1、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.學(xué)習(xí)直管摩擦阻力,直管摩擦系數(shù)的測定方法。.2.掌握直管摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)和相對(duì)粗糙度之間的關(guān)系及其變化規(guī)律。3.掌握局部摩擦阻力,局部阻力系數(shù)的測定方法。.4.學(xué)習(xí)壓強(qiáng)差的幾種測量方法和提高其測量精確度的一些技巧。5.熟悉離心泵的操作方法。6.掌握離心泵特性曲線和管路特性曲線的測定方法、表示方法、加深對(duì)離心泵性能的了解。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:1.測定實(shí)驗(yàn)管路內(nèi)流體流動(dòng)的阻力和直管摩擦系數(shù)。2.測定實(shí)驗(yàn)管路內(nèi)流體流動(dòng)的直管摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)和相對(duì)粗糙度之間的關(guān)系曲線。3.測定管路部件局部摩擦阻力和局部阻力系數(shù)。4.熟悉離心泵的結(jié)構(gòu)與操作方法。5.測定某型號(hào)離心泵在一定轉(zhuǎn)速下的特性曲線。6

2、.測定流量調(diào)節(jié)閥某一開度下管路特性曲線。三、實(shí)驗(yàn)原理:1.直管摩擦系數(shù)l與雷諾數(shù)Re的測定:直管的摩擦阻力系數(shù)是雷諾數(shù)和相對(duì)粗糙度的函數(shù)，即，對(duì)一定的相對(duì)粗糙度而言，。流體在一定長度等直徑的水平圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，其管路阻力引起的能量損失為： （1）又因?yàn)槟Σ磷枇ο禂?shù)與阻力損失之間有如下關(guān)系（范寧公式） （2）整理（1）（2）兩式得 （3） （4）式中： 管徑，m； 直管阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa；管長，m； 流速，m / s；流體的密度，kg / m3； 流體的粘度，Ns / m2。 在實(shí)驗(yàn)裝置中，直管段管長l和管徑d都已固定。若水溫一定，則水的密度和粘度也是定值。所以本實(shí)驗(yàn)實(shí)質(zhì)上是測定直管段流體阻力

3、引起的壓強(qiáng)降Pf與流速u（流量V）之間的關(guān)系。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和式（3）可計(jì)算出不同流速下的直管摩擦系數(shù)，用式（4）計(jì)算對(duì)應(yīng)的Re，整理出直管摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系，繪出與Re的關(guān)系曲線。2局部阻力系數(shù)的測定 式中： 局部阻力系數(shù)，無因次； 局部阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa；局部阻力引起的能量損失，Jkg。圖-1 局部阻力測量取壓口布置圖局部阻力引起的壓強(qiáng)降 可用下面方法測量：在一條各處直徑相等的直管段上，安裝待測局部阻力的閥門，在上、下游各開兩對(duì)測壓口a-a和b-b如圖-1，使 abbc ； abbc，則 Pf，a b Pf，bc ； Pf，ab= Pf，bc在aa之間列柏努利方程式 PaPa =2

4、Pf，a b+2Pf，ab+Pf (5)在bb之間列柏努利方程式： PbPb = Pf，bc+Pf，bc+Pf = Pf，a b+Pf，ab+Pf （6）聯(lián)立式(5)和(6)，則：2(PbPb)(PaPa)為了實(shí)驗(yàn)方便，稱(PbPb)為近點(diǎn)壓差，稱(PaPa)為遠(yuǎn)點(diǎn)壓差。其數(shù)值用差壓傳感器來測量。3.離心泵特性曲線:離心泵是最常見的液體輸送設(shè)備。在一定的型號(hào)和轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚(yáng)程H、軸功率N及效率均隨流量Q而改變。通常通過實(shí)驗(yàn)測出HQ、NQ及Q 關(guān)系，并用曲線表示之，稱為特性曲線。特性曲線是確定泵的適宜操作條件和選用泵的重要依據(jù)。泵特性曲線的具體測定方法如下：(1) H 的測定：在泵的吸入口和

