(13本科)实验指导书-《材料工程基础实验》.

湖南工学院材料工程基础实验实验指导书材料与化学工程学院2015年10月湖南工学院1实验课要求1、按时到达实验室进行实验，无故不得迟到、早退，违者将扣其实验课的平时成绩。

2、必须按照本人课表安排的时间来实验室进行实验，不得私自调换实验时间。

3、每次实验之前必须认真进行预习，并写好实验预习报告，无预习报告的，不得进行实验。

4、实验时，必须认真记录实验数据，不得抄袭别人的实验数据，并在实验结束后，认真撰写实验报告，在规定时间内统一交到办公室进行批改。

5、本实验课共分四次实验，无故缺席一次实验，实验成绩即为不及格，如确有客观原因不能在规定时间内进行实验的，必须及时告知实验老师，并在其安排的其他时间内补做实验。

6、实验课成绩由平时到课表现，预习及实验报告的成绩共同进行评定，实验课结束之后，仍未提交实验报告的，或者实验报告不全的，实验课成绩将记为不及格。

7、实验室的维护是大家共同的工作，所以，每次实验结束后，必须认真打扫后，方可离开，谢谢大家！2 实验一流体流动阻力的测定实验一、实验目的1、掌握流体流经直管和阀门时的阻力损失和测定方法，通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。

2、测定直管摩擦系数λ与雷诺数Re的关系。

3、测定流体流经闸阀时的局部阻力系数ξ。

二、实验内容1、测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数λ。

2、测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间关系曲线和关系式。

3、测定流体流经闸阀时的局部阻力系数ξ。

三、实验原理1、概述本实验装置可以测定对比：DN20粗糙直管、光滑管和阀门等阻力系数。

在实际生产中，许多过程都涉及到流体流动的内部细节，尤其是流体的流动阻力。

流体在流动过程中为克服流动阻力必定要消耗能量。

流体流动阻力产生根本的原因是流体具有粘性，流动时存在着内磨擦，而固定的管壁或其它形状固体壁面，促使流动流体的内部发生相对运动，为流体流动阻力的产生提供了条件，因此液体阻力的大小与流体的物性、流动状况及壁面等因素有关。

流体在流动系统中作定态流动时，流体在各截面上的流速、密度、压强等物理参数仅随位置而改变而不随时间而变。

2、实验原理1）直管阻力与局部阻力实验流体阻力产生的根源是流体具有粘性，流动时存在内摩擦。

而壁的形状则促使流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供了条件，流动阻力的大小与流体本身的物理性质、流动状况及壁面的形状等因素有关。

流动阻力可分为直管阻力和局部阻力。

流体在流动过程中要消耗能量以克服流动阻力。

因此，流动阻力的测定颇为重要。

从流程图可知水从贮槽由泵输出，经流量计计量后，再流经管道后回到水槽，循环利用。

改变流量并测定直管与管件的相应压差，即可测得流体流动阻力。

2）直管阻力磨擦系数λ的测定3直管阻力是流体流经直管时，由于流体的内摩擦而产生的阻力损失h f 。

对于等直径水平直管段根据两测压点间的柏努利方程有：gu d l g P h f 22∙∙==λρΔ （1-1） 22luPd ρλΔ=（1-2） 式中：l — 直管长度（m ）d — 管内径 （m ）ΔP— 流体流经直管的压强降（Pa ） u — 流体截面平均流速（m/s ） ρ— 流体密度（kg/m 3）由式（2-2）可知，欲测定λ，需知道l 、d 、（P 1-P 2）、u 、ρ等。

① 若测得流体温度，则可查得流体的ρ值。

② 若测得流量，则由管径可计算流速u 。

两测压点间的压降ΔP ，可由仪表直接读数。

3）局部阻力系数ζ的测定局部阻力主要是由于流体流经管路中管件、阀门局部位置时所引起的阻力损失，在局部阻力件左右两侧的测压点间列柏努利方程有：22u Ph f ∙=∆='ζρ （1-3） 即： 22uPρζ∆=（1-4） 式中： ζ — 局部阻力系数ΔP— 局部阻力压强降（Pa ）式（2-4）中ρ、u 、ΔP 等的测定同直管阻力测定方法。

