成都理工化工原理实验报告

本科生实验报告实验课程化工原理学院名称材料与化学化工学院专业名称学生姓名学生学号指导教师曾英、曹语晴实验地点测试楼实验成绩二〇年月二〇年月2实验一管路流体阻力的测定同组实验同学：一、实验目的研究管路系统中的流体流动和输送，其中重要的问题之一，是确定流体在流动过程中的能量损耗。流体流动时的能量损耗（压头损失），主要由于管路系统中存在着各种阻力。管路中的各种阻力可分为沿程阻力（直管阻力）和局部阻力两大类。本实验的目的，是以实验方法直接测定摩擦系数λ和局部阻力系数ζ。二、实验原理当不可压缩流体在圆形导管中流动时，在管路系统内任意二个截面之间列出机械能衡算方程为1kgJh2uPgZ2uPgZ1f22222111或2mHg2ugPZg2ugPZf22222111液柱式中；Z—一流体的位压头，m液柱；P——流体的压强，Pa；U—一流体的平均流速，m·s-1h；—一单位质量流体因流体阻力所造成的能量损失，J·kg-1Hf—一单位重量流体因流体阻力所造成的能量损失，即所谓压头损失，m液柱；符号下标1和2分别表示上游和下游截面上的数值。假若：（1）水作为试验物系，则水可视为不可压缩流体；（2）试验导管是按水平装置的，则Z1=Z2；（3）试验导管的上下游截面上的横截面积相同，则u1=u2.因此（1）和（2）两式分别可简化为4mgPPH3kgJPPh21f1-21f水柱由此可见，因阻力造成的能量损失（压头损失），可由管路系统的两截面之间的压力差（压头差）来测定。当流体在圆形直管内流动时，流体因摩擦阻力所造成的能量损失（压头损失），3有如下一般关系式：5kgJ2udlPPh1221f或6mg2udlgPPH221f水柱式中；d—一圆形直管的管径，m；l—一圆形直管的长度，m；λ—一摩擦系数，【无因次】。大量实验研究表明：摩擦系数又与流体的密度ρ和粘度μ,管径d、流速u和管壁粗糙度ε有关。应用因次分析的方法，可以得出摩擦系数与雷诺数和管壁相对粗糙度ε／d存在函数关系，即7dRe,f通过实验测得λ和Re数据，可以在双对数坐标上标绘出实验曲线。当Re＜2000时，摩擦系数λ与管壁粗糙度ε无关。当流体在直管中呈湍流时，λ不仅与雷诺数有关，而且与管壁相对粗糙度有关。当流体流过管路系统时，因遇各种管件、阀门和测量仪表等而产生局部阻力，所造成的能量损失（压头损失），有如下一般关系式：12'fkgJ2uh或液柱mg2uH2'f式中：u—一连接管件等的直管中流体的平均流速，m·s-1；ζ—一局部阻力系数【无因次】。由于造成局部阻力的原因和条件极为复杂，各种局部阻力系数的具体数值，都需要通过实验直接测定。三、实验装置本实验装置主要是由循环水系统（或高位稳压水槽）、试验管路系统和高位排气水槽串联组合而成，每条测试管的测压口通过转换阀组与压差计连通。压差由一倒置U形水柱压差计显示。孔板流量计的读数申另一倒置U形水柱压4差计显示。该装置的流程如图2-1所示。图2-1管路流体阻力实验装置流程1．循环水泵；2．光滑试验管3．粗糙试验管4．扩大与缩小试验管；5．孔板流量计；6．阀门；7.转换阀组；8.高位排气水槽．试验管路系统是由五条玻璃直管平行排列，经U形弯管串联连接而成。每条直管上分别配置光滑管、粗糙管、骤然扩大与缩小管、阀门和孔板流量计。每根试验管测试段长度月两测压口距离均为0.6m。流程图中标出符号G和D分别表示上游测压口（高压侧）和下游测压口低压侧）。测压口位置的配置，以保证上游测压口距U形弯管接口的距离，以及下游测压口距造成局部阻力处的距离，均大于50倍管径。作为试验用水，用循环水泵或直接用自来水由循环水槽送入试验管路系统，由下而上依次流经各种流体阻力试验管，最后流人高位排气水槽。由高位排气水槽溢流出来的水，返回循环水槽。水在试验管路中的流速，通过调节阀加以调节。流量由试验管路中的孔板流量计测量，并由压差计显示该数。