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化工流動過程綜合實驗裝置說明書

一、化工流動過程綜合實驗裝置說明書-實驗目的：

二、實驗內容:

三、實驗原理:
1.直管摩擦系數l與雷諾數Re的測定:




3.離心泵特性曲線:


4.管路特性曲線:
    當離心泵安裝在特定的管路系統(tǒng)中工作時，實際的工作壓頭和流量不僅與離心泵本身的性能有關，還與管路特性有關，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管路系統(tǒng)的流量與所需壓頭之間的關系。若將泵的特性曲線與管路特性曲線在同一坐標圖上，兩曲線交點即為泵的在該管路的工作點。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計算同上。
5.流量計性能測定:

用渦輪流量計作為標準流量計來測量流量VS。，每一個流量在壓差計上都有一對應的讀數，將壓差計讀數△P和流量Vs繪制成一條曲線，即流量標定曲線。同時利用上式整理數據可進一步得到C—Re關系曲線

四、實驗裝置的基本情況:
1.實驗裝置流程示意圖:

實驗裝置流程簡介
①流體阻力測量：
水泵2將儲水槽1中的水抽出，送入實驗系統(tǒng)，經玻璃轉子流量計22、23測量流量，然后送入被測直管段測量流體流動阻力，經回流管流回儲水槽1。被測直管段流體流動阻力ΔP 可根據其數值大小分別采用變送器12或空氣—水倒置Ｕ型管來測量。
②流量計、離心泵性能測定：
水泵2將水槽1內的水輸送到實驗系統(tǒng)，流體經渦輪流量計13計量，用流量調節(jié)閥32調節(jié)流量，回到儲水槽。同時測量文丘里流量計兩端的壓差，離心泵進出口壓強、離心泵電機輸入功率并記錄。
③管路特性測量：
用流量調節(jié)閥32調節(jié)流量到某一位置，改變電機頻率，測定渦輪流量計的頻率、泵入口壓強、泵出口壓強并記錄。
2.實驗設備主要技術參數：
表-1實驗設備主要技術參數
序號 名稱 規(guī)格 材料
1 玻璃轉子流量計 LZB—25    100~1000（L/h）
LZB—10    10~100（L/h）		  
2 壓差傳感器 型號LXWY    測量范圍0--200 KPa 不銹鋼
3 離心泵 型號WB70/055 不銹鋼
4 文丘里流量計 喉徑0.020m 不銹鋼
5 實驗管路 管徑0.043m 不銹鋼
6 真空表 測量范圍0.1-0MPa  精度1.5級,
真空表測壓位置管內徑d1=0.028m		  
7 壓力表 測量范圍0-0.25MPa  精度1.5級
壓強表測壓位置管內徑d2=0.042m		  
8 渦輪流量計 型號LWY-40 測量范圍0—20m3/h  
9 變頻器 型號N2-401-H   規(guī)格：（0-50）Hz  
表-2  實驗設備主要技術參數
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)
真空表與壓強表測壓口之間的垂直距離h0=0.23m
3.實驗裝置面板圖：
五、實驗方法及步驟：
1．流體阻力測量
（1）向儲水槽內注水至水滿為止。(最好使用蒸餾水，以保持流體清潔)
（2）光滑管阻力測定：
① 關閉粗糙管路閥門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型管的進水閥29,31，檢查導壓管內是否有氣泡存在。若倒置U型管內液柱高度差不為零，則表明導壓管內存在氣泡。需要進行趕氣泡操作。導壓系統(tǒng)如圖4所示操作方法如下：
加大流量，打開U型管進出水閥門29,31，使倒置U型管內液體充分流動，以趕出管路內的氣泡；若觀察氣泡已趕凈，將流量調節(jié)閥24關閉，U型管進出水閥29,31關閉，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，使液柱降至中點上下時馬上關閉，管內形成氣—水柱，此時管內液柱高度差不一定為零。然后關閉放空閥26，打開U型管進出水閥29,31，此時U型管兩液柱的高度差應為零（1—2mm的高度差可以忽略），如不為零則表明管路中仍有氣泡存在，需要重復進行趕氣泡操作。
圖-4  導壓系統(tǒng)示意圖
3、4-排水閥；11-U型管進水閥；12-壓力傳感器；26-U型管放空閥；27-U型管
② 該裝置兩個轉子流量計并聯連接，根據流量大小選擇不同量程的流量計測量流量。
③ 差壓變送器與倒置U型管亦是并聯連接，用于測量壓差，小流量時用∪型管壓差計測量，大流量時用差壓變送器測量。應在最大流量和最小流量之間進行實驗操作，一般測取15～20組數據。
注：在測大流量的壓差時應關閉U型管的進出水閥29,31，防止水利用U型管形成回路影響實驗數據。
(3) 粗糙管阻力測定：
關閉光滑管閥，將粗糙管閥全開，從小流量到最大流量，測取15~20組數據。
(4) 測取水箱水溫。待數據測量完畢，關閉流量調節(jié)閥，停泵。
(5) 粗糙管、局部阻力測量方法同前。
2．流量計、離心泵性能測定
（1）檢查流量調節(jié)閥32，壓力表4的開關及真空表3的開關是否關閉(應關閉)。
（2）啟動離心泵，緩慢打開調節(jié)閥32至全開。待系統(tǒng)內流體穩(wěn)定，即系統(tǒng)內已沒有氣體，打開壓力表和真空表的開關，方可測取數據。
（3）用閥門32調節(jié)流量，從流量為零至最大或流量從最大到零，測取 10～15組數據，同時記錄渦輪流量計頻率、文丘里流量計的壓差、泵入口壓強、泵出口壓強、功率表讀數，并記錄水溫。
（4）實驗結束后，關閉流量調節(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，先置流量調節(jié)閥32為某一開度，調節(jié)離心泵電機頻率（調節(jié)范圍50—20Hz），測取 8～10組數據，同時記錄電機頻率、泵入口壓強、泵出口壓強、流量計讀數，并記錄水溫。
（2）實驗結束后，關閉流量調節(jié)閥，停泵，切斷電源。
六、實驗注意事項
1．直流數字表操作方法請仔細閱讀說明書，待熟悉其性能和使用方法后再進行使用操作。
2．啟動離心泵之前以及從光滑管阻力測量過渡到其它測量之前，都必須檢查所有流量調節(jié)閥是否關閉。
3.啟動離心泵后，注意離心泵的轉向，反轉時要調整380V電源接電順序，使之正轉運行。
4．利用壓力傳感器測量大流量下△P時,應切斷空氣—水倒置∪型玻璃管的閥門否則將影響測量數值的準確。  
5．在實驗過程中每調節(jié)一個流量之后應待流量和直管壓降的數據穩(wěn)定以后方可記錄數據。
6. 若之前較長時間未做實驗，啟動離心泵時應先盤軸轉動，否則易燒壞電機。
7. 該裝置電路采用五線三相制配電，實驗設備應良好接地。
8. 啟動離心泵前，必須關閉流量調節(jié)閥，關閉壓力表和真空表的開關，以免損壞測量儀表。
9. 實驗水質要清潔，以免影響渦輪流量計運行。
七、附數據處理過程舉例：