5、排出5之間列柏努利方程 （7） （8）上式中是泵的吸入口和壓出口之間管路內(nèi)的流體流動(dòng)阻力，與柏努力方程中其它項(xiàng)比較，值很小，故可忽略。于是上式變?yōu)椋?（9）將測得的和值以及計(jì)算所得的代入上式，即可求得H。(2) N 測定：功率表測得的功率為電動(dòng)機(jī)的輸入功率。由于泵由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，傳動(dòng)效率可視為1，所以電動(dòng)機(jī)的輸出功率等于泵的軸功率。即：泵的軸功率 N=電動(dòng)機(jī)的輸出功率，Kw電動(dòng)機(jī)輸出功率=電動(dòng)機(jī)輸入功率電動(dòng)機(jī)效率。泵的軸功率=功率表讀數(shù)電動(dòng)機(jī)效率，Kw。 (3) 測定 （10） （11）式中：泵的效率； N泵的軸功率，Kw； Ne-泵的有效功率Kw； H泵的揚(yáng)程，m；Q泵的流量，m3/s；

6、-水的密度，Kg/m3。4.管路特性曲線: 當(dāng)離心泵安裝在特定的管路系統(tǒng)中工作時(shí)，實(shí)際的工作壓頭和流量不僅與離心泵本身的性能有關(guān)，還與管路特性有關(guān)，也就是說，在液體輸送過程中，泵和管路二者相互制約的。管路特性曲線是指流體流經(jīng)管路系統(tǒng)的流量與所需壓頭之間的關(guān)系。若將泵的特性曲線與管路特性曲線在同一坐標(biāo)圖上，兩曲線交點(diǎn)即為泵的在該管路的工作點(diǎn)。因此，如同通過改變閥門開度來改變管路特性曲線，求出泵的特性曲線一樣，可通過改變泵轉(zhuǎn)速來改變泵的特性曲線，從而得出管路特性曲線。泵的壓頭H計(jì)算同上。5.流量計(jì)性能測定:流體通過節(jié)流式流量計(jì)時(shí)在上、下游兩取壓口之間產(chǎn)生壓強(qiáng)差，它與流量的關(guān)系為： （12）式中：被

7、測流體(水)的體積流量，m3/s； 流量系數(shù)，無因次； 流量計(jì)節(jié)流孔截面積，m2； 流量計(jì)上、下游兩取壓口之間的壓強(qiáng)差，Pa ； 被測流體(水)的密度，kgm3 。 用渦輪流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)來測量流量VS。，每一個(gè)流量在壓差計(jì)上都有一對(duì)應(yīng)的讀數(shù)，將壓差計(jì)讀數(shù)P和流量Vs繪制成一條曲線，即流量標(biāo)定曲線。同時(shí)利用上式整理數(shù)據(jù)可進(jìn)一步得到CRe關(guān)系曲線四、實(shí)驗(yàn)裝置的基本情況: 1.實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖:圖-2 流動(dòng)過程綜合實(shí)驗(yàn)流程示意圖1-水箱；2-水泵；3-入口真空表；4-出口壓力表；5、16-緩沖罐；6、14-測局部阻力近端閥；7、15-測局部阻力遠(yuǎn)端閥；8、17-粗糙管測壓閥；9、21-光滑管

8、測壓閥；10-局部阻力閥；11-文丘里流量計(jì)（孔板流量計(jì)）；12-壓力傳感器；13-渦流流量計(jì)；18、32-閥門；20-粗糙管閥；22-小轉(zhuǎn)子流量計(jì)；23-大轉(zhuǎn)子流量計(jì)； 24閥門；25-水箱放水閥；26-倒U型管放空閥；27- 倒U型管；28、30-倒U型管排水閥；29、31-倒U型管平衡閥實(shí)驗(yàn)裝置流程簡介流體阻力測量：水泵2將儲(chǔ)水槽1中的水抽出，送入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)22、23測量流量，然后送入被測直管段測量流體流動(dòng)阻力，經(jīng)回流管流回儲(chǔ)水槽1。被測直管段流體流動(dòng)阻力P 可根據(jù)其數(shù)值大小分別采用變送器12或空氣水倒置型管來測量。流量計(jì)、離心泵性能測定：水泵2將水槽1內(nèi)的水輸送到實(shí)驗(yàn)系

