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化工流動過程綜合實驗裝置說明書

一、化工流動過程綜合實驗裝置說明書-實驗目的：

二、實驗內(nèi)容:

三、實驗原理:
1.直管摩擦系數(shù)l與雷諾數(shù)Re的測定:

3.離心泵特性曲線:

4.管路特性曲線:
當離心泵安裝在特定的管路系統(tǒng)中工作時，實際的工作壓頭和流量不僅與離心泵本身的性能有關(guān)，還與管路特性有關(guān)，也就是說，在液體輸送過程中，泵和管路二者相互制約的。
管路特性曲線是指流體流經(jīng)管路系統(tǒng)的流量與所需壓頭之間的關(guān)系。若將泵的特性曲線與管路特性曲線在同一坐標圖上，兩曲線交點即為泵的在該管路的工作點。因此，如同通過改變閥門開度來改變管路特性曲線，求出泵的特性曲線一樣，可通過改變泵轉(zhuǎn)速來改變泵的特性曲線，從而得出管路特性曲線。泵的壓頭H計算同上。
5.流量計性能測定:

用渦輪流量計作為標準流量計來測量流量V_S。，每一個流量在壓差計上都有一對應的讀數(shù)，將壓差計讀數(shù)△P和流量V_s繪制成一條曲線，即流量標定曲線。同時利用上式整理數(shù)據(jù)可進一步得到C—Re關(guān)系曲線

四、實驗裝置的基本情況:
1.實驗裝置流程示意圖:

實驗裝置流程簡介
①流體阻力測量：
水泵2將儲水槽1中的水抽出，送入實驗系統(tǒng)，經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子流量計22、23測量流量，然后送入被測直管段測量流體流動阻力，經(jīng)回流管流回儲水槽1。被測直管段流體流動阻力ΔP 可根據(jù)其數(shù)值大小分別采用變送器12或空氣—水倒置Ｕ型管來測量。
②流量計、離心泵性能測定：
水泵2將水槽1內(nèi)的水輸送到實驗系統(tǒng)，流體經(jīng)渦輪流量計13計量，用流量調(diào)節(jié)閥32調(diào)節(jié)流量，回到儲水槽。同時測量文丘里流量計兩端的壓差，離心泵進出口壓強、離心泵電機輸入功率并記錄。
③管路特性測量：
用流量調(diào)節(jié)閥32調(diào)節(jié)流量到某一位置，改變電機頻率，測定渦輪流量計的頻率、泵入口壓強、泵出口壓強并記錄。
2.實驗設備主要技術(shù)參數(shù)：
表-1實驗設備主要技術(shù)參數(shù)

序號	名稱	規(guī)格	材料
1	玻璃轉(zhuǎn)子流量計	LZB—25 100~1000（L/h） LZB—10 10~100（L/h）
2	壓差傳感器	型號LXWY 測量范圍0--200 KPa	不銹鋼
3	離心泵	型號WB70/055	不銹鋼
4	文丘里流量計	喉徑0.020m	不銹鋼
5	實驗管路	管徑0.043m	不銹鋼
6	真空表	測量范圍0.1-0MPa 精度1.5級, 真空表測壓位置管內(nèi)徑d₁=0.028m
7	壓力表	測量范圍0-0.25MPa 精度1.5級壓強表測壓位置管內(nèi)徑d₂=0.042m
8	渦輪流量計	型號LWY-40 測量范圍0—20m³/h
9	變頻器	型號N2-401-H 規(guī)格：（0-50）Hz

表-2 實驗設備主要技術(shù)參數(shù)

第一套：光滑管：管徑d-0.008(m) 管長L-1.70(m)
粗糙管：管徑d-0.010(m) 管長L-1.70(m)
真空表與壓強表測壓口之間的垂直距離h₀=0.23m

第二套：光滑管：管徑d-0.008(m) 管長L-1.70(m)
粗糙管：管徑d-0.010(m) 管長L-1.70(m)
真空表與壓強表測壓口之間的垂直距離h₀=0.23m

3.實驗裝置面板圖：

五、實驗方法及步驟：
1．流體阻力測量
（1）向儲水槽內(nèi)注水至水滿為止。(最好使用蒸餾水，以保持流體清潔)
（2）光滑管阻力測定：
① 關(guān)閉粗糙管路閥門8,17,20，將光滑管路閥門9,19,21全開，在流量為零條件下，打開通向倒置U型管的進水閥29,31，檢查導壓管內(nèi)是否有氣泡存在。若倒置U型管內(nèi)液柱高度差不為零，則表明導壓管內(nèi)存在氣泡。需要進行趕氣泡操作。導壓系統(tǒng)如圖4所示操作方法如下：
加大流量，打開U型管進出水閥門29,31，使倒置U型管內(nèi)液體充分流動，以趕出管路內(nèi)的氣泡；若觀察氣泡已趕凈，將流量調(diào)節(jié)閥24關(guān)閉，U型管進出水閥29,31關(guān)閉，慢慢旋開倒置U型管上部的放空閥26后，分別緩慢打開閥門28、30，使液柱降至中點上下時馬上關(guān)閉，管內(nèi)形成氣—水柱，此時管內(nèi)液柱高度差不一定為零。然后關(guān)閉放空閥26，打開U型管進出水閥29,31，此時U型管兩液柱的高度差應為零（1—2mm的高度差可以忽略），如不為零則表明管路中仍有氣泡存在，需要重復進行趕氣泡操作。

