四川大學化工原理流體力學實驗報告.doc

化工原理實驗報告流體力學綜合實驗姓名： 學號：班級號：實驗日期：2016.6.12實驗成績： 流體力學綜合實驗一、 實驗目的：1. 測定流體在管道內(nèi)流動時的直管阻力損失，作出與Re的關(guān)系曲線。2. 觀察水在管道內(nèi)的流動類型。3. 測定在一定轉(zhuǎn)速下離心泵的特性曲線。二、實驗原理1、求 與Re的關(guān)系曲線流體在管道內(nèi)流動時，由于實際流體有粘性，其在管內(nèi)流動時存在摩擦阻力，必然會引起流體能量損耗，此損耗能量分為直管阻力損失和局部阻力損失。流體在水平直管內(nèi)作穩(wěn)態(tài)流動（如圖1所示）時的阻力損失可根據(jù)伯努利方程求得。112以管中心線為基準面，在1、2截面間列伯努利方程:圖1 流體在1、2截面間穩(wěn)定流動2因u1=u2，z1=z2，故流體在等直徑管的1、2兩截面間的阻力損失為 流體流經(jīng)直管時的摩擦系數(shù)與阻力損失之間的關(guān)系可由范寧公式求得，其表達式為 由上面兩式得： 而 由此可見，摩擦系數(shù)與流體流動類型、管壁粗糙度等因素有關(guān)。由因此分析法整理可形象地表示為 式中：-直管阻力損失，J/kg； -摩擦阻力系數(shù)； -直管長度和管內(nèi)徑，m； -流體流經(jīng)直管的壓降，Pa； -流體的密度，kg/m3； -流體黏度，Pa.s； -流體在管內(nèi)的流速，m/s； 流體在一段水平等管徑管內(nèi)流動時，測出一定流量下流體流經(jīng)這段管路所產(chǎn)生的壓降，即可算得。兩截面壓差由差壓傳感器測得；流量由渦輪流量計測得，其值除以管道截面積即可求得流體平均流速。在已知管徑和平均流速的情況下，測定流體溫度，確定流體的密度和黏度，則可求出雷諾數(shù)，從而關(guān)聯(lián)出流體流過水平直管的摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線圖。2、求離心泵的特性曲線三、實驗流程圖流體力學實驗流程示意圖轉(zhuǎn)子流量計離心泵壓力表真空壓力表水箱閘閥1閘閥2球閥3球閥2球閥1渦輪流量計孔板流量計352鋼管352鋼管352銅管102鋼管四、實驗操作步驟1、求 與Re的關(guān)系曲線1) 根據(jù)現(xiàn)場實驗裝置，理清流程，檢查設備的完好性，熟悉各儀表的使用方法。2) 打開控制柜面上的總電源開關(guān)，按下儀表開關(guān)，檢查無誤后按下水泵開關(guān)。3) 打開球閥1，調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閘閥2使管內(nèi)流量約為10.5，逐步減小流量，每次約減少0.5，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，記錄流量及壓差讀數(shù)，待流量減小到約為4后停止實驗。4) 打開球閥2，關(guān)閉球閥1，重復步驟（3）。5) 打開球閥2和最上層鋼管的閥，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計，使流量為40，逐步減小流量，每次約減少4，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，記錄流量及壓差讀數(shù)，待流量減小到約為4時停止實驗。完成直管阻力損失測定。2、求離心泵的特性曲線1) 根據(jù)現(xiàn)場實驗裝置，理清流程，檢查設備的完好性，熟悉各儀表的使用方法。2) 打開控制柜面上的總電源開關(guān)，按下儀表開關(guān)，先關(guān)閉出口閥門，檢查無誤后按下水泵開關(guān)。3) 打開球閥2，調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥1使管內(nèi)流量，先開至最大，再逐步減小流量，每次約減少1，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，記錄流量及壓差讀數(shù)，待流量減小到約為4后停止實驗，記錄9-10組數(shù)據(jù)。4) 改變頻率為35Hz，重復操作（3），可以測定不同頻率下離心泵的特性曲線。五、實驗數(shù)據(jù)記錄1、設備參數(shù)： ； ； 2、實驗數(shù)據(jù)記錄1）求 與Re的關(guān)系曲線銅管湍流 