一、实验名称
流体输送综合实验
二、实验目的
1.学习离心泵操作；
2.学习直管阻力测定方法，计算出λ、Re 作出λ—Re 双对数曲线关系图
3.计算出局部阻力系数；
4.学习离心泵特性曲线的测定，画出H —Q 、Ne —Q 、η—Q 三、实验原理 （一）阻力
1.直管阻力损失
流体在圆形管流动时的阻力损失可用范宁公式计算：
]/[2
2
kg J u d l h f ?=λ （1） 式中： λ——摩擦系数
l ——直管长[m] d ——管内径[m]
u ——管内流速[m/s]，由下式计算：
]/)[785.03600/(2
s m d V u ?= （2） V ——流量[m 3
/h]，由孔板流量计测定
直管阻力损失由图2-2-1-1（a ）装置测定，原理如下： 在截面AA ’及BB ’之间列出柏努利方程：
f B B B A A A h p u gZ p u gZ +++=++ρ
ρ2222 因是同内径的水平管段，故B A B A u u Z Z ==,，上式移项整理得： ]/[kg J p p h B
A f ρ
-=
（3）
在图2-2-1-1（a ）所示的U 形压差计内00`截面列能量方程： ρρρ)(R m g p gR gm p A s B ++=++
(a)
(b)
图2-2-1-1 直管阻力测定
整理上式得：
]/)[(2
m N gR p p S B A ρρ-=- （4）
将上式（4）代入式（3）得： ]/[)
(kg J gR h s f ρ
ρρ-=
（5）
式中：g=9.8[N/kg]—重力加速度
R ——压差读数[CCl 4]，[m] ρs=1590[kg/m 3
]——CCl 4的密度 ρ——水的密度[kg/m 3
]，由水温查表得
若用图2-2-1-1 (b)的∩压差计测压降（本实验室采用），则由式（3）得： ]/`[kg J gR p p h B
B
A f =-=ρ (6)
或 ]`[2O mH R g
p p h B
A f =-=
ρ (7) 式中：R`——∩压差计读数[mH 2O]
将式（5）或式（4）之值入（1）中，移项整理得摩擦系数计算值。
2
/2
u d l h f ?=λ (8)
雷诺数Re 按下式计算： μ
ρ
du =
Re (9)
式中：μ——水的粘度[Pa ·s]，由水温查表得
其余符号同上。
2、局部阻力损失
克服局部阻力引起能量损失常用下式表示：
]/[2
2
`kg J u h f
ζ= （10） 式中：u ——流体在管中的流速[m/s]
ξ——局部阻力系数
如图2-2-1-2(a)所示，根据柏努利方程推导出流体流过90°弯头局部阻力的计算式为：
]/[`kg J gR h
f
=
如图2-2-1-2(b)所示，流体流过闸阀时的局部阻力的计算式经推导也与上式相同。
式中：
g=9.8[N/kg]—重力加速度 R ——∩型压差计读数[mH 20]
图2-2-1-2(a) 局部阻力（90°弯头）测定
图2-2-1-2(b) 局部阻力（闸阀）测定
所以阻力系数由上式（10）可求： 2
/
2`u h f
=ζ （11）
（二）、离心泵特性曲线测定
离心泵的特性曲线是指在一定转速下，流量与压头、流量与轴功率、流量
与总效率之间的变化关系，由于流体在泵内运动的复杂性，泵的特性曲线只能用实验的方法来测定。
泵的性能与管路的布局无关，前者在一定转速下是固定的，后者总是安装在一定的管路上工作，泵所提供的压头与流量必须与管路所需的压头与流量一致，为此目的，人们是用管路的特性去选择适用的泵。管路特性曲线与泵特性曲线的交点叫
工作点，现测定离心泵性能是用改变管路特性曲线（即改变工作点）的方法而获得。改变管路特性曲线最简单的手段是调节管路上的流量控制阀，流量改变，管路特性曲线即变，用改变泵特性曲线的办法（改变泵转速或把叶轮削小可实现）去改变工作点，在理论上是讲得通，但生产实际不能应用（为什么？）。
1、流量Q 的测定