9、統(tǒng)，流體經(jīng)渦輪流量計(jì)13計(jì)量，用流量調(diào)節(jié)閥32調(diào)節(jié)流量，回到儲(chǔ)水槽。同時(shí)測量文丘里流量計(jì)兩端的壓差，離心泵進(jìn)出口壓強(qiáng)、離心泵電機(jī)輸入功率并記錄。管路特性測量：用流量調(diào)節(jié)閥32調(diào)節(jié)流量到某一位置，改變電機(jī)頻率，測定渦輪流量計(jì)的頻率、泵入口壓強(qiáng)、泵出口壓強(qiáng)并記錄。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)：表-1實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)序號(hào)名稱規(guī)格材料1玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)LZB25 1001000（L/h）LZB10 10100（L/h）2壓差傳感器型號(hào)LXWY 測量范圍0-200 KPa不銹鋼3離心泵型號(hào)WB70/055不銹鋼4文丘里流量計(jì)喉徑0.020m不銹鋼5實(shí)驗(yàn)管路管徑0.043m不銹鋼6真空表測量范圍0.1-0M

10、Pa 精度1.5級(jí),真空表測壓位置管內(nèi)徑d1=0.028m7壓力表測量范圍0-0.25MPa 精度1.5級(jí)壓強(qiáng)表測壓位置管內(nèi)徑d2=0.042m8渦輪流量計(jì)型號(hào)LWY-40 測量范圍020m3/h9變頻器型號(hào)N2-401-H 規(guī)格：（0-50）Hz表-2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)第一套：光滑管：管徑d-0.008(m) 管長L-1.70(m) 粗糙管：管徑d-0.010(m) 管長L-1.70(m)真空表與壓強(qiáng)表測壓口之間的垂直距離h0=0.23m第二套：光滑管：管徑d-0.008(m) 管長L-1.70(m) 粗糙管：管徑d-0.010(m) 管長L-1.70(m)真空表與壓強(qiáng)表測壓口之間的垂直

11、距離h0=0.23m3.實(shí)驗(yàn)裝置面板圖： 圖-3 實(shí)驗(yàn)裝置儀表面板圖五、實(shí)驗(yàn)方法及步驟：1流體阻力測量（1）向儲(chǔ)水槽內(nèi)注水至水滿為止。(最好使用蒸餾水，以保持流體清潔) （2）光滑管阻力測定： 關(guān)閉粗糙管路閥門8,17,20，將光滑管路閥門9,19,21全開，在流量為零條件下，打開通向倒置U型管的進(jìn)水閥29,31，檢查導(dǎo)壓管內(nèi)是否有氣泡存在。若倒置U型管內(nèi)液柱高度差不為零，則表明導(dǎo)壓管內(nèi)存在氣泡。需要進(jìn)行趕氣泡操作。導(dǎo)壓系統(tǒng)如圖4所示操作方法如下：加大流量，打開U型管進(jìn)出水閥門29,31，使倒置U型管內(nèi)液體充分流動(dòng)，以趕出管路內(nèi)的氣泡；若觀察氣泡已趕凈，將流量調(diào)節(jié)閥24關(guān)閉，U型管進(jìn)出水閥29

12、,31關(guān)閉，慢慢旋開倒置U型管上部的放空閥26后，分別緩慢打開閥門28、30，使液柱降至中點(diǎn)上下時(shí)馬上關(guān)閉，管內(nèi)形成氣水柱，此時(shí)管內(nèi)液柱高度差不一定為零。然后關(guān)閉放空閥26，打開U型管進(jìn)出水閥29,31，此時(shí)U型管兩液柱的高度差應(yīng)為零（12mm的高度差可以忽略），如不為零則表明管路中仍有氣泡存在，需要重復(fù)進(jìn)行趕氣泡操作。圖-4 導(dǎo)壓系統(tǒng)示意圖3、4-排水閥；11-U型管進(jìn)水閥；12-壓力傳感器；26-U型管放空閥；27-U型管 該裝置兩個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)并聯(lián)連接，根據(jù)流量大小選擇不同量程的流量計(jì)測量流量。 差壓變送器與倒置U型管亦是并聯(lián)連接，用于測量壓差，小流量時(shí)用型管壓差計(jì)測量，大流量時(shí)用差壓變送

