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主页 > 技术文章 > 化工流动过程综合实验装置说明书2021-11-12

化工流动过程综合实验装置说明书

一、实验目的：

二、实验内容:

三、实验原理:
1.直管摩擦系数l与雷诺数Re的测定:




3.离心泵特性曲线:


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:

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:

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，离心泵进出口压强、离心泵电机输入功率并记录。
③管路特性测量：
用流量调节阀32调节流量到某一位置，改变电机频率，测定涡轮流量计的频率、泵入口压强、泵出口压强并记录。
2.实验设备主要技术参数：
表-1实验设备主要技术参数
序号 名称 规格 材料
1 玻璃转子流量计 LZB—25    100~1000（L/h）
LZB—10    10~100（L/h）		  
2 压差传感器 型号LXWY    测量范围0--200 KPa 不锈钢
3 离心泵 型号WB70/055 不锈钢
4 文丘里流量计 喉径0.020m 不锈钢
5 实验管路 管径0.043m 不锈钢
6 真空表 测量范围0.1-0MPa  精度1.5级,
真空表测压位置管内径d1=0.028m		  
7 压力表 测量范围0-0.25MPa  精度1.5级
压强表测压位置管内径d2=0.042m		  
8 涡轮流量计 型号LWY-40 测量范围0—20m3/h  
9 变频器 型号N2-401-H   规格：（0-50）Hz  
表-2  实验设备主要技术参数
第一套：光滑管：管径d-0.008(m) 管长L-1.70(m)
    粗糙管：管径d-0.010(m) 管长L-1.70(m)
真空表与压强表测压口之间的垂直距离h0=0.23m
第二套：光滑管：管径d-0.008(m) 管长L-1.70(m)
    粗糙管：管径d-0.010(m) 管长L-1.70(m)
真空表与压强表测压口之间的垂直距离h0=0.23m
3.实验装置面板图：
五、实验方法及步骤：
1．流体阻力测量
（1）向储水槽内注水至水满为止。(最好使用蒸馏水，以保持流体清洁)
（2）光滑管阻力测定：
① 关闭粗糙管路阀门8,17,20，将光滑管路阀门9,19,21全开，在流量为零条件下，打开通向倒置U型管的进水阀29,31，检查导压管内是否有气泡存在。若倒置U型管内液柱高度差不为零，则表明导压管内存在气泡。需要进行赶气泡操作。导压系统如图4所示操作方法如下：
加大流量，打开U型管进出水阀门29,31，使倒置U型管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若观察气泡已赶净，将流量调节阀24关闭，U型管进出水阀29,31关闭，慢慢旋开倒置U型管上部的放空阀26后，分别缓慢打开阀门28、30，使液柱降至中点上下时马上关闭，管内形成气—水柱，此时管内液柱高度差不一定为零。然后关闭放空阀26，打开U型管进出水阀29,31，此时U型管两液柱的高度差应为零（1—2mm的高度差可以忽略），如不为零则表明管路中仍有气泡存在，需要重复进行赶气泡操作。
图-4  导压系统示意图
3、4-排水阀；11-U型管进水阀；12-压力传感器；26-U型管放空阀；27-U型管
② 该装置两个转子流量计并联连接，根据流量大小选择不同量程的流量计测量流量。
③ 差压变送器与倒置U型管亦是并联连接，用于测量压差，小流量时用∪型管压差计测量，大流量时用差压变送器测量。应在最大流量和最小流量之间进行实验操作，一般测取15～20组数据。
注：在测大流量的压差时应关闭U型管的进出水阀29,31，防止水利用U型管形成回路影响实验数据。
(3) 粗糙管阻力测定：
关闭光滑管阀，将粗糙管阀全开，从小流量到最大流量，测取15~20组数据。
(4) 测取水箱水温。待数据测量完毕，关闭流量调节阀，停泵。
(5) 粗糙管、局部阻力测量方法同前。
2．流量计、离心泵性能测定
（1）检查流量调节阀32，压力表4的开关及真空表3的开关是否关闭(应关闭)。
（2）启动离心泵，缓慢打开调节阀32至全开。待系统内流体稳定，即系统内已没有气体，打开压力表和真空表的开关，方可测取数据。
（3）用阀门32调节流量，从流量为零至最大或流量从最大到零，测取 10～15组数据，同时记录涡轮流量计频率、文丘里流量计的压差、泵入口压强、泵出口压强、功率表读数，并记录水温。
（4）实验结束后，关闭流量调节阀，停泵，切断电源。
3．管路特性的测量
（1）测量管路特性曲线测定时，先置流量调节阀32为某一开度，调节离心泵电机频率（调节范围50—20Hz），测取 8～10组数据，同时记录电机频率、泵入口压强、泵出口压强、流量计读数，并记录水温。
（2）实验结束后，关闭流量调节阀，停泵，切断电源。
六、实验注意事项
1．直流数字表操作方法请仔细阅读说明书，待熟悉其性能和使用方法后再进行使用操作。
2．启动离心泵之前以及从光滑管阻力测量过渡到其它测量之前，都必须检查所有流量调节阀是否关闭。
3.启动离心泵后，注意离心泵的转向，反转时要调整380V电源接电顺序，使之正转运行。
4．利用压力传感器测量大流量下△P时,应切断空气—水倒置∪型玻璃管的阀门否则将影响测量数值的准确。  
5．在实验过程中每调节一个流量之后应待流量和直管压降的数据稳定以后方可记录数据。
6. 若之前较长时间未做实验，启动离心泵时应先盘轴转动，否则易烧坏电机。
7. 该装置电路采用五线三相制配电，实验设备应良好接地。
8. 启动离心泵前，必须关闭流量调节阀，关闭压力表和真空表的开关，以免损坏测量仪表。
9. 实验水质要清洁，以免影响涡轮流量计运行。
七、附数据处理过程举例：




5.管路特性的测定：
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，泵和管路二者是相互制约的。
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绘制在同一坐标图上，两曲线交点即为泵在该管路的工作点。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计算方法同上。
附：实验数据表
表3  流体阻力实验数据记录（光滑管内径8mm、管长1.682m）
（液体温度34.2℃   液体密度ρ=993.91kg/m   液体粘度μ=0.73mPa.S）
序号 流量(l/h) 直管压差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  流体阻力实验数据记录（直管内径10mm、管长1.70m）  
（液体温度34.2℃  液体密度ρ=993.91kg/m   液体粘度μ=0.73mPa.S）  
序号 流量
(l/h)		 直管压差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  局部阻力实验数据表  
序号 Q（l/h） 近端压差 远端压差 u（m/s） 局部阻力压差 阻力系数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  离心泵性能测定实验数据记录  
（液体温度33.1℃  液体密度ρ=994.25kg/m 、泵进出口高度=0.23米）  
序号 入口压力
P1
(MPa)		 出口压力
P2
(MPa)		 电机功率
(kw)		 流量
Q
(m3/h)		 压头h
(m)		 泵轴功率
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  离心泵管路特性曲线  
液体温度33.1℃  液体密度ρ=994.25kg/m 泵进出口高度=0.23米  
序号 电机频率
Hz		 入口压力P1
(MPa)		 出口压力P2
(MPa)		 流量Q
(m3/h)		 压头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   流量计性能测定实验数据记录            
序号 文丘里流量计
(kPa)		 文丘里流量计
(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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