本实验室甲乙二套泵的流量用孔板流量计测定，第三四套用文氏流量计测定，五、六套用涡轮流量计测定，由流量计的压差计读数去查流量曲线或公式计算即得流量Q[m 3/h]。
2、泵压头（扬程）H 的测定
以离心泵吸入口中心线水平为基准面。并顺着流向，以泵吸入管安装真空表处管截面为1截面，以泵压出管安装压力表处管截面为2截面，在两截面之间列柏努利方程并整理得：
ζρh g
u u g p p Z Z H +-+-+
-=2)(2
12
21212 （1） 令：h 0=(Z 2—Z 1)——两测压截面之间的垂直距离，约0.1[m] p 1——1截面处的真空度[MPa] p 2——2截面处的表压强[MPa]
ρ——水的密度，以1000[kg/m 3]计算 g=9.8[N/kg]——重力加速度
3、轴功率N e 的测定
轴功率为水泵运转时泵所耗功率，测电机功率，再乘上电机效率和传动效率而得：
][KW N N e 传电电ηη= （2） 式中：电N ——输入给电动机的功率[kw]，用功率表测定
电η——电机效率，可查电机手册，现使用以下近似值：
2.8kw 以上电动机： 电η=0.9 2.0kw 以下电动机： 电η=0.75
传η——传动效率，本机用联轴节，其值：
传η=0.98
4、水泵总效率η的计算： %1001023600????=
e
N Q H ρ
η （3）
式中：102——[KW]与[
s
m
kg ?]的换算因数；其余符号同上 四、设备流程图
1、水箱
2、水泵
3、灌水排气阀
4、直管阻力控制阀
5、直管实验段
6、局部阻力控制阀
7、闸阀
8、孔板流量计
9、排空气阀
图2-2-1-3 管道阻力实验装置
A B
1、水箱
2、底阀
3、离心泵
4、联轴接
5、电动机
6、调节阀
7、真空表
8、压力表9、功率表10、流量计11、灌水阀
图2-2-3-2 离心泵实验装置图
五、实验方法
（一）、阻力
1、检查转动联轴器是否灵活，关闭水箱处底阀，打开控制阀4或6，打开灌水阀3灌水入泵排除空气，灌水阀3出口处有水连续溢流后，关闭灌水阀3。关控制阀4和6，接通电源启动泵，若见泵运转不正常即断电检查。泵启动运转后，将水箱处底阀全开。
2、排除系统中空气，把分路控制阀4、6，把全部测压旋塞打开，有水连续排出水箱后，关控制阀4、6。观察各压差计的读数是否稳定，若全部不稳定，应继续排气，方法可把水流量开大一些。若个别压差不稳定，则采取个别排气措施，但必须在小流量下进行，否则会冲跑指示液。若压差计全部稳定，说明空气已排完，关闭系统全部阀门、旋塞。作好测数据准备。
3、测取数据：岗位分工好后先测直管阻力。打开旋塞A、B，打开阀4，把阀
4慢慢由小调至大观察AB的压差及流量计压差变化，确定AB段压差的最大量程，然后在最大量程范围内，测量由大至小最少测取8个数据，同时记录孔板流量计压差读数，查取流量，读数毕，关闭阀4和旋塞A、B。
4、测定局部阻力：检查阀4是否关闭，打开阀6，把阀6慢慢由小调至大观察流体流过全开截止阀时压差计及流量计压差变化，确定截止阀压差计的最大量程，然后在最大量程范围内，测量由大至小测取4个数据，同时记录孔板流量计压差读数，查取流量，实验完成后关闭阀6，停水泵，测取水温。
注：如没有流量与孔板流量计压差读数关联式，则请按流量计校核方法测取。（二）、离心泵特性曲线
1、用手搬动联轴器4，看泵轴转动是否灵活，否则检查修理。
2、关闭水泵底阀2，打开调节阀6，打开灌水阀11向泵内灌水排气，至灌水阀出口处有水溢出为止。关闭灌水阀11。
3、合上功率表短路开关，关闭调节阀6，启动离心泵，全开底阀2。
4、待泵转动正常后，将调节阀6慢慢打开到最大，同时观察流量计中U形压差计的读数量程，在零至最大量程之间确定8—10次读数及每次读数的间隔量程。
5、拉下功率表短路开关，流量变化由大至零，按拟好的方案调节，每次要记录流量计压差、真空表、压力表、功率表的读数（注意：要记录流量为零时的各仪表读数）。
6、实验完毕后停泵顺序：合上功率表短路开关——关调节阀——停泵。