13、器測量。應(yīng)在最大流量和最小流量之間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，一般測取1520組數(shù)據(jù)。注：在測大流量的壓差時(shí)應(yīng)關(guān)閉U型管的進(jìn)出水閥29,31，防止水利用U型管形成回路影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。(3) 粗糙管阻力測定：關(guān)閉光滑管閥，將粗糙管閥全開，從小流量到最大流量，測取1520組數(shù)據(jù)。(4) 測取水箱水溫。待數(shù)據(jù)測量完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵。(5) 粗糙管、局部阻力測量方法同前。2流量計(jì)、離心泵性能測定（1）檢查流量調(diào)節(jié)閥32，壓力表4的開關(guān)及真空表3的開關(guān)是否關(guān)閉(應(yīng)關(guān)閉)。（2）啟動(dòng)離心泵，緩慢打開調(diào)節(jié)閥32至全開。待系統(tǒng)內(nèi)流體穩(wěn)定，即系統(tǒng)內(nèi)已沒有氣體，打開壓力表和真空表的開關(guān)，方可測取數(shù)據(jù)。（3）用閥門32調(diào)節(jié)

14、流量，從流量為零至最大或流量從最大到零，測取 1015組數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄渦輪流量計(jì)頻率、文丘里流量計(jì)的壓差、泵入口壓強(qiáng)、泵出口壓強(qiáng)、功率表讀數(shù)，并記錄水溫。（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵，切斷電源。3管路特性的測量（1）測量管路特性曲線測定時(shí)，先置流量調(diào)節(jié)閥32為某一開度，調(diào)節(jié)離心泵電機(jī)頻率（調(diào)節(jié)范圍5020Hz），測取 810組數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄電機(jī)頻率、泵入口壓強(qiáng)、泵出口壓強(qiáng)、流量計(jì)讀數(shù)，并記錄水溫。（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵，切斷電源。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1直流數(shù)字表操作方法請(qǐng)仔細(xì)閱讀說明書，待熟悉其性能和使用方法后再進(jìn)行使用操作。2啟動(dòng)離心泵之前以及從光滑管阻力測量過渡到其它

15、測量之前，都必須檢查所有流量調(diào)節(jié)閥是否關(guān)閉。3.啟動(dòng)離心泵后，注意離心泵的轉(zhuǎn)向，反轉(zhuǎn)時(shí)要調(diào)整380V電源接電順序，使之正轉(zhuǎn)運(yùn)行。4利用壓力傳感器測量大流量下P時(shí),應(yīng)切斷空氣水倒置型玻璃管的閥門否則將影響測量數(shù)值的準(zhǔn)確。 5在實(shí)驗(yàn)過程中每調(diào)節(jié)一個(gè)流量之后應(yīng)待流量和直管壓降的數(shù)據(jù)穩(wěn)定以后方可記錄數(shù)據(jù)。6. 若之前較長時(shí)間未做實(shí)驗(yàn)，啟動(dòng)離心泵時(shí)應(yīng)先盤軸轉(zhuǎn)動(dòng)，否則易燒壞電機(jī)。7. 該裝置電路采用五線三相制配電，實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)良好接地。8. 啟動(dòng)離心泵前，必須關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉壓力表和真空表的開關(guān)，以免損壞測量儀表。9. 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)要清潔，以免影響渦輪流量計(jì)運(yùn)行。七、附數(shù)據(jù)處理過程舉例：1.光滑管小流量數(shù)據(jù)

16、( 以表3第16組數(shù)據(jù)為例) Q40(Lh) h 25(H2O) 實(shí)驗(yàn)水溫=13.2 粘度1.2310-3 (Pa.s) 密度998.95（kgm3） 管內(nèi)流速 （m/s）阻力降 =244(Pa)雷諾數(shù) 1.437103阻力系數(shù) 4.710-2 2.粗糙管、大流量數(shù)據(jù)(以表4 第8組數(shù)據(jù)為例)Q300(Lh) P 17.7(kPa) 實(shí)驗(yàn)水溫=13.2粘度1.2310-3 (Pa.s) 密度998.95（kgm3）管內(nèi)流速 1.06 （m/s）阻力降 17.71000 = 17700（Pa)雷諾數(shù) 8.622103阻力系數(shù) = 0.1643.局部阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(以表5 第2組數(shù)據(jù)為例)Q800(

17、Lh) 近端壓差37.2 (kPa) 遠(yuǎn)端壓差37.7(kPa)管內(nèi)流速： （m/s）局部阻力： 2(PbPb)(PaPa) =（237.2-37.7）1000=36700（Pa)局部阻力系數(shù)： 4.流量計(jì)性能測定（以表8 第5組數(shù)據(jù)為例）渦輪流量計(jì) (m3/h) 流量計(jì)壓差：23.5kpa 實(shí)驗(yàn)水溫=33.1 粘度0.7510-3 (Pa.s) 密度994.25（kgm3）(m/s)=7.86104 =0.9425.離心泵性能的測定(1) H的測定：（以表6第1組數(shù)據(jù)為例） 渦輪流量計(jì)讀數(shù)： 功率表讀數(shù)：0.75kw 壓力表：0.04Mpa； 泵入口真空表：0.008Mpa實(shí)驗(yàn)水溫=33.1

