自循环装置等组成。具体见示意图1。水泵流量50L/min，扬程6m，功率180W；电源220v，实验管道Ф20mm。图1管路水力平衡实验台示意图四、实验内容和步骤1．管段阻抗测定（1）关闭阀门3、4、5、6，打开阀门1、2、7、8，启动水泵，调节水泵出口阀门，待管路系统运行稳定；（2）测量管段1的流量，将孔板流量计两端压力测量结果记入表1中；（3）利用测压管测量管段1两端的压力，将测量结果记入表1中；（4）调节水泵出口阀门1，阀门开度大到小调节5次，重复步骤（2）和步骤（3），将测量结果记入表1中；2（5）关闭水泵电源，关闭阀门2、5、7，打开阀门1、3、4、6、8，启动水泵，按以上步骤（2）（3）和（4），测量管段2两端压力和流量，将5次测量结果记入表2中。2．串联管路流量测定（1）关闭阀门3、8，打开阀门其余阀门，启动水泵，调节水泵出口阀门，保证系统正常运行；（2）将孔板流量计两端压力、管段1和管段2两端压力分别计入表3中；（3）将阀门1关小，记录孔板流量计两端压力、管段1和管段2两端压力，填入表3中；（4）分别关小阀门2和阀门6，重复步骤（2）。3．并联管路流量测定（1）关闭阀门5，打开阀门其余阀门，启动水泵，调节水泵出口阀门，保证系统正常运行；（2）将孔板流量计两端压力、管段1和管段2两端压力分别记入表3中；（3）分别关小阀门2和阀门4，重复步骤（2）。五、实验数据处理1．管段阻抗测定（1）计算各管段阻力损失ΔP，ΔP＝P进－P出，将计算结果分别记入表1和表2中；（2）利用公式（9）计算各管段流量，将计算结果记入表1和表2中；(3)利用公式S=ΔP/Q2计算各管段的阻抗，将计算结果分别记入表1中；(4)比较（3）中的各计算结果，简要分析结果。2.串并联管路流量测定（1）计算各管段阻力损失ΔP，ΔP＝P进－P出；（2）利用公式ΔP=SQ2计算总流量和各管段流量，式中阻抗S按实验内容1中所测定的各管段阻抗平均值计算；（3）比较总流量和各管段流量的关系，得出结论，并简要分析结果。六、思考题1．管段阀门调节后，阻抗有什么变化？分析原因。2．请分析并联管路系统水力平衡调节的方法。七、注意事项1．启动水泵前，应将水泵出口阀门关小，水泵启动后，逐渐开大出口阀门，观察各测点压力；2.实验时，每测一个工况，都要稳定几分钟，待测压板上压力稳定后再读取数据。八、实验结果表格表1管段1阻抗测定结果序号P1(cmH2O)P2(cmH2O)P3(cmH2O)P4(cmH2O)ΔP孔板（P1-P2）Q(m3/h)ΔP管段（P3-P4）S1=ΔP/Q2(cmH2O/(m3/h)2)123453表2管段2阻抗测定结果序号P1(cmH2O)P2(cmH2O)P5(cmH2O)P6(cmH2O)ΔP孔板（P1-P2）Q(m3/h)ΔP管段（P5-P6）S2=ΔP/Q2(cmH2O/(m3/h)2)12345对管段1和管段2阻抗结果进行比较，并简要分析误差产生原因：表3串并联管路流量测定项目P1P2P3P4P5P6Q孔板Q管段1Q管段2串联1（初始）2（阀门1关小）3（阀门2关小）4（阀门6关小）并联1（初始）2（阀门2关小）3（阀门4关小）对串联和并联实验的流量测定结果进行比较，得出结论，并简要分析误差产生原因：