一、实验目的：
1.学习直管摩擦阻力?Pf,直管摩擦系数?的测定方法。.
2.掌握直管摩擦系数?与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系及其变化规律。 3.掌握局部摩擦阻力?Pf,局部阻力系数?的测定方法。. 4.学习压强差的几种测量方法和提高其测量精确度的一些技巧。 5.熟悉离心泵的操作方法。
6.掌握离心泵特性曲线和管路特性曲线的测定方法、表示方法、加深对离心泵性能的了解。 二、实验内容:
1.测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数?。
2.测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数?与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系曲线。
3.测定管路部件局部摩擦阻力?Pf和局部阻力系数?。 4.熟悉离心泵的结构与操作方法。
5.测定某型号离心泵在一定转速下的特性曲线。 6.测定流量调节阀某一开度下管路特性曲线。 三、实验原理:
1.直管摩擦系数?与雷诺数Re的测定:
直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即??f(Re,?/d)，对一定的相对粗糙度而言，??f(Re)。
流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路阻力引起的能量损失为：
hf?P1?P2??Pf?? （1）
又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式）
hf??Pf?lu2?? （2）
d22d?Pf?2 （3） ??lu整理（1）（2）两式得 ?? Re?d?u??? （4）
式中： d?管径，m； ?Pf?直管阻力引起的压强降，Pa；
l?管长，m； u?流速，m / s；
??流体的密度，kg / m3； ??流体的粘度，N·s / m2。
在实验装置中，直管段管长l和管径d都已固定。若水温一定，则水的密度ρ和粘度μ也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降△Pf与流速u（流量V）之间的关系。
根据实验数据和式（3）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（4）计算对应的Re，整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与Re的关系曲线。 2．局部阻力系数?的测定 h?f??P'f??2??P'fu2 ??????2 ????2??u式中： ??局部阻力系数，无因次； ?Pf'?局部阻力引起的压强降，Pa；
h'f?局部阻力引起的能量损失，J／kg。
图-1 局部阻力测量取压口布置图
局部阻力引起的压强降?Pf' 可用下面方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在上、下游各开两对测压口a-a'和b-b＇如图-1，使 ab＝bc ； a＇b＇＝b＇c＇，则 △Pf，a b ＝△Pf，bc ； △Pf，a＇b＇= △Pf，b＇c＇ 在a~a＇之间列柏努利方程式 Pa－Pa＇ =2△Pf，a b+2△Pf，a＇b＇+△P＇f (5) 在b~b＇之间列柏努利方程式： Pb－Pb＇ = △Pf，bc+△Pf，b＇c＇+△P＇f
= △Pf，a b+△Pf，a＇b＇+△P＇f （6） 联立式(5)和(6)，则：?Pf'＝2(Pb－Pb＇)－(Pa－Pa＇)
为了实验方便，称(Pb－Pb＇)为近点压差，称(Pa－Pa＇)为远点压差。其数值用差压
传感器来测量。 3.离心泵特性曲线:
离心泵是最常见的液体输送设备。在一定的型号和转速下，离心泵的扬程H、轴功率N及效率η均随流量Q而改变。通常通过实验测出H—Q、N—Q及η—Q 关系，并用曲线表示之，称为特性曲线。特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用泵的重要依据。泵特性曲线的具体测定方法如下： (1) H 的测定：
在泵的吸入口和排出5之间列柏努利方程
PP入u2入u2入出Z入???H?Z出???Hf入?出 （7）
?g2g?g2gPu2出?u2入入出?PH??Z出?Z入????Hf入?出 （8）
?g2g上式中Hf入?出是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力，与柏努力方程中其它项比较，Hf入?出值很小，故可忽略。于是上式变为：
P出?P入u2出?u2入H??Z出?Z入??? （9）
?g2g将测得的?Z出?Z入?和P出?P入值以及计算所得的u入,u出代入上式，即可求得H。 (2) N 测定：
功率表测得的功率为电动机的输入功率。由于泵由电动机直接带动，传动效率可视为1，所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。即：
泵的轴功率 N=电动机的输出功率，Kw
电动机输出功率=电动机输入功率×电动机效率。 泵的轴功率=功率表读数×电动机效率，Kw。
(3) ? 测定 ??Ne （10） NHQ?gHQ?Ne??(Kw) （11）
1000102式中：?—泵的效率； N—泵的轴功率，Kw； Ne-泵的有效功率Kw； H—泵的扬程，m；
Q—泵的流量，m/s； ?-水的密度，Kg/m。 4.管路特性曲线:
当离心泵安装在特定的管路系统中工作时，实际的工作压头和流量不仅与离心泵本身的性能有关，还与管路特性有关，也就是说，在液体输送过程中，泵和管路二者相互制约的。
管路特性曲线是指流体流经管路系统的流量与所需压头之间的关系。若将泵的特性曲线与管路特性曲线在同一坐标图上，两曲线交点即为泵的在该管路的工作点。因此，如同通过改变阀门开度来改变管路特性曲线，求出泵的特性曲线一样，可通过改变泵转速来改变泵的特性曲线，从而得出管路特性曲线。泵的压头H计算同上。 5.流量计性能测定:
流体通过节流式流量计时在上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量的关系为： Vs?C0A033
2(P上?P下)? （12）
式中：VS—被测流体(水)的体积流量，m3/s； C0— 流量系数，无因次； A0—流量计节流孔截面积，m2；
P上?P下—流量计上、下游两取压口之间的压强差，Pa ； ?—被测流体(水)的密度，kg／m3 。
用涡轮流量计作为标准流量计来测量流量VS。，每一个流量在压差计上都有一对应的读数，将压差计读数△P和流量Vs绘制成一条曲线，即流量标定曲线。同时利用上式整理数据可进一步得到C—Re关系曲线
四、实验装置的基本情况:
1.实验装置流程示意图:
图-2 流动过程综合实验流程示意图
1-水箱；2-水泵；3-入口真空表；4-出口压力表；5、16-缓冲罐；6、14-测局部阻力近端阀；7、15-测局部阻力远端阀；8、17-粗糙管测压阀；9、21-光滑管测压阀；10-局部阻力阀；11-文丘里流量计（孔板流量计）；12-压力传感器；13-涡流流量计；18、32-阀门；20-粗糙管阀；22-小转子流量计；23-大转子流量计； 24阀门；25-水箱放水阀；26-倒U型管放空阀；27- 倒U型管；28、30-倒U型管排水阀；29、31-倒U型管平衡阀 实验装置流程简介 ①流体阻力测量：
水泵2将储水槽1中的水抽出，送入实验系统，经玻璃转子流量计22、23测量流量，然后送入被测直管段测量流体流动阻力，经回流管流回储水槽1。被测直管段流体流动阻力ΔP 可根据其数值大小分别采用变送器12或空气—水倒置Ｕ型管来测量。
②流量计、离心泵性能测定：
水泵2将水槽1内的水输送到实验系统，流体经涡轮流量计13计量，用流量调节阀32调节流量，回到储水槽。同时测量文丘里流量计两端的压差，离心
化工流动过程综合实验
