流体力学综合实验报告
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流体力学综合实验报告
流体力学-离心泵性能的测定
一．实验目的
1. 熟悉离心泵的构造和操作。
2. 测定离心泵在一定转速下的特性曲线。
二．基本原理
离心泵的主要性能参数有流量Q、压头H、效率?和轴功率Na，通过实验测出在一定的转速下H-Q、Na-Q及?-Q之间的关系，并以曲线表示，该曲线称为离心泵的特性曲线。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。
1. 流量Q的测定 在一定转速下，用出口阀调节离心泵的流量Q，用涡轮流量计计量离心
3泵的流量Q（m/h）
2. 压头H的测定 离心泵的压头是指泵对单位重量的流体所提供的有效能量，其单位为m 。 在进口真空表和出口压力表两测压点截面间列机械能衡算式得
PPu?u1（m 液柱） (1) H?2?1?h?2
g?g2g
式中：P1——泵进口处真空表读数（负值）, Pa；
P2——泵出口处压力表读数, Pa；
h——压力表和真空表两测压截面间的垂直距离, m；
u1——吸入管内水的流速, m/s；
u2——压出管内水的流速, m/s；
g ——重力加速度, m/s。
3. 轴功率Na的测定 离心泵的轴功率是泵轴所需的功率，也就是电动机传给泵轴的功率。在本实验中不直接测量轴功率，而是用三相功率表测量电机的输入功率，再由下式求得轴功率 222
Na?N??电??传 (2)
式中： N——电动机的输入功率, kW 电——电动机的效率，由电机样本查得
传——传动效率，联轴节联接 ?传=1
4. 离心泵的效率? 泵的效率为有效功率与轴功率之比??
式中：Ne——泵的有效功率, kW；
Na——轴功率, kW。 Ne (3) Na
Ne——用kW来计量，则：
Ne?QHe?g?QHe??9.81QHe?QHe??， ?? (4) 1000102102Na
3式中：Q——泵的流量, m/s；
He——泵的压头, m；
3 ?——水的密度, kg/m；
g ——重力加速度, m/s。
5. 转速改变时的换算
特性曲线是某指定转速下的特性曲线，如果实验时转速与指定转速有差异，应将实验结果换算为指定转速下的数值：
1 2
泵的特性曲线是在定转速下的实验测定所得。但是，实际上感应电动机在转矩改变时，其转速会有变化，这样随着流量Q的变化，多个实验点的转速n将有所差异，因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为某一定转速n′下（可取离心泵的额定转速2900rpm）的数据。换算关系如下： Q1?Q(n1
nn)；H1?H(1)2；N1?N(1)3 nnn
三．实验装置流程和主要设备
1. 实验装置流程
离心泵性能测定实验装置的流程如下图所示。
1－离心泵；2－进口压力变送器；3－铂热电阻（测量水温）；4－出口压力变送 器；5－电气仪表控制箱；6－均压环；7－粗糙管；8－光滑管（离心泵实验中 充当离心泵管路）；9－局部阻力管；10－管路选择球阀；11－涡轮流量计；12 －局部阻力管上的闸阀；13－电动调节阀；14－差压变送器；15－水箱
图 1 实验装置流程示意图 2
（二）注意事项：（1）一般每次实验前，均需对泵进行灌泵操作，以防止离心泵气缚。流体力学综合实验装置（LB201D）——实验指导书同时注意定期对泵进行保养，防止叶轮被固
四．实验步骤
１．实验准备：
（1）实验用水准备：清洗水箱，并加装实验用水。
（2）离心泵排气：通过灌泵漏斗给离心泵灌水，排出泵内气体。
2、开始实验：
（1）仪表自检情况，打开泵进口阀，关闭泵出口阀，试开离心泵，检查电机运转时 声音是否正常，，离心泵运转的方向是否正确。
（2）开启离心泵，当泵的转速达到额定转速后，打开出口阀。
（3）实验时，通过组态软件或仪表逐渐改变出口流量调节阀的开度，使泵出口流量从 1000L/h逐渐增大到 4000L/h，每次增加
500L/h。在每一个流量下，待系统稳定流 动 5 分钟后，读取相应数据。离心泵特性实验主要需获取的实验数据为：流量Q、泵进口压力p1、泵出口压力p2、电机功率N电、泵转速n，及流体温度t和两测压点间高度差H（。 0H0＝0.1m）
（4）实验结束，先关闭出口流量调节阀，再停泵。然后记录下离心泵的型号，额定流量、额定转速、扬程和功率等。
体颗粒损坏。
