实验一流体力学综合实验实验报告

实验一流体力学综合实验预习实验：一、实验目的1．熟悉流体在管路中流动阻力的测定方法及实验数据的归纳2．测定直管摩擦系数λ和eR关系曲线及局部阻力系数3.了解离心泵的构造，熟悉其操作和调节方法4.测出单级离心泵在固定转速下的特定曲线二、实验原理流体在管路中的流动阻力分为直管阻力和局部阻力两种。直管阻力是流体流经一定管径的直管时，由于流体内摩擦而产生的阻力，可由下式计算：gudlgpHf22(3-1)局部阻力主要是由于流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部地方所引起的阻力，计算公式如下：gugpHf22''(3-2)管路的能量损失'fffHHH(3-3)式中fH——直管阻力，m水柱；——直管摩擦阻力系数；l——管长，m；d——直管内径，m；u——管内平均流速，1sm；g——重力加速度，9.812smp——直管阻力引起的压强降，Pa；——流体的密度，3mkg；——局部阻力系数；由式3-1可得22ludP(3-4)这样，利用实验方法测取不同流量下长度为l直管两端的压差P即可计算出和Re，然后在双对数坐标纸上标绘出Re的曲线图。离心泵的性能受到泵的内部结构、叶轮形式、叶轮转速的影响。实验将测出的H—Q、N—Q、—Q之间的关系标绘在坐标纸上成为三条曲线，即为离心泵的特性曲线，根据曲线可找出泵的最佳操作范围，作为选泵的依据。离心泵的扬程可由进、出口间的能量衡算求得：guuhHHH221220入口压力表出口压力表(3-5)式中出口压力表H——离心泵出口压力表读数，m水柱；入口压力表H——离心泵入口压力表的读数，m水柱；0h——离心泵进、出口管路两测压点间的垂直距离，可忽略不计；1u——吸入管内流体的流速，1sm；2u——压出管内流体的流速，1sm泵的有效功率，由于泵在运转过程中存在种种能量损失，使泵的实际压头和流量较理论值为低，而输入泵的功率又较理论值为高，所以泵的效率%100NNe(3-6)而泵的有效功率gQHNee/（3600×1000）(3-7)式中：eN——泵的有效功率，Kw；N——电机的输入功率，由功率表测出，Kw；Q——泵的流量，-13hm；eH——泵的扬程，m水柱。三、实验装置流程图图3-1流体力学综合实验流程图1-底阀2-入口压力表3-离心泵4-出口压力表5-充水阀6-差压变送器7-涡轮流量计8-水箱管子规格：1#~2#，入口内径为35.75mm，出口内径为27.1mm，直管内径为27.1mm，直管管长1m。3#~8#，入口内径为41mm，出口内径为35.75mm，直管内径为35.75mm，直管管长1m四、实验步骤1．打开充水阀向离心泵泵壳内充水。2．关闭充水阀、出口流量调节阀，启动总电源开关，启动电机电源开关。3．打开出口调节阀至最大，记录下管路流量最大值，即控制柜上的涡轮流量计的读数。4．直管阻力的测定：调节出口阀，流量从大到小测取8～10次，再由小到大测取8～10次，记录各次实验数据，包括涡轮流量计的读数、直管压差示值。5.局部阻力的测定（要求流量在1～413hm范围内）：调节出口阀，改变管路流量3次，分别记录闸阀压差、截止阀压差、涡轮流量计的读数。6.离心泵特性曲线的测定：调节出口阀，流量从最大到最小测取8～10次，再由最小到最大测取8～10次，记录各次实验数据，包括入口压力表、出口压力表、涡轮流量计、功率表的读数。7．测取实验用水的温度。8．依次关闭出口流量调节阀、电机开关、总电源开关。4.当测量流量为零的数据点时，即出口阀全关，数据测量时间不宜太长，以免泵壳内水发热气化。五、原始数据纪录表格及实验数据处理表格局部阻力系数测定：流量m3/h闸阀压差（mmH2O）截止阀压差(mmH2O)9.724084556.361871994.71107116流量m3/h直管压差mmH2O柱入口压力mmHg出口压力Kpa功率表读数Kw0.055-41153.30.5051.2544-51152.10.5581.345-51151.70.5682.2178-59151.50.5822.3883-59151.30.6013.14115-66150.30.6133.16119-67150.20.6254.04182-79147.80.6434.37198-84147.40.6685.25243-92145.80.6765.26271-94145.40.6776.36300-97143.90.6846.44307-103143.20.6957.2359-112140.40.7127.2397-118138.60.7128.14475-139132.20.7438.19475-139132.10.7479.21570-166123.40.7679.26578-169123.10.783六、实验数据处理表格流量m3/h直管压差mmH2O柱入口压力mmHg出口压力Kpa功率表读数Kw流速m/sRe摩擦系数λ扬程He（m）有效功率Ne(kW)效率η0.055-41153.30.5050.02416.210.0020.441.2544-51152.10.5580.60214283.740.064516.220.0559.891.345-51151.70.5680.62614855.090.06116