ρρ2222121122p u gz p u gz ++=++3、实验流程图 1）实验流程实验对象部分是由贮水箱，离心泵，不同管径、材质的水管，各种阀门、管件，转子流量计和U 型压差计等所组成的。

管路部分有三段并联的长直管，分别为用于测定局部阻力系数，光滑管直管阻力系数和粗糙管直管阻力系数。

测定局部阻力部4分使用不锈钢管，其上装有待测管件（闸阀）；光滑管直管阻力的测定同样使用内壁光滑的不锈钢管，而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较粗糙的镀锌管。

水的流量使用转子流量计测量，管路和管件的阻力采用压差传感器测量。

2四、实验步骤1、泵启动：首先对水箱进行灌水，然后关闭出口阀，打开总电源开关，打开仪表电源开关，按下启动按钮启动离心泵。

2、实验管路选择：选择实验管路，把对应的进口阀打开，并在出口阀最大开度下，保持全流量流动5-10min。

3、排气：将实验管路和测压管中的空气排尽。

再进行阻力测定实验。

4、流量调节：开启管路出口阀，调节流量，让流量从3到6m3/h范围内变化，建议每次实验变化0.5m3/h左右。

每次改变流量，待流动达到稳定后，记下对应的压差值。

然后用同样方法做其他管路实验。

5和u的实验测定值，可计算λ和ξ，在等温条件下，5、计算：装置确定时，根据P雷诺数Re=duρ/μ=Au，其中A为常数，因此只要调节管路流量，即可得到一系列λ～Re的实验点，从而绘出λ～Re曲线。

6、实验结束：关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，将装置中的水排放干净。

五、注意事项1、在启动离心泵前，要确保电源的正确，确保不缺相，离心泵缺相不会运转，且会烧毁离心泵。

2、在启动离心泵前，要确保离心泵转向的正确，否则长时间反向运转会损坏离心泵。

3、在做流体阻力实验时，要排尽管路里的气泡。

4、在开、关各阀门时，须缓开慢关。

六、实验数据处理七、实验报告内容1、将实验数据和数据整理结果列在表格中，并以其中一组数据为例写出计算过程。

2、确定管件或阀门的阻力系数。

八、设备性能及主要技术参数1、该实验装置主要由：离心泵、蓄水箱、沿程阻力光滑管、沿程阻力粗糙管、局部阻力管、U型压差计、转子流量计、阀门、实验台架及电控箱等组成。

2、光滑直管段：管径DN—0.020m、管长L=1.7m、测压段L=1.3m，材质：不锈钢6管。

3、粗糙直管段：管径DN—0.020m、管长L=1.7m、测压段L=1.3m，材质：镀锌铁管。

4、局部阻力直管段:管径DN—0.020m；管长L=1.7m、测压段L=0.5m，材质：不锈钢管。

5、转子流量计：型号LZB-50（0.6～6 m3／h），精度 1.5。

6、水泵参数：流量：4m3／h，扬程：20m，电机功率：750W。

7、蓄水箱为不锈钢材质，容积约80L。

九、思考题1、为什么实验数据测定前首先要赶尽设备和测压管中的空气？怎么赶气？2、想一想，有什么办法可以检查系统中的气是否排净?3、以水为工作流体所测得的λ～Re曲线能否应用于空气，如何应用?4、不同管径、不同水温下测定的λ～Re数据能否关联在同一条曲线上?为什么？5、如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不正，对静压的测量有何影响?6、如果要增加实验中雷诺数Re的范围，可采取哪些措施?7 实验二离心泵特性曲线的测定一、实验目的1、了解离心泵的结构和特性，熟悉离心泵的操作；了解并熟悉离心泵的工作原理；2、掌握离心泵主要参数的测定方法，测量一定转速下的离心泵特性曲线；3、了解离心泵的工作点与流量调节；4、泵串、并联实验（选做）；5、泵汽蚀实验（选做）。