圖-4 導壓系統(tǒng)示意圖

3、4-排水閥；11-U型管進水閥；12-壓力傳感器；26-U型管放空閥；27-U型管
② 該裝置兩個轉(zhuǎn)子流量計并聯(lián)連接，根據(jù)流量大小選擇不同量程的流量計測量流量。
③ 差壓變送器與倒置U型管亦是并聯(lián)連接，用于測量壓差，小流量時用∪型管壓差計測量，大流量時用差壓變送器測量。應在最大流量和最小流量之間進行實驗操作，一般測取15～20組數(shù)據(jù)。
注：在測大流量的壓差時應關(guān)閉U型管的進出水閥29,31，防止水利用U型管形成回路影響實驗數(shù)據(jù)。
(3) 粗糙管阻力測定：
關(guān)閉光滑管閥，將粗糙管閥全開，從小流量到最大流量，測取15~20組數(shù)據(jù)。
(4) 測取水箱水溫。待數(shù)據(jù)測量完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵。
(5) 粗糙管、局部阻力測量方法同前。
2．流量計、離心泵性能測定
（1）檢查流量調(diào)節(jié)閥32，壓力表4的開關(guān)及真空表3的開關(guān)是否關(guān)閉(應關(guān)閉)。
（2）啟動離心泵，緩慢打開調(diào)節(jié)閥32至全開。待系統(tǒng)內(nèi)流體穩(wěn)定，即系統(tǒng)內(nèi)已沒有氣體，打開壓力表和真空表的開關(guān)，方可測取數(shù)據(jù)。
（3）用閥門32調(diào)節(jié)流量，從流量為零至最大或流量從最大到零，測取 10～15組數(shù)據(jù)，同時記錄渦輪流量計頻率、文丘里流量計的壓差、泵入口壓強、泵出口壓強、功率表讀數(shù)，并記錄水溫。
（4）實驗結(jié)束后，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵，切斷電源。
3．管路特性的測量
（1）測量管路特性曲線測定時，先置流量調(diào)節(jié)閥32為某一開度，調(diào)節(jié)離心泵電機頻率（調(diào)節(jié)范圍50—20Hz），測取 8～10組數(shù)據(jù)，同時記錄電機頻率、泵入口壓強、泵出口壓強、流量計讀數(shù)，并記錄水溫。
（2）實驗結(jié)束后，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵，切斷電源。
六、實驗注意事項
1．直流數(shù)字表操作方法請仔細閱讀說明書，待熟悉其性能和使用方法后再進行使用操作。
2．啟動離心泵之前以及從光滑管阻力測量過渡到其它測量之前，都必須檢查所有流量調(diào)節(jié)閥是否關(guān)閉。
3.啟動離心泵后，注意離心泵的轉(zhuǎn)向，反轉(zhuǎn)時要調(diào)整380V電源接電順序，使之正轉(zhuǎn)運行。
4．利用壓力傳感器測量大流量下△P時,應切斷空氣—水倒置∪型玻璃管的閥門否則將影響測量數(shù)值的準確。
5．在實驗過程中每調(diào)節(jié)一個流量之后應待流量和直管壓降的數(shù)據(jù)穩(wěn)定以后方可記錄數(shù)據(jù)。
6. 若之前較長時間未做實驗，啟動離心泵時應先盤軸轉(zhuǎn)動，否則易燒壞電機。
7. 該裝置電路采用五線三相制配電，實驗設備應良好接地。
8. 啟動離心泵前，必須關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉壓力表和真空表的開關(guān)，以免損壞測量儀表。
9. 實驗水質(zhì)要清潔，以免影響渦輪流量計運行。
七、附數(shù)據(jù)處理過程舉例：

5.管路特性的測定：
當離心泵安裝在特定的管路系統(tǒng)中工作時，實際的工作壓頭和流量不僅與離心泵本身的性能有關(guān)，還與管路特性有關(guān)，也就是說，在液體輸送過程中，泵和管路二者是相互制約的。
管路特性曲線是指流體流經(jīng)管路系統(tǒng)的流量與所需壓頭之間的關(guān)系。若將泵的特性曲線與管路特性曲線繪制在同一坐標圖上，兩曲線交點即為泵在該管路的工作點。因此，如同通過改變閥門開度來改變管路特性曲線，求出泵的特性曲線一樣，可通過改變泵轉(zhuǎn)速來改變泵的特性曲線，從而得出管路特性曲線。泵的壓頭H計算方法同上。
附：實驗數(shù)據(jù)表

表3 流體阻力實驗數(shù)據(jù)記錄（光滑管內(nèi)徑8mm、管長1.682m）
（液體溫度34.2℃ 液體密度ρ=993.91kg/m 液體粘度μ=0.73mPa.S）
序號			流量(l/h)						直管壓差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 流體阻力實驗數(shù)據(jù)記錄（直管內(nèi)徑10mm、管長1.70m）
（液體溫度34.2℃ 液體密度ρ=993.91kg/m 液體粘度μ=0.73mPa.S）
序號			流量 (l/h)				直管壓差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 局部阻力實驗數(shù)據(jù)表
序號		Q（l/h）						近端壓差					遠端壓差					u（m/s）					局部阻力壓差								阻力系數(shù)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 離心泵性能測定實驗數(shù)據(jù)記錄
（液體溫度33.1℃ 液體密度ρ=994.25kg/m 、泵進出口高度=0.23米）
序號	入口壓力 P1 (MPa)					出口壓力 P2 (MPa)						電機功率 (kw)				流量 Q (m³/h)					壓頭h (m)						泵軸功率 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 離心泵管路特性曲線
液體溫度33.1℃ 液體密度ρ=994.25kg/m 泵進出口高度=0.23米
序號					電機頻率 Hz					入口壓力P1 (MPa)					出口壓力P2 (MPa)											流量Q (m³/h)						壓頭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 流量計性能測定實驗數(shù)據(jù)記錄

序號				文丘里流量計 (kPa)						文丘里流量計 (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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