.180.05710.082.2178-59151.50.5821.06425253.650.036616.270.09816.812.3883-59151.30.6011.14727196.240.033616.250.10517.513.14115-66150.30.6131.51335880.750.026716.240.13922.643.16119-67150.20.6251.52336109.290.027316.240.14022.354.04182-79147.80.6431.94746165.040.025516.160.17827.634.37198-84147.40.6682.10649935.950.023716.190.19228.825.25243-92145.80.6762.52959991.70.020216.140.23134.105.26271-94145.40.6772.53460105.970.022416.120.23134.096.36300-97143.90.6843.06472675.660.01716.010.27740.516.44307-103143.20.6953.10373589.820.01716.020.28140.407.2359-112140.40.7123.46982274.330.015915.850.31143.637.2397-118138.60.7123.46982274.330.017515.750.30943.358.14475-139132.20.7433.92293015.710.016415.390.34145.878.19475-139132.10.7473.94693587.060.016215.380.34345.889.21570-166123.40.7674.438105242.60.015414.860.37248.549.26578-169123.10.7834.462105813.90.015414.870.37547.842、局部阻力系数测定数据处理流量m3/h闸阀压差（mmH2O）闸阀局部阻力系数截止阀压差(mmH2O)截止阀局部阻力系数9.724080.364550.416.361870.391990.424.711070.411160.44阻力系数平均值0.390.42七、实验数据处理举例说明：1、原始数据：流量m3/h直管压差mmH2O柱入口压力mmHg出口压力Kpa功率表读数Kw1.2544-51152.10.558流量1.25m3/h流速：221.25/36000.602/0.027144iQumsd32220.027129.8144100.064510.602Pdgglu39980.6020.0271Re14283.741.140410ud22210325115210101325760998.69.81uuHHHhgHH出口压力表入口压力表出口压力表入口压力表2、流量9.72m3/h闸阀压差408mmH2O229.72/36004.68/0.027144iQumsdgugpHf22'''22229.810.4080.364.68fgHu九、实验结果分析与讨论1．通过上述计算，求得不同流量下计算直管摩擦系数及雷诺准数，在双对数坐标纸上标绘Re的关系曲线，如图1所示。图1雷诺数与摩擦系数λ的关系曲线泵的型号：SLWH40~100,转速：2950r/min从图中可以看出，在雷诺数Re小于7.26×104时，摩擦系数λ随着Re的减小，由0.0645减小到0.0202，当雷诺数Re大于7.26×104时，摩擦系数λ随着Re的增加，基本保持不变。上述实验结果表明，当雷诺数Re大于7.26×104时，管路系统中流体的流动状况进入了完全湍流区，在该区域，摩擦系数λ仅仅是相对粗糙度的函数，与雷诺数Re无关。2．计算局部阻力系数的平均值。3.以流量Q为横坐标，分别以及eHN,为纵坐标，绘出此离心泵的特性曲线。（1）Q～He曲线：图2流量Q与扬程He的关系曲线泵的型号：SLWH40~100,转速：2950r/min流量Q与扬程He的关系曲线如图2所示。从图中可以看出，随着流量的增加，He降低，流量和扬程的关系基本上满足二次方关系曲线。流量Q与效率η的关系曲线如图3所示。从图中可以看出，η先随着流量的增加而增加，在流量为9.21m3/h时，效率η达到最大值，流量继续增大，效率η减小。这与效率先随流量的增加而增加，达到一最大值后，随流量的增加而减小的规律相吻合。图3流量Q与效率η的关系曲线泵的型号：SLWH40~100,转速：2950r/min流量Q与轴功率N的关系曲线如图4所示。从图中可以看出，轴功率N随着流量的增加而增加，二者基本呈直线关系。当流量为零时，所需要的轴功率最低，因此泵启动之前要求关闭泵的出口阀门，启动泵，以达到保护电机的目的。图4流量Q与轴功率N的关系曲线泵的型号：SLWH40~100,转速：2950r/min十、总结1.注意电机和泵是否能正常运转，有无杂音，电机是否发热等，一旦发现异常，立即关闭泵电源开关。2.泵启动前先冲水排气，启动时应关闭出口阀，停泵前也应先关出口阀；3.泵启动后，应及时打开出口阀，观察泵是否已正常输水工作，如果没有应及时停泵，以保护机械密封装置；