二、实验内容1、练习离心泵的操作。

2、测定某型号离心泵在一定转速下，H（扬程）、N（轴功率）、h（效率）与q v（流量）之间的特性曲线。

3、测定离心泵出口阀门开度—定时的管路特性曲线三、实验原理1、概述生产中所处理的原料及产品，大多为流体。

按照生产工艺的要求，制造产品时往往需要把他们依次输送到各设备内进行反应；产品又常需输送到贮罐内贮存。

如果欲达到上述所规定的条件，把流体从一个设备输送到另一个设备，需要输送设备要给流体以一定的速度。

生产中，由于各种因素的制约，如场地、设备费用、工艺要求等等；各设备之间流体流动需要消耗能量，流体以一定速度在管内流动亦需要能量。

这样，就必须给流体提供能量的输送设备。

我们把为液体提供能量的输送设备称为泵，为气体提供能量的输送设备称为风机及压缩机。

泵种类很多，按照工作原理的不同，分为离心泵、往复泵、旋转泵、旋涡泵等几种；风机及压缩机有通风机、鼓风机、压缩机、真空泵等。

其作用均是：对流体做功，提高流体的压强。

本实验主要介绍离心泵。

离心泵一般用电机带动，在启动前需向壳内灌满被输送的液体，启动电机后，泵轴带动叶轮一起旋转，充满叶片之间的液体也随着转动，在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘的过程中便获得了能量，使叶轮外缘的液体静压强提高，同时增加了液体的动能。

液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐加宽，液体的流速逐渐降低，一部分动能转化为静压能，使泵出口处液体的压强进一步提高，于是液体以较高的压强，从泵的排出口进入管路，输送至所需的场所。

8一个完整的流体输送系统所必须包括的主要设备及仪表有： 1）泵（或风机、压缩机）：对流体作功，提高流体压强； 2）进、出口阀门：控制流体流量； 3）压力表：测量流体的压强； 4）管道：流体流动的通道。

2、实验原理A 、离心泵的特性曲线离心泵是化工生产中应用最广的一种流体输送设备。

它的主要特性参数包括：流量Q ，扬程He ，功率N ，和效率η。

这些特性参数之间是相互联系的，在一定转速下，He 、N 、η都随着输液量Q 变化而变化；离心泵的压头He 、轴功率N 、效率η与流量Q 之间的对应关系，若以曲线H~Q 、N~Q 、η~Q 表示，则称为离心泵的特性曲线，可由实验测定。

特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用离心泵的重要依据。

离心泵在出厂前均由制造厂提供该泵的特性曲线，供用户选用。

泵的生产部门所提供的离心泵的特性曲线一般都是在一定转速和常压下，以常温的清水为介质测定。

在实际生产中，所输送的液体多种多样，其无论性质（如密度、粘度等）各异，泵的性能亦将发生变化，厂家提供的特性曲线将不再适用，如泵的轴功率随液体密度变化而改变，随粘度变化，泵的压头、效率、轴功率等均发生变化。

此外，若改变泵的转速或叶轮直径，泵的性能也会发生变化。

因此，用户在使用时要根据介质的不同，重新校正其特性曲线后选用。

B 、 曲线的测定 1）流量Q 的测定转速一定，用泵出口阀调节流量，管路中流过的液体量通过文丘里及压差计来确定流量，m 3/s 。

ρρρgR C A V i s )(200-= （2-1）或ρρρgR C A V i rr s )(2-= （2-2）式中9s V —体积流量，sm 3；0A —孔板孔口的截面积，2m ；0C —孔板流量系数；r A —文丘里喉管的截面积，2m ；r C —文丘里流量系数； R —U 型压差计的读数，m ；i ρ—U 型压差计指示液密度，3m Kg；ρ—被测流体的密度，3m Kg ；2）扬程（压头）He 的测定根据泵进出口管上安装的真空表和压力表读数可计算出扬程：He =h 0 +g P P ρ入出- （2-3）式中：出P 、入P —分别为泵出口压力表和入口真空表测得的读数Pa ；ρ—输送液体密度，kg/3m ； h 0—两测压口间的垂直距离，m 。