七、数据处理表及图：
d=40mm l=2m t=25℃
表1
Hf u/(m/s) λRe Ne H/m Q(m^3/h) η
1 3.969 3.41
2 0.01364 152722.072 0.82
3 17.947 15.429 0.916
2 3.430 3.011 0.01514 134745.412 0.809 18.938 13.61
3 0.868
3 3.136 2.992 0.01402 133901.777 0.772 19.358 13.527 0.924
4 2.842 2.792 0.01458 124973.978 0.750 19.269 12.62
5 0.884
5 2.411 2.548 0.0148
6 114032.481 0.735 19.654 11.520 0.839
6 2.10
7 2.369 0.01501 106046.772 0.720 19.962 10.713 0.809
7 1.813 2.236 0.01450 100098.737 0.691 20.280 10.112 0.808
8 1.392 1.912 0.01522 85594.233 0.662 20.777 8.647 0.740
9 0.059 0.000 #DIV/0! 0.000 0.353 20.771 0.000 0.000
八、计算举例：
1.双对数λ—Re 关系曲线图数据处理示例 已知：d=40mm l=2m t=25℃
查表得25℃时水的密度为ρ=996kg/m3，黏度系数为μ=0.82MPa ·s 。 以第1组数据为例计算，由上述公式得：
kg J kg J x x gR h f /969.3/01.05.408.9===
s m x s m t G V /1025.3/70.7x 99625
ρ333-=== s m s m x x x d V
u /05.2/)1045(785.01026.3π4
1
2
33
2===
-- 014682.005
.22372
.1104522)2·/(λ2
322====-x x x x lu dh u d l h f f 49.11208610
82.0996
05.210x 45μρ
Re 3
3===--x x x du
同理可计算出其它组的数据，结果如表2。
2.扬程、功率、效率图数据处理示例 处理步骤；（以第一组为例）
（1） + H 0 =[231.1-（-5.1）]/9.81ρ+0.15
查表得t 1=20℃时，ρ1=998.2kg/m 3 t 2=20℃时，ρ2=995.7kg/m 3 则ρ=ρ2+（ρ1-ρ2）（t-t 2）/(t 1-t 2)
=995.7+（998.2-995.7）（27.2-30）/（20-30） =996.4（kg/m 3）
所以H=24.31m
（2） N= N 电η电 =0.95N 电=0.95x0.51=0.48（kw ）
若实验时的转速与指定转速（n=2850 r/min ）有差异时，应将实验结果换算为指定转速的数据，如表4-2 所示。
g
p p H ρ1
2-=
九、讨论：
1、试从所测实验数据分析，离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门？
答：减小泵的启动功率，从而达到保护电机的目的。
2、启动离心泵之前为什么要引水灌泵？如果灌泵后依然启动不起来，你
认为可能的原因是什么？
答：（1）防止气缚现象的发生（2）水管中还有空气没有排除
3、为什么用泵的出口阀门调节流量？这种方法有什么优缺点？还有其他
方法调节流量？
优点：操作简单，但是难以达到对流量的精细控制。
4、泵启动后，出口阀如果打不开，压力表读数是否会逐渐上升？为什么？
答：不会，因为水不能运输上去
5、正常工作的离心泵，在其进口管路上安装阀门是否合理？为什么？答：不合理。容易产生节流损失产生压损压力降低，易造成汽蚀的发生