综合性实验指导书
- 格式：doc
- 大小：111.50 KB
- 文档页数：8
综合性实验指导书
编制人：肖益民林真国
审定人：康侍民
一、实验目的与任务
实验目的：
获得管网的总阻抗和管网特性曲线，结合风机性能曲线，求取风机在管网中的工作状态点；加深对工程实际管网的认识和理解；培养实验动手、分工合作的能力。
实验任务：
（1）了解实验台的组成；
（2）测定管网的总阻抗；
（3）调节风机的供电频率，测定风机转速；
（4）测定空气温度与大气压力，计算密度；
（5）绘制管网特性曲线；
（6）风机性能曲线换算；
（7）求取风机在不同转速时的工况点。
二、实验的综合知识点
完成本实验的测试和数据处理与分析需要综合应用以下知识：
（1）《流体力学》关于管道流动阻力计算、管道断面流量测定的原理；
（2）《流体输配管网》关于管网阻抗、管网特性曲线、风机（水泵）的性能曲线、风机（水泵）的工作状态点等基本概念；
（3）《流体输配管网》关于风机（水泵）的相似律；管网特性曲线由管网的构造特性确定，与风机（水泵）性能无关；风机（水泵）的工作状态点由管网特性曲线与风机（水泵）的性能共同确定的；调节管网特性和风机（水泵）性能均可改变风机（水泵）的工作状态点等流体输配管网的基本原理；
（3）《流体输配管网》关于管网的水力计算方法；
（4）《工程热力学》关于气体密度的计算方法。
三、实验装置
见图1“实验装置系统图”。
四、实验主要仪表与设备
测压管：标准毕托管或自制测压管，2支
倾斜式微压计：2台
水银温度计：2支，0~50℃
转速表：1套
空盒气压计：1套
双转速离心风机：1台，附风机性能参数表
五、实验原理
1、管网的总阻抗与特性曲线
对于工程中的通风空调枝状管网，可以按照各个管段之间的串并联关系，将其简化为一个环路，环路的能量平衡关系如下：
（1）
式中，——管网的全压动力，Pa，实验系统中，即为风机的输出全压；
——重力对环路中流体流动的作用力，Pa；
——流体在环路的流动阻力，Pa；
（2）S——管网系统的总阻抗（管网特性系数），kg/m7；
Q——管网系统的总风量，m3/s。
管网系统中的流动介质为空气，且物理性质与周围环境空气相同时，重力对环路中流体流动的作用力为零，则
（3）所以
（4）
因此，只要测定出管网中的总流量和总阻力（或风机的输出全压），即可计算出管网系统的总阻抗。
2、管网系统的特性曲线
对于枝状管网系统，将式（2）代入式（1），得到：
（5）将式（5）以流量为横坐标、压强为纵坐标描绘在直角坐标系中，即为管网的特性曲线。
显然，当时，有
（6）
3、风机的性能曲线换算
根据相似律，风机在工作流体密度和转速与额定状态不一致时，相似工况点之间的性能参数满足如下换算关系：
流量：
（7）式中，——风机转速，r/min；
全压：
（8）式中，——流体密度，kg/m3。
功率：
（9）
效率：
（10）
式中带下标0的各变量表示风机在标准状态下的性能参数（样本参数），不带下标的各变量表示风机在工作状态下的性能参数。
4、断面压力之间的关系
（11）式中，——全压，Pa；
——静压，Pa；
——动压，Pa；
（12）式中，——流速，m/s。
5、断面流量计算
（13）式中，——断面面积，m2；
——断面平均流速，m/s。
六、实验步骤与方法
1．熟悉实验装置及仪器。
了解仪器的使用方法及注意事项，检查测压管安装是否正确，校正微压计零点，选取合适的位置，悬挂水银温度计与放置大气压力表；2．测量管段e-f、f-g、g-h、h-i、i-j的管道尺寸，统计局部阻力形式，填入表管网水力计算表（表1）中；
3．将管网中的阀门1、2、3、4、5、10、12开到最大位置，关闭阀门6和11，开启风机，将风机的转速置于低转速档；
4．选择断面A-A、B-B作为流量测定断面，分别进行断面划分、测点选择。
待风机运转平稳后，利用微压计和测压管，测定这两个断面的流量，二者之和即为管网的总流量，测试数据记录在表2中；