四、实验方法实验前准备工作须按如下步骤顺序进行操作：（1）先将水灌满循环水槽，然后关闭试验导管入口的调节阀，再启动循环水5泵。待泵运转正常后，先将试验导管中的旋塞阀全部打开，并关闭转换阀组中的全部旋塞，然后缓慢开启试验导管的入口调节阀。当水流满整个试验导管，并在高位排气水槽中有溢流水排出时，关闭调节阀，停泵。（2）检查循环水槽中的水位，一般需要再补充些水，防止水面低于泵吸入口。（3）逐一检查并排除试验导管和联接管线中可能存在的空气泡。排除空气泡的方法是，先将转换阀组中被检一组测压口旋塞打开，然后打开倒置U形水柱压差计顶部的放空阀，直至排尽空气泡再关闭放空阀。必要时可在流体流动状态下，按上述方法排除空气泡。（4）调节倒置U形压差计的水柱高度。先将转换阀组上的旋塞全部关闭，然后打开压差计顶部放空阀，再缓慢开启转换阀组中的放空阀，这时压差计中液面徐徐下降。当压差计中的水柱高度居于标尺中间部位时，关闭转换阀组中的放空阀。为了便于观察，在临实验前，可由压差计项部的放空处，滴入几滴红墨水，将压差计水柱染红。（5）在高位排气水槽中悬挂一支温度计，用以测量水的温度。（6）实验前需对孔板流量计进行标定，作出流量标定曲线。实验测定时，按如下步骤进行操作：（1）先检查试验导管中旋塞是否置于全开位置，其余测压旋塞和试验系统入口调节阀是否全部关闭。检查毕启动循环水泵。（2）待泵运转正常后，根据需要缓慢开启调节阀调节流量，流量大小由孔板流量计的压差计显示。（3）待流量稳定后，将转换阀组中，与需要测定管路相连的一组旋塞置于全开位置，这时测压口与倒置U形水柱压差计接通，即可记录由压差计显示出压强降。（4）当需改换测试部位时，只需将转换阀组由一组旋塞切换为另一组旋塞。例如，将G1和D1一组旋塞关闭，打开另一组G2和D2旋塞。这时，压差计与G1和D1测压口断开，而与G2和D2测压口接通，压差计显示读数即为第二支测试管的压强降。以此类推。（5）改变流量，重复上述操作，测得各试验导管中不同流速下的压强降。（6）当测定旋塞在同一流量不同开度的流体阻力时，由于旋塞开度变小，流量必然会随之下降，为了保持流量不变，需将入口调节阀作相应调节。（7）每测定一组流量与压强降数据，同时记录水的温度。实验注意事项：（1）实验前务必将系统内存留的气泡排除干净，否则实验不能达到预期效果。（2）若实验装置放置不用时，尤其是冬季，应将管路系统和水槽内水排放干净。6五、实验数据记录及整理（1）实验基本参数试验导管的内径d＝17mm试验导管的测试段长度l＝600mm粗糙管的粗糙度ε=0.4mm粗糙管的相对粗糙度ε/d=0.0235mm孔板流量计的孔径d0=11mm旋塞的孔径dv=12mm（2）流量标定曲线（3）实验数据实验序号1234567孔板流量计的压差计读数,R/mmHg6585534974273542771987实验序号1234567孔板流量计的压差计读数,R/mmHg658553497427354277198水的流量,Vs/m3s-12.2582.071.9621.8191.6561.4651.239水的流速,u/ms-10.9950.9120.8650.8010.730.6450.546水的温度,T/℃24.624.524.324.92423.723.6水的密度,ρ/kg•m-3997.2997.2997.3997.1997.3997.4997.4水的粘度,10－4μ/Pa•s9.029.049.088.969.149.219.23光滑管压头损失,Hf1/mmH2O64615243383125粗糙管压头损失,Hf2/mmH2O2001741561341159062旋塞压头损失（全开）Hf1’/mmH2O2051791611301159264孔板流量计压头损失,Hf2’/mmH2O5064213773382712121538（4）数据整理实验序号1234567水的流速,u/ms-10.9950.9120.8650.8010