化工基础—泵综合实验.doc

实验一 泵的特性曲线及流动阻力测定(综合实验) 一、实验目的 1. 了解离心泵结构与特性，学会离心泵的操作；掌握离心泵特性曲线测定方法。 2. 掌握流体流经直管和管阀件时阻力损失的测定方法，通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。 3. 测定水流过一段粗糙直管、光滑直管的沿程摩擦阻力损失Δpf，确定摩擦阻力系数λ和雷诺准数Re 之间的关系。将所得的λ~Re方程与公认经验关系比较；测定流体流经闸阀等管件时的局部阻力系数ξ。 二、基本原理 1离心泵的特性曲线：离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程H、轴功率N及效率η与泵的流量V之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的外部表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用数学方法计算这一特性曲线，只能依靠实验测定。 （1）扬程H的测定与计算： 在泵进、出口取截面列柏努利方程： (1) 式中：p1，p2——分别为泵进、出口的压强， N/m2； ρ——流体密度， kg/m3； u1， u2——分别为泵进、出口的流量，m/s； g——重力加速度， m/s2。 当泵进、出口管径一样，且压力表和真空表安装在同一高度，上式简化为： (2) 由上式可知：只要直接读出真空表和压力表上的数值，就可以计算出泵的扬程。（Z2-Z1 数据为已知） （2）轴功率N的测量与计算: (3) 式中，N—泵的轴功率， w—电机输出功率。 由上式可知：测定泵的轴功率，只需测定电机的输出功率，乘上功率转换中的倍率即可。 （3）效率η的计算 泵的效率η是泵的有效功率Ne与轴功率N的比值。有效功率Ne是单位时间内流体自泵得到的功，轴功率N是单位时间内泵从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。 泵的有效功率 Ne=HVρg，因此效率η可用下式计算： η=Ne/N=HVρg/N (4) 2 流动阻力：流体在管内流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地要消耗一定的机械能，这种机械能的消耗包括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻力。 （1）沿程阻力：流体在水平均匀管道中稳定流动时，阻力损失表现为压力降低。 即 (5) 影响阻力损失的因素很多，尤其对湍流流体，目前尚不能完全用理论方法求解，必须通过实验研究其规律。为了减少实验工作量，使实验结果具有普遍意义，必须采用因次分析方法将各变量综合成准数关联式。根据因次分析，影响阻力损失的因素有: (a)流体性质：密度ρ，粘度μ(b)管路的几何尺寸：管径d，管长l，管壁粗糙度ε；()流动条件：流速μ。 可组合成如下的无因次式： ； 令 ，则 (6) 式中，——压降， Pa； hf——直管阻力损失， J/kg； ρ——流体密度，kg/m3； λ——直管摩擦系数，无因次； l——直管长度， m； d——直管内径， m； u——流体流速，由实验测定 m/s； λ——称为直管摩擦系数。滞流(层流)时，λ＝64／Re；湍流时λ是雷诺准数Re和相对粗糙度的函数，须由实验确定。 （2）局部阻力：通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。 当量长度法：流体流过某管件或阀门时，因局部阻力造成的损失，相当于流体流过与其具有相当管径长度的直管阻力损失，这个直管长度称为当量长度，用符号le表示。这样，就可以用直管阻力的公式来计算局部阻力损失，而且在管路计算时．可将管路中的直骨长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，如管路中直管长度为各种局部阻力的当量长度之和，则流体在管路中流动时的总阻力损失为 。 阻力系数法：流体通过某一管件或阀门时的阻力损失用流体在管路小的动能系数来表示，这种计算局部阻力的方法，称为阻力系数法。 即 (7) 式中：ξ——局部阻力系数，无因次； u——在小截面管中流体的平均流速，m／s。 由于管件两侧距测压孔问的直管长度很短．引起的摩擦阻力与局部阻力相比，可以忽略不计。因此hf之值可应用柏努利方程由压差计读数求取。 三、实验装置与流程 实验装置如图1-1、1-2所示： 图1-1 流程图 实验装置如图1-1所示。主要部分由离心泵，不同管径、材质的管子，各种阀门或管件，转子