（2）泵运转过程中，勿触碰泵主轴部分，因其高速转动，可能会缠绕并伤害身体接触部位。
（3）不要在出口阀关闭状态下长时间使泵运转，一般不超过三分钟，否则泵中液体循环温
度升高，易生气泡，使泵抽空。
五．实验数据记录与处理
1. 预习教材中离心泵的有关内容。
2. 搞清实验装置的流程、设备、仪表和操作方法，确定需查找的各种参数、需测的各种参数和测取手段。 3. 绘出泵的特性曲线。
离心泵特性曲线测定记录表
实验次数
1
2
3
4
5
6
7
实验次数
1
2
3
4
5
6
7
曲线：
3 流量 Q （m 进口p 1 电机功率N泵转速 n3/h） （kpa） 出口p2（kpa） （kw） （r/m） 0.75 -3.8 224.6 0.498 2860 1.17 -4
219.8 0.509 2860 1.53 -4.2 215.5 0.526 2860 2.05 -4.5 208.8 0.558
2860 2.5 -4.9 201.3 0.587 2860 2.96 -5.4 191.8 0.614 2860 3.53 -6.1 177 0.64 2860 轴功率 流量Q（m 3/h） 扬程H（m） N(kw) 泵效率%h 0.75 23.3563271 0.4731 10.06129782 1.17 22.9014266
0.48355 15.05733637 1.53 22.4976386 0.4997 18.71803082 2.05
21.873045 0.5301 22.98510239 2.5 21.1789384 0.55765
25.80023312 2.96 20.2967382 0.5833 27.98769453 3.53
18.9085251 0.608 29.83114492
六．结果讨论与分析 6.1离心泵在启动时要关闭出口阀的原因是防止空气进入泵体，导致水抽上离心泵。每次实验前，均需对泵进行灌泵操作，以防止离心泵气缚。不能在出口阀关闭状态下长时间使泵运转，一般不超过三分钟，否则泵中液体循环温度升高，易生气泡，使泵抽空。
6.2离心泵在固定的转速下扬程是固定的，可调节出口阀来调节导流面积，简单易行。
6.3泵启动后，出口阀如果不开，压力表读数并不会逐渐上升，在上升到一定程度之后就会达到平衡点不再上升。
6.4根据图中最高效率的曲线的点仅为29%。离心泵特性曲线图中效率并没有书中所述的最高点，而是呈现一种上升趋势，最高效率仅为泵的29%，可能因为选取的数据点不足而导致曲线无法完全呈现。
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流体流动阻力测定实验
一.实验目的
（1） 辨别组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。
（2）测定流体在圆形直管内流动时摩擦系数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?。
二．基本原理
（1）直管阻力摩擦系数λ的测定
流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：
hf??pf
p1?p2
lu2??d2
则直管阻力摩擦系数可写成： 2d?pf?lu2
Re?
雷诺准数Re的定义是： du??
层流时：
湍流时：λ是雷诺准数Re和相对粗糙度（ε/d）的函数。 完全湍流时：λ只是相对粗糙度（ε/d）的函数。 ??64Re
上式中 d ：直管内径，m；
pf：流体在l米直管内流动时由于流动阻力而产生的压降，Pa；
hf：单位质量流体流经l米直管时产生的流动阻力，J/kg；
ρ ：流体密度，kg/m； 3
l ：直管长度，m；
u ：流体在管内流动的平均流速，m/s；
μ ：流体粘度，Pa·s。
其中l、d为装置参数 ， ρ、μ通过测定流体温度，再查有关手册而得， u通过测定流体
3流量，再由管径计算得到。本装置采用涡轮流量计测流量V（m/h），则
u?
pfV900?d2 采用倒置U型管液柱压差计和差压变送器测量。
（2）局部阻力系数? 的测定
根据阻力系数法，流体通过某一管件或阀门时的机械能损失可表示为流体在管内流动时平均动能的某一倍数，即：
u2
h?f2
故 ?p?f2?p?f?u2 式中 ? ：局部阻力系数，无因次；
p? f ：局部阻力引起的压降，Pa（本装置中，所测得的压降应扣除两测压口间直管
