流體力學(xué)組合實(shí)驗(yàn)裝置使用說(shuō)明書

一、流體力學(xué)組合實(shí)驗(yàn)裝置使用說(shuō)明書-流體輸送操作單元簡(jiǎn)介
液體和氣體統(tǒng)稱為流體。流體的特征是具有流動(dòng)性，即其抗剪和抗張的能力很小，無(wú)固定形狀，隨容器的形狀而變化；在外力作用下其內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
化工生產(chǎn)中所處理的原料及產(chǎn)品，大多為流體。按照生產(chǎn)工藝的要求，制造產(chǎn)品時(shí)往往需要把他們依次輸送到各設(shè)備內(nèi)，進(jìn)行反應(yīng)；產(chǎn)品又常需輸送到貯罐內(nèi)貯存。如果欲達(dá)到上述所規(guī)定的條件，把流體從一個(gè)設(shè)備輸送到另一個(gè)設(shè)備，首先，設(shè)備之間需用管道聯(lián)接，其次，需要輸送設(shè)備給流體以一定的速度�；どa(chǎn)中，由于各種因素的制約，如場(chǎng)地、設(shè)備費(fèi)用、工藝要求等等；各設(shè)備之間流體流動(dòng)需要消耗能量，流體以一定速度在管內(nèi)流動(dòng)亦需要能量。這樣，就必須有一能給流體提供能量的輸送設(shè)備。我們把為液體提供能量的輸送設(shè)備稱為泵，為氣體提供能量的輸送設(shè)備稱為風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)。泵種類很多，按照工作原理的不同，分為離心泵、往復(fù)泵、旋轉(zhuǎn)泵、旋渦泵等幾種；風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)有通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、真空泵等。其作用均是：對(duì)流體做功，提高流體的壓強(qiáng)。本實(shí)驗(yàn)介紹離心泵。
離心泵一般用電機(jī)帶動(dòng)，在啟動(dòng)前需向殼內(nèi)罐滿被輸送的液體，啟動(dòng)電機(jī)后，泵軸帶動(dòng)葉輪一起旋轉(zhuǎn)，充滿葉片之間的液體也隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣的過(guò)程中便獲得了能量，使葉輪外緣的液體靜壓強(qiáng)提高，同時(shí)增加了液體的動(dòng)能。液體離開(kāi)葉輪進(jìn)入泵殼后，由于泵殼中流道逐漸加寬，液體的流速逐漸降低，一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能，使泵出口處液體的壓強(qiáng)進(jìn)一步提高，于是液體以較高的壓強(qiáng)，從泵的排出口進(jìn)入管路，輸送至所需的場(chǎng)所。
流體在流動(dòng)過(guò)程中為克服流動(dòng)阻力必定要消耗能量。流體流動(dòng)阻力產(chǎn)生根本的原因是流體具有粘性，流動(dòng)時(shí)存在著內(nèi)磨擦，管壁或其它形狀固體壁面，促使流動(dòng)流體的內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為流體流動(dòng)阻力的產(chǎn)生提供了條件，因此液體阻力的大小與流體的物性、流動(dòng)狀況及壁面等因素有關(guān)。
通常將流體在管路中流動(dòng)時(shí)的阻力分成直管阻力和局部阻力兩部分，直管阻力是流體流經(jīng)一定管徑的直管時(shí)，由于流體的內(nèi)磨擦力（即粘性力）產(chǎn)生的阻力。局部阻力（形體阻力）主要是由于流體經(jīng)管路中管件、閥門及管截面形狀和尺寸突然擴(kuò)大縮小等局部地方引起流體邊界層分離造成的阻力。
化工生產(chǎn)中，流體流動(dòng)的基本原理及其流動(dòng)規(guī)律被廣泛應(yīng)用，主要有以下幾個(gè)方面的應(yīng)用：
1）流體的輸送
2）壓強(qiáng)、流速和流量的測(cè)量
3）為強(qiáng)化流體的傳熱、傳質(zhì)提供適宜的流動(dòng)條件
一個(gè)完整的流體輸送系統(tǒng)所必須包括的主要設(shè)備及儀表有：
1）泵（或風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)）：對(duì)流體作功，提高流體壓強(qiáng)：
2）進(jìn)、出口閥門；控制流體流量；
3）壓力表；測(cè)量流體的壓強(qiáng)；
4）管道；流體流動(dòng)的通道。
二、設(shè)備性能與主要技術(shù)參數(shù)
1、本實(shí)驗(yàn)裝置主要是由離心泵、PVC水箱、壓力表、流量計(jì)、孔板、U型壓力計(jì)等組成。
2、離心泵采用20－110型小流量離心管道泵，流量為