鋼管湍流序號qv(m3h)p(kpa)序號qv(m3h)p(kpa)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鋼管層流序號qv(Lh)p(pa)14093523670133250042840252434062029071623081216598116104582、求離心泵的特性曲線30Hz離心泵數(shù)據(jù)記錄序號流量真空表壓力表電機功率115.65-220028000694214.64-200031000666313.65-180037000645412.65-120040000615511.6220042000589610.6804700056579.661005000054988.6710005100052197.67150055000488106.63180059000468115.62180060000442124.58200067000388130.080.00220.083166.935Hz離心泵數(shù)據(jù)記錄序號流量真空表壓力表電機功率118.27-500420001052217.26-40048000998316.24-30051000972415.26-30056000933514.27-20061000906613.28-20065000861712.27-20068000824811.27-10071000798910.26076000758109.26-10080000725118.26082000682127.26-10089000653136.2715090000626145.26180100000585154.43200110000528六、典型計算1、 求 與Re的關(guān)系曲線以銅管湍流的第一組數(shù)據(jù)為例計算T=22時，997.044kg/m3 1.010-3Pas以管中心線為基準面，在1、2截面間列伯努利方程 P1+u12+gz1=P2+u22+gz2+hf因u1=u2，z1=z2，故流體在等徑管的1、2兩截面間的阻力損失為 hf=P=3.14*10001000=3.15J/kg u=qvA=qv4d12=8.736000.0007548=3.202m/s ; Re=du=0.0313.202997.0440.001=98960.27因為hf=P ; 所以=Pd1l2u2=3.150.0311.223.2022=0.01587其他計算與此相同。2、求離心泵的特性曲線 湍流銅管：管長L2=1.2m；管內(nèi)徑d2=31mm銅管湍流序號qv(m3h)p(kpa)u(ms)Re18.73.143.20298960.270.0158728.32.903.05594410.370.0161137.92.662.90789860.480.0163147.52.402.76085310.580.0163357.12.212.61380760.680.0167766.71.972.46676210.780.0167976.31.772.31871660.890.0170685.91.552.17167110.990.0170495.51.382.02462561.090.01745105.11.211.87758011.190.01780114.71.041.73053461.30.01801鋼管湍流序號qv(m3h)p(kpa)u(ms)Re111.14.654.085126259.70.01444210.54.203.864119434.80.0145839.93.783.6431126100.0147649.33.383.423105785.10.0149558.73.003.20298960.270.0151768.12.612.98192135.430.0152277.52.252.76085310.580.0153086.91.972.53978485.730.0158396.31.682.31871660.890.01620105.71.402.09864836.040.01649115.11.161.87758011.190.01706 湍流鋼管：管長L3=1.2m；管內(nèi)徑d32=31mm 鋼管層流 層流鋼管：管長L1=2m；管內(nèi)徑d1=6mm 序號qv(Lh)p(pa)u(ms)Re1409350.3932351.030.060842367010.3532111.740.056313325000.3141878.430.050834284020.2751645.120.053385243400.2361411.810.061456202900.1961172.520.075477162300.157939.220.093538121650.118705.910.11928981160.079472.600.18869104580.039233.310.377372、 離心泵的特性曲線以第一組數(shù)據(jù)為例，n=30HzT=23時，997.044Kg/m3 1.010-3Pas以水平地面為基準面，離心泵進口壓力表為1-1截面，離心泵出口壓力表為2-2截面，在此兩截面之間列伯努利方程 P1g+u12g+z1+H=P2g+u22g+z2+Hf因為 Hf0 ; 所以H= P2-P1g+u2-u12g+ZZ=Z2-Z2=0.2m ; 進口直徑D=50mm ; 出口直徑d=40mmu1=qvA1=qv4D2=15.65360040.052m/s=2.215m/s ; u2=qvA2=qv4d2=15.65360040.042m/s=3.458m/s、H=3.647mH2ON=N電電傳 ; 電=0.75 ; 傳=0.95N=6940.750.95=494.5W=NtN ; Nt=qHg=3.64715.65997.0449.81/3600W=155.26W=155.26494.5100%=31.36%序號流量Qv(m3h)揚程軸功率效率115.653.647494.531.36%214.643.889474.532.60%313.654.440459.635.83%412.654.647438.236.45%511.624.672419.735.15%610.685.173402.637.29%79.665.439391.236.49%88.675.422371.234.41%97.675.756347.734.50%106.636.113333.533.02%115.626.197314.930.04%124.586.876276.4530.95%30Hz離心泵的特性曲線35Hz離心泵的特性曲線序號流量Qv(m3h)揚程軸功率效率118.275.036749.5533.35%217.265.586711.0836.84%316.245.833692.5537.16%415.266.298664.7639.28%514.276.756645.5340.58%613.287.125613.4641.91%712.277.394587.1041.99%811.277.656568.5841.23%910.268.125540.0841.94%109.268.515516.5641.47%118.268.684485.9340.11%127.269.387465.2639.80%136.279.444446.0336.07%145.2610.446416.8135.82%154.4311.455376.2036.65%七、實驗結(jié)果分析與討論1、求 與Re的關(guān)系曲線實驗結(jié)果：由關(guān)系曲線可以看出，鋼管層流實驗中，雷諾數(shù)與摩擦阻力系數(shù)在雙對數(shù)坐標中呈線性關(guān)系，摩擦阻力系數(shù)只與流動類型有關(guān)，且隨雷諾數(shù)的增加而減小，而與管壁粗糙度無關(guān)；在銅管湍流與鋼管湍流實驗中，摩擦阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)增加而趨于一個定值，此時流體進入完全阻力平方區(qū)，摩擦阻力系數(shù)僅與管壁的相對粗糙度有關(guān)，與雷諾數(shù)的增加無關(guān)。結(jié)果分析：實驗結(jié)果基本與理論相符合，但是也存在誤差，如：在鋼管層流實驗中，在雷諾數(shù)在18702000范圍內(nèi)，雷諾數(shù)Re增大，并不隨Re增大而減小，反而增大。產(chǎn)生這種現(xiàn)象可能是因為在Re為18702000范圍內(nèi)時已經(jīng)非常接近于湍流，導致其規(guī)律與理論出現(xiàn)偏差。此外，還有可能是因為設備本身存在的誤差，即流量調(diào)小至一定程度時，無法保證對流量的精準調(diào)節(jié)，使結(jié)果出現(xiàn)誤差。減小誤差的措施：a.在實驗正式開始前對設備進行檢查，確認設備無漏水等現(xiàn)象再開始實驗；b.進行流量調(diào)節(jié)時，每次應以相同幅度減小c.調(diào)節(jié)好流量后，應等待3分鐘，等讀數(shù)穩(wěn)定后再進行讀數(shù)。2、離心泵的特性曲線實驗結(jié)果：有實驗數(shù)據(jù)和曲線圖可以看出，揚程隨流量的增加而降低，軸功率隨流量的增加而升高，效率隨流量的增加先升高后降低。隨著轉(zhuǎn)速增大，三者均增大，由實驗結(jié)果可以看出，基本符合QvQv=nn、HH=nn2、NN=nn3的速度三角形關(guān)系。結(jié)果分析：實驗結(jié)果與理論規(guī)律基本符合，在轉(zhuǎn)速為35Hz時結(jié)果較理想，但是在轉(zhuǎn)速為30Hz時，雖然符合基本規(guī)律，但是效率明顯過低。造成這種現(xiàn)象的主要原因是轉(zhuǎn)速過低，設備存在的設備誤差更大，改善方法是在較高轉(zhuǎn)速下進行實驗。減小誤差的方法：a.在實驗正式開始前對設備進行檢查，確認設備無漏水等現(xiàn)象再開始實驗；b.進行流量調(diào)節(jié)時，每次應以相同幅度減小c.調(diào)節(jié)好流量后，應等待3分鐘，等讀數(shù)穩(wěn)定后再進行讀數(shù)。d.在轉(zhuǎn)速稍高的條件下進行實驗。e.讀數(shù)壓力表時指針擺動幅度大，應在均勻擺動時取其中間值。6、 實驗思考與討論問題1、直管阻力產(chǎn)生的原因是什么？如何測定與計算？ 答：流體有粘性，管壁與流體間存在摩擦阻力。用壓力計測定所測流體在所測水平等徑管內(nèi)流動的壓差,一定要水平等徑，p=hf就可求得直管阻力。 2、影響本實驗測量準確度的原因有哪些？怎樣才能測準數(shù)據(jù)？ 答：管內(nèi)是否混入氣泡，流體流動是否穩(wěn)定。排出管內(nèi)氣泡，改變流速后等待23min待流體流動穩(wěn)定后記錄數(shù)據(jù)。 3、水平或垂直管中，對相同直徑、相同實驗條件下所測出的流體的阻力損失是否相同？ 答：不同，根據(jù)伯努利方程可知，垂直管高度差將影響阻力損失。根據(jù)實驗測定數(shù)據(jù)，如何確定離心泵的工作點？ 答：離心泵的工作點就是離心泵特性曲線與管路特性曲線的交點，此時泵給出的能量與管路輸送液體所消耗的能量相等。