.730.6450.546雷诺准数,Re/4101.871.711.611.521.351.191光滑管摩擦系数,λ1/-0.0360.0410.0390.0370.040.0410.047粗糙管摩擦系数,λ2/-0.1120.1160.1160.1160.120.120.116孔板流量计局部阻力系数,ζ1″/-10.039.939.8910.339.999.9810.08旋塞的局部阻力系数（全开）,ζ1′/-4.064.224.233.974.244.334.22（5）标绘Re－λ实验曲线雷诺准数,Re/4100.2300.3260.3960.4610.515光滑管摩擦系数,λ1/-0．0550.0480.0480.0460.045粗糙管摩擦系数,λ2/-0.0710.0830.0850.0840.089孔板流量计局部阻力系数,ζ1″/-9.819.729.679.979.92旋塞的局部阻力系数（全开）,ζ1′/-0.0710.0830.0850.0840.0899光滑管Re－λ实验曲线粗糙管Re－λ实验曲线00.010.020.030.040.050.0600.10.20.30.40.50.6系列100.020.040.060.080.100.10.20.30.40.50.6系列110孔板流量计Re－λ实验曲线旋塞Re－λ实验曲线9.69.659.79.759.89.859.99.951000.10.20.30.40.50.6系列100.010.020.030.040.050.060.070.080.090.100.10.20.30.40.50.6系列111实验二离心泵特性曲线的测定同组实验同学：一、实验目的在化工厂或实验室中，经常需要各种输送机械用来输送流体。根据不同使用场合和操作要求，选择各种形式的流体输送机械。离心泵是其中最为常用的一类液体输送机械。离心泵的特性由厂家通过实验直接测定，并提供给用户在选择和使用泵时参考。本实验采用单级单吸离心泵装置，实验测定在一定转速下泵的特性曲线。通过实验了解离心泵的构造、安装流程和正常的操作过程，掌握离心泵各项主要特性及其相互关系，进而加深对离心泵的性能和操作原理的理解。二、实验原理离心泵主要特性参数有流量、扬程、功率和效率。这些参数不仅表征泵的性能，也是选择和正确使用泵的主要依据。1．泵的流量泵的流量即泵的送液能力，是指单位时间内泵所排出的液体体积。泵的流量可直接由一定时间t内排出液体的体积V或质量m来确定。即tVVsm3·s–1(1)或tmVsm3·s–1(2)若泵的输送系统中安装有经过标定的流量计时，泵的流量也可由流量计测定。当系统中装有孔板流量计时，流量大小由压差计显示，流量Vs与倒置U形管压差计读数R之间存在如下关系：gRSCVs2oom3·s–1(3)式中：Co—孔板流量系数；So—孔板的锐孔面积，m2；2．泵的扬程泵的扬程即总压头，表示单位重量液体从泵中所获得的机械能。12若以泵的压出管路中装有压力表处为B截面，以及吸入管路中装有真空表处为A截面，并在此两截面之间列机械能衡算式，则可得出泵扬程He的计算公式：gUUgPPHHABABo222式中：PA—由真空表测得的真空度，Pa；PB—由压力表测得的表压强，Pa；Ho—A、B两个截面之间的垂直距离，m；UA—A截面处的液体流速，m3·s–1；UA—B截面处的液体流速，m3·s–1。3．泵的功率在单位时间内，液体从泵中实际所获得的功，即为泵的有效功率。若测得泵的流量为Vsm3·s–1，扬程为He，m，被输送液体的密度为ρ，kg·m3，则泵的有效功率可按下式计算：Ne=VsHeρg(5)泵轴所作的实际功率不可能全部为被输送液体所获得，其中部分消耗于泵内的各种能量损失。电动机所消耗的功率有大于泵轴所作出的实际功率。电机所消耗的功率可直接由输入电压U和电流I测得，即N=UI(6)4．泵的总效率泵的总效率可由测得的泵有效功率和