5.管路特性的測定：
當離心泵安裝在特定的管路系統(tǒng)中工作時，實際的工作壓頭和流量不僅與離心泵本身的性能有關，還與管路特性有關，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管路系統(tǒng)的流量與所需壓頭之間的關系。若將泵的特性曲線與管路特性曲線繪制在同一坐標圖上，兩曲線交點即為泵在該管路的工作點。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計算方法同上。
附：實驗數據表
表3  流體阻力實驗數據記錄（光滑管內徑8mm、管長1.682m）
（液體溫度34.2℃   液體密度ρ=993.91kg/m   液體粘度μ=0.73mPa.S）
序號 流量(l/h) 直管壓差ΔP ΔP
（Pa）		 流速u
(m/s)		 Re λ
（kPa） （mmH2o）
1 1000 98.6 　 98600 5.53 60223 0.03054
2 900 81.4 　 81400 4.98 54201 0.03113
3 800 64.5 　 64500 4.42 48178 0.03122
4 700 50.6 　 50600 3.87 42156 0.03199
5 600 39.1 　 39100 3.32 36134 0.03364
6 500 28.5 　 28500 2.76 30111 0.03531
7 400 19.0 　 19000 2.21 24089 0.03678
8 300 11.4 　 11400 1.66 18067 0.03924
9 260 8.7 　 8700 1.44 15658 0.03987
10 220 6.6 　 6600 1.22 13249 0.04224
11 180 4.8 　 4800 1.00 10840 0.04589
12 140 3.4 　 3400 0.77 8431 0.05373
13 100 　 161 1570 0.55 6022 0.04863
14 90 　 136 1326 0.50 5420 0.05071
15 80 　 111 1082 0.44 4818 0.05238
16 70 　 83 809 0.39 4216 0.05116
17 60 　 58 566 0.33 3613 0.04866
18 50 　 41 400 0.28 3011 0.04953
19 40 　 23 224 0.22 2409 0.04342
20 30 　 16 156 0.17 1807 0.05369
21 20 　 10 98 0.11 1204 0.07551
22 10 　 4 39 0.06 602 0.12081
表4  流體阻力實驗數據記錄（直管內徑10mm、管長1.70m）  
（液體溫度34.2℃  液體密度ρ=993.91kg/m   液體粘度μ=0.73mPa.S）  
序號 流量
(l/h)		 直管壓差ΔP ΔP
（Pa）		 流速u
(m/s)		 Re λ  
（kPa） （mmH2o）  
1 1000 133.3 　 133300 3.54 48178 0.126  
2 900 111.4 　 111400 3.18 43361 0.130  
3 800 87.7 　 87700 2.83 38543 0.130  
4 700 69.2 　 69200 2.48 33725 0.134  
5 600 52.9 　 52900 2.12 28907 0.139  
6 500 38.8 　 38800 1.77 24089 0.147  
7 400 26.3 　 26300 1.42 19271 0.155  
8 300 15.6 　 15600 1.06 14454 0.164  
9 260 12.1 　 12100 0.92 12526 0.169  
10 220 9.0 　 9000 0.78 10599 0.176  
11 180 6.5 　 6500 0.64 8672 0.190  
12 140 4.9 　 4900 0.50 6745 0.236  
13 100 　 249 2428 0.35 4818 0.230  
14 90 　 212 2067 0.32 4336 0.241  
15 80 　 180 1755 0.28 3854 0.259  
16 70 　 135 1316 0.25 3372 0.254  
17 60 　 100 975 0.21 2891 0.256  
18 50 　 81 790 0.18 2409 0.299  
19 40 　 56 546 0.14 1927 0.323  