,揚(yáng)程為15m，輸入功率為370W，必需汽蝕余量（NPSH）r為2.3m。
3、流量的測(cè)量以流量計(jì)的讀數(shù)為準(zhǔn)，孔板的安裝是為了加深學(xué)生對(duì)孔板流量計(jì)的印象，同時(shí)也可以用它的結(jié)果與轉(zhuǎn)子流量計(jì)做比較。喉頸處的通徑為15mm，孔流系數(shù)CV為0.5。
4、壓差計(jì)均采用L為1000mm和800mm型。指示液為四氯化碳或水銀，須避免濺出有害人體健康。
5、水箱由PVC板焊制而成，實(shí)驗(yàn)液體（水）為全循環(huán)使用。節(jié)約實(shí)驗(yàn)開(kāi)支。
6、臺(tái)架本裝置離心泵出口流量的調(diào)節(jié)，離心泵出口流量的顯示，離心泵進(jìn)、出口壓力的顯示、電機(jī)功率的顯示，均集中在臺(tái)架上。
三、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
1、了解離心泵的結(jié)構(gòu)和特性，熟悉離心泵的操作；
2、掌握離心泵主要參數(shù)的測(cè)定方法，測(cè)量一定轉(zhuǎn)速下的離心泵特性曲線；
3、了解并熟悉離心泵的工作原理。
4、掌握流體阻力及一定管徑和管壁粗糙度下摩擦系數(shù)λ的測(cè)定方法。
5、掌握測(cè)定局部阻力系數(shù)ζ的方法。
6、掌握摩擦系數(shù)λ與雷諾數(shù)Re之間的關(guān)系及工程意義
四、實(shí)驗(yàn)原理及要求
1、離心泵的特性曲線
離心泵是化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的一種流體輸送設(shè)備。它的主要特性參數(shù)包括：流量Q，揚(yáng)程He，功率N，和效率η。這些特性參數(shù)之間是相互聯(lián)系的，在一定轉(zhuǎn)速下，He、N、η都隨著輸液量Q變化而變化；離心泵的壓頭He、軸功率N、效率η與流量Q之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，若以曲線H~Q、N~Q、η~Q表示，則稱為離心泵的特性曲線，可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。特性曲線是確定泵的適宜操作條件和選用離心泵的重要依據(jù)。
離心泵在出廠前均由制造廠提供該泵的特性曲線，供用戶選用。泵的生產(chǎn)部門所提供的離心泵的特性曲線一般都是在一定轉(zhuǎn)速和常壓下，以常溫的清水為介質(zhì)測(cè)定。在實(shí)際生產(chǎn)中，所輸送的液體多種多樣，其無(wú)論性質(zhì)（如密度、粘度等）各異，泵的性能亦將發(fā)生變化，廠家提供的特性曲線將不再適用，如泵的軸功率隨液體密度變化而改變，隨粘度變化，泵的壓頭、效率軸功率等均發(fā)生變化。此外，改變泵的轉(zhuǎn)速或葉輪直徑，泵的性能也會(huì)發(fā)生變化。因此，用戶在使用時(shí)要根據(jù)介質(zhì)的不同，重新校正其特性曲線后選用。
2、曲線的測(cè)定
（1）流量Q的測(cè)定
轉(zhuǎn)速一定，用泵出口閥調(diào)節(jié)流量，管路中流過(guò)的液體量通過(guò)渦輪流量計(jì)或用壓差式流量計(jì)讀出的壓差值來(lái)確定流量；
（2）揚(yáng)程（壓頭）He的測(cè)定

3、流體阻力
流體阻力產(chǎn)生的根源是流體具有粘性，流動(dòng)時(shí)存在內(nèi)摩擦。而壁的形狀則促使流動(dòng)的流體內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為流動(dòng)阻力的產(chǎn)生提供了條件，流動(dòng)阻力的大小與流體本身的物理性質(zhì)、流動(dòng)狀況及壁面的形狀等因素有關(guān)。流動(dòng)阻力可分為直管阻力和局部阻力。
流體在流動(dòng)過(guò)程中要消耗能量以克服流動(dòng)阻力。因此，流動(dòng)阻力的測(cè)定頗為重要。測(cè)定流體阻力的基本原理如圖2-1所示，水從貯槽由離心泵輸入管道，經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后回到水槽，循環(huán)利用。改變流量并測(cè)定直管與管件的相應(yīng)壓差，即可測(cè)得流體流動(dòng)阻力。