5．测定风机进口附近的断面C-C、出口附近的断面D-D的平均静压，测试数据记录在表3中，此两断面的静压加上平均动压，即为各自的全压平均值；
6．进行步骤4、5的同时，利用转速表测定风机的转速，分别在温度计、大气压力表上读取实验环境的空气温度、大气压力值，填入表中。
以上为工况一（阀门1~4全开，风机低速运转）的测定；
7．将风机调至高转速档，重复步骤4、5、6的工作，测试数据记录在相应的表格中。
此步骤为工况二（阀门1~4全开，风机高速运转）的测定；
8．将管网中的阀门1、2、3、4适当关小，其他阀门状态保持不变，风机仍处于低转速档，重复步骤4、5、6的工作，测试数据记录在相应的表格中。
此步骤为工况三（阀门1~4半开，风机高速运转）的测定；
9．将风机调至低转速档，重复步骤4、5、6的工作，测试数据记录在相应的表格中。
此步骤为工况四（阀门1~4半开，风机低速运转）的测定；
10．关闭风机，再次测量实验环境的空气温度，测量实验环境的空气温度、大气压力，填入相应的表格中。
11．整理好实验仪器与设备，交实验指导老师验收。
七、实验数据整理与分析
见实验报告书。
八、其他说明
本实验可由8~9名同学协作完成。
实验开始，由指导老师介绍实验装置与操作方法，接着，分3个小组进行管道尺寸测量与统计，并调节各个阀门至步骤3
要求的位置。
随后，进行工况一的测试内容时，1个小组测定A-A、B-B断面的流量，1个小组测定C-C、D-D断面的静压，1个小组测定风机的转速。
进行工况二、三、四的测试内容时，小组之间进行轮换。
指导老师讲解10~15分钟，管道尺寸测量与统计10~15分钟，每个工况测试
20~25分钟，总学时：3学时。
附录、管道内空气流量的测定方法
在风管同一截面上各点的速度往往不同。
因此，在确定管内空气的流量时，必须采用该截面上的平均流速。
截面上各测点位置的确定：对圆形风管，可将其分成数个面积相等的同心圆环，在每个圆环内互相垂直的两个方向各布置两个测点，这些测点都必须位于该面积的中心位置上。
各测点距管道中心的距离可以按下式计算：
（14）式中R i——风管中心到第i点的距离，mm；
R0——风管的半径，mm；
i——从风管中心算起的同心环顺序号；
n——风管断面上划分的同心环数量；
对于圆形风管其分环数由下表确定：
风管直径mm）<=300300—500500—800850—1100大于1150划分环数n23456
为了使各测点位置计算更方便，各测点至管壁的距离（以管径D的倍数表示）可以按下表确定：
测点序号同心环数（n）
23456
10.0670.0440.0320.0250.021 20.250.1470.1050.0820.067 30.750.2960.1940.1460.118 40.9330.7040.320.2260.177 50.8530.680.3420.25 60.9560.8060.6580.355 70.8950.7740.645 80.9680.8540.75 90.9180.823 100.9750.882 110.933 120.979
（1）管道断面空气流速的计算
在风管内某点的速度相应有一个动压，当测出该点的动压后即可求出它的速度。
然而，对一个截面来讲，要计算出平均速度必须计算出平均动压。
其平均动压由下式求得
（15）式中H dp——测点断面平均动压头，mmH2O；
H1、H2、H i——断面各测点的动压头，mmH2O；
n——.测点数；
从而，平均流速为
（16）式中——水的密度，kg/m3；
——管内流动流体（空气）的密度，kg/m3；
——毕托管的流速系数；
——重力加速度，9.81m/s2；
——断面.平均流速，m/s；
（2）管内空气流量的计算
管道断面空气流量可由下式计算：
（17）式中L—空气流量，m3/s；
d—管径，m；其他符号同前。
图1 实验系统装置原理图
1~6风阀7 风机8 电机9 变频器10~12风阀。