20 30 　 38 371 0.11 1445 0.389  
21 20 　 19 185 0.07 964 0.438  
22 10 　 7 68 0.04 482 0.645  
表5  局部阻力實驗數據表  
序號 Q（l/h） 近端壓差 遠端壓差 u（m/s） 局部阻力壓差 阻力系數ζ  
1 1000 58.5 59.3 1.573 57700 46.7  
2 800 37.2 37.7 1.258 36700 46.4  
表6  離心泵性能測定實驗數據記錄  
（液體溫度33.1℃  液體密度ρ=994.25kg/m 、泵進出口高度=0.23米）  
序號 入口壓力
P1
(MPa)		 出口壓力
P2
(MPa)		 電機功率
(kw)		 流量
Q
(m3/h)		 壓頭h
(m)		 泵軸功率
N
（w）		 η
(%)		  
1 0.008 0.04 0.75 11.12 5.2 450 34.488  
2 0.007 0.075 0.8 10.23 8.6 480 49.873  
3 0.006 0.094 0.79 9.31 10.5 474 55.783  
4 0.004 0.113 0.77 8.20 12.2 462 58.790  
5 0.002 0.128 0.74 7.30 13.6 444 60.396  
6 0 0.144 0.71 6.28 15.0 426 59.886  
7 0 0.167 0.66 5.19 17.4 396 61.614  
8 0 0.17 0.61 4.21 17.7 366 55.035  
9 0 0.18 0.55 3.31 18.7 330 50.777  
10 0 0.189 0.51 2.53 19.6 306 43.922  
11 0 0.198 0.45 1.47 20.5 270 30.284  
12 0 0.204 0.41 0.72 21.1 246 16.768  
13 　 0.213 0.38 0.00 22.1 228 0.000  
表7  離心泵管路特性曲線  
液體溫度33.1℃  液體密度ρ=994.25kg/m 泵進出口高度=0.23米  
序號 電機頻率
Hz		 入口壓力P1
(MPa)		 出口壓力P2
(MPa)		 流量Q
(m3/h)		 壓頭h
(m)		  
1 50 0.008 0.043 11.13 5.46  
2 48 0.008 0.041 10.92 5.25  
3 46 0.007 0.041 10.64 5.15  
4 44 0.007 0.032 10.29 4.23  
5 42 0.006 0.029 9.93 3.82  
6 40 0.005 0.026 9.48 3.41  
7 38 0.004 0.023 9.01 3.00  
8 36 0.004 0.02 8.55 2.69  
9 34 0.003 0.017 8.07 2.28  
10 32 0.002 0.015 7.58 1.97  
11 30 0 0.012 7.11 1.46  
14 26 0 0 6.14 0.23  
16 20 0 0 4.66 0.23  
18 16 0 0 3.69 0.23  
19 10 0 0 2.18 0.23  
20 0 0 0 0 0.23  
表8   流量計性能測定實驗數據記錄            
序號 文丘里流量計
(kPa)		 文丘里流量計
(Pa)		 流量Q
(m3/h)		 流速u
(m/s)		 Re
　		 Co
　
1 51.5 51500 11.12 2.128 121311 0.969
2 43.6 43600 10.23 1.958 110163 0.969
3 37.3 37300 9.31 1.782 100256 0.954
4 29.2 29200 8.20 1.569 88303 0.949
5 23.5 23500 7.30 1.397 78611 0.942
6 18.3 18300 6.28 1.202 67627 0.918
7 12.8 12800 5.19 0.993 55889 0.907
8 9.3 9300 4.21 0.806 45336 0.864
9 6.2 6200 3.31 0.633 35644 0.832
10 4.4 4400 2.53 0.484 27245 0.754
11 2.4 2400 1.47 0.281 15830 0.594
12 1.1 1100 0.72 0.138 7753 0.429



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