4、離心泵的工作點(diǎn)與調(diào)節(jié)
（1）管路特性曲線與泵的工作點(diǎn)：
當(dāng)離心泵安裝在特定的管路系統(tǒng)中時(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)，即在輸送液體的過(guò)程中，泵和管路是相互制約的，對(duì)一特定的管路系統(tǒng)，可得出：He=K+BQ²
其中：操作條件一定時(shí)，K為常數(shù)。由上式看出，在固定管路中輸送流體時(shí)，管路所輸送的流體的壓頭He隨被輸送流體的流量Q的平方而變（湍流狀態(tài)），該關(guān)系標(biāo)在相應(yīng)坐標(biāo)紙上，即為管路特性曲線，該線的形狀取決于系數(shù)K、B，即取決于操作條件和管路的幾何條件，與泵的性能無(wú)關(guān)。
將離心泵的特性曲線H~Q與其所在管路的特性曲線繪于同一坐標(biāo)圖上，兩線交點(diǎn)M稱為泵在該管路上的工作點(diǎn)，該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流量和壓頭既能滿足管路系統(tǒng)的要求，又為離心泵所能提供。
（2）離心泵的流量調(diào)節(jié)：
離心泵在指定的管路上工作時(shí)，當(dāng)生產(chǎn)任務(wù)發(fā)生變化，或已選好的泵在特定管路中運(yùn)轉(zhuǎn)所提供的流量不符合要求的，都需要對(duì)離心泵進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，實(shí)質(zhì)上是改變泵的工作點(diǎn)，因此，改變兩種特性曲線之一均可達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。調(diào)節(jié)流量最直接的方法是：改變離心泵出口管路上調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度，閥門開(kāi)大，管路局部阻力減小，管路特性曲線變得平坦，工作點(diǎn)流量加大，揚(yáng)程減小，反之亦然；調(diào)節(jié)流量的另一方法時(shí)：改變泵的轉(zhuǎn)速以改變泵的特性曲線，以達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。
五、實(shí)驗(yàn)流程圖

六、實(shí)驗(yàn)操作步驟與注意事項(xiàng)
1、檢查水槽內(nèi)的水是否保持在一定的液位，水不能太少，必要時(shí)應(yīng)向水槽加水；
2、泵啟動(dòng)前，泵殼內(nèi)應(yīng)注滿被輸送的液體（本實(shí)驗(yàn)為水）；并且泵的出口閥需關(guān)閉，避免泵剛啟動(dòng)時(shí)的空載運(yùn)轉(zhuǎn)。若出現(xiàn)泵無(wú)法輸送液體，則說(shuō)明泵未灌滿或者其內(nèi)有空氣，氣體排盡后必然可以輸送液體。
3、泵啟動(dòng)后，待泵的出口有一定的壓力后再開(kāi)啟泵出口閥但幅度不要太大同時(shí)稍開(kāi)泵入口壓差計(jì)的連通閥；記錄下泵在一定轉(zhuǎn)速下的進(jìn)出口壓力、流量等于原始記錄表格中。（注意若開(kāi)始就將流量開(kāi)得很大則可能會(huì)使文丘里管壓差計(jì)變成流體的另一通道而不能測(cè)壓。）
4、關(guān)泵時(shí)，應(yīng)注意泵的出口閥門必須關(guān)閉，再停泵；
5、須定期清洗水箱，以免污圬過(guò)多。
七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理與要求：
1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)所測(cè)各項(xiàng)，設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)記錄表格。
2、驗(yàn)證層流時(shí)λ～Re的關(guān)系。
3、湍流時(shí)流量由�。ù螅┑酱螅ㄐ。y(cè)8~10組數(shù)據(jù)，計(jì)算λ、ζ、Re值。
4、在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪出λ～Re曲線，并與書上λ～Re比較是否相符？
5、局部阻力原始記錄表格與下表一致。
6、繪制離心泵的特性曲線H~Q
原始記錄表格
溫度：液體粘度：液體密度：管子內(nèi)徑：

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