18、 粘度0.7510-3 (Pa.s) 密度994.25（kgm3）5.2（m） 5.管路特性的測定：當(dāng)離心泵安裝在特定的管路系統(tǒng)中工作時(shí)，實(shí)際的工作壓頭和流量不僅與離心泵本身的性能有關(guān)，還與管路特性有關(guān)，也就是說，在液體輸送過程中，泵和管路二者是相互制約的。管路特性曲線是指流體流經(jīng)管路系統(tǒng)的流量與所需壓頭之間的關(guān)系。若將泵的特性曲線與管路特性曲線繪制在同一坐標(biāo)圖上，兩曲線交點(diǎn)即為泵在該管路的工作點(diǎn)。因此，如同通過改變閥門開度來改變管路特性曲線，求出泵的特性曲線一樣，可通過改變泵轉(zhuǎn)速來改變泵的特性曲線，從而得出管路特性曲線。泵的壓頭H計(jì)算方法同上。附：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表表3 流體阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（光滑管

19、內(nèi)徑8mm、管長1.682m）（液體溫度34.2 液體密度=993.91kg/m 液體粘度=0.73mPa.S）序號(hào)流量(l/h)直管壓差PP（Pa）流速u(m/s)Re（kPa）（mmH2o）1100098.6986005.53602230.03054290081.4814004.98542010.03113380064.5645004.42481780.03122470050.6506003.87421560.03199560039.1391003.32361340.03364650028.5285002.76301110.03531740019.0190002.21240890.0367

20、8830011.4114001.66180670.0392492608.787001.44156580.03987102206.666001.22132490.04224111804.848001.00108400.04589121403.434000.7784310.053731310016115700.5560220.04863149013613260.5054200.05071158011110820.4448180.052381670838090.3942160.051161760585660.3336130.048661850414000.2830110.04953194023224

21、0.2224090.043422030161560.1718070.05369212010980.1112040.0755122104390.066020.12081表4 流體阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（直管內(nèi)徑10mm、管長1.70m）（液體溫度34.2 液體密度=993.91kg/m 液體粘度=0.73mPa.S）序號(hào)流量(l/h)直管壓差PP（Pa）流速u(m/s)Re（kPa）（mmH2o）11000133.33.54481780.1262900111.43.18433610.130380087.7877002.83385430.130470069.2692002.48337250.134560

22、052.9529002.12289070.139650038.8388001.77240890.147740026.3263001.42192710.155830015.6156001.06144540.164926012.1121000.92125260.169102209.090000.78105990.176111806.565000.6486720.190121404.949000.5067450.2361310024924280.3548180.230149021220670.3243360.241158018017550.2838540.259167013513160.253372

23、0.25417601009750.2128910.2561850817900.1824090.2991940565460.1419270.3232030383710.1114450.3892120191850.079640.43822107680.044820.645表5 局部阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表序號(hào)Q（l/h）近端壓差遠(yuǎn)端壓差u（m/s）局部阻力壓差阻力系數(shù)1100058.559.31.5735770046.7280037.237.71.2583670046.4表6 離心泵性能測定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 （液體溫度33.1 液體密度=994.25kg/m 、泵進(jìn)出口高度=0.23米）序號(hào)入口壓力P1(MPa

24、)出口壓力P2(MPa)電機(jī)功率(kw)流量Q(m3/h)壓頭h(m)泵軸功率N（w）(%)10.0080.040.7511.125.245034.48820.0070.0750.810.238.648049.87330.0060.0940.799.3110.547455.78340.0040.1130.778.2012.246258.79050.0020.1280.747.3013.644460.396600.1440.716.2815.042659.886700.1670.665.1917.439661.614800.170.614.2117.736655.035900.180.553.3118.733050.7771000.1890.512.5319.630643.9221100.1980.451.4720.527030.2841200.2040.410.7221.124616.768130.2130.380.0022.12280.000表7 離心泵管路特性曲線液體溫度33.1 液體密度=994.25kg/