CB-1流体力学综合实验报告一、实验目的1. 学习直管摩擦阻力△Pf、直管摩擦系数λ的测定方法。

2. 掌握不同流量下摩擦系数λ与雷诺数Re之间关系及其变化规律。

3. 学习压差传感器测量压差，流量计测量流量的方法。

4. 掌握对数坐标系的使用方法。

5. 熟悉离心泵的结构与操作方法，了解常用的测压仪表。

6. 测定恒定转速条件下泵的扬程(H)、轴功率(N)以及效率（η）与泵的流量(Q)之间的泵特性曲线，加深对离心泵性能的了解。

7. 掌握流量计的标定方法。

8. 了解文丘里流量计流量系数C随雷诺数Re的变化规律，流量系数C的确定方法。

9. 学习合理选择坐标系的方法。

二、装置整体流程图图1 实验装置流程示意图设备主要参数：输送设备：（1）离心泵型号40SBF-13，额定流量6m ³/h ，额定扬程13m ，额定电压380V ，额定功率0.55KW ，材质不锈钢；（2）离心泵型号50SBF-18，额定流量13m ³/h ，额定扬程18m ，额定电压380V ，额定功率1.5KW ， 测量仪表：（1）压力PI-101 不锈钢真空表，测量范围-0.1-0MPa PI-102 不锈钢压力表，测量范围0-0.25MPaPI-103 不锈钢差压变送器，测量范围0-200Kpa ，精度1.0,测量介质-水（2）温度TI-101 双金属温度计，测量范围0-100℃，精度1.6，材质-不锈钢 （3）流量FI-101 玻璃转子流量计，型号LZB-25，测量范围100-1000L/h ，精度1.6 FI-102 玻璃转子流量计，型号LZB-10，测量范围10-100L/h ，精度1.6 涡轮流量计，型号LWGY-25，测量范围1-10m ³/h ，精度1.0容器：水槽容积50L ，不锈钢材质三、实验内容（1）离心泵特性测定实验一、基本原理离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程H 、轴功率N 及效率η与泵的流量Q 之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。

由于泵内部流动情况复杂，不能用理论方法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。

1． 流量的测定流量是在实验过程中设定值，可直接通过手动阀门来调节实验所需的流量值。

2．扬程H 的测定与计算取离心泵进口真空表和出口压力表处为1、2两截面，列机械能衡算方 程：fH gug p z H g u g p z ∑+++=+++2222222111ρρ（1－1）由于两截面间的管长较短，通常可忽略阻力项f H ∑，速度平方差也很小故可忽略，则有 (=H gp p z z ρ1212)-+- （1－2） 式中： 12z z -，表示泵出口和进口间的位差，m ；ρ——流体密度，kg/m 3； g ——重力加速度 m/s 2；p 1、p 2——分别为泵进、出口的真空度和表压，Pa ； u 1、u 2——分别为泵进、出口的流速，m/s ； z 1、z 2——分别为真空表、压力表的安装高度，m 。

由上式可知，只要直接读出真空表和压力表上的数值，及两表的安装高度差，就可计算出泵的扬程。

3．轴功率N 的测量与计算k Ne N ⨯= （W ） （1－3）泵的有效功率Ne 可用下式计算：g HQ Ne ρ= （1－4）其中，Ne 为电功率表显示值，k 代表电机效率，可取6.0＝k 。

4．效率η的计算泵的效率η是泵的有效功率Ne 与轴功率N 的比值。

有效功率Ne 是单位时间内流体经过泵时所获得的实际功，轴功率N 是单位时间内泵轴从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。

故泵效率为 %100⨯==NgHQ Neρη （1－5） 二、实验步骤及注意事项1．实验步骤：（1）关闭设备所有阀门，清洗水箱，并加装实验用水,（2）打开离心泵进口阀Q101、开启J102给离心泵灌水，然后全关离心泵流量调节阀J101、J102，打开总电按钮，启动离心泵，等离心泵工作正常后通过阀J102调节流体流量到实验指定值，开始实验，每次测量时分别记录下离心泵前后真空表、压力表的指示值和功率表读数。

（4）测取10组左右数据后，可以停泵，同时记录下设备的相关数据（如离心泵型号，额定流量、额定转速、扬程和功率等），停泵前先将出口阀关闭。

2．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。

同时注意定期对泵进行保养，防止叶轮被固体颗粒损坏。

（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。

（4）水箱安装于离心泵泵头上端，所以流量比较小时，真空度为零，一般大泵真空度为-0.08MPa，小泵为-0.04MPa方可实验，调节方法就是关小离心泵进口阀，人为的制造真空度，以方便实验取值，关小至真空度到指定值，可进行实验。

（5）实验之前必须做好预习工作，加深对设备的了解，为了防止实验误操作，老师可以通过提问的方式，让学生明白实验的整个操作流程，防止实验实验事故的发生。

（6）本设备为纯手动操作，请学生勿动仪表调节参数。

三、数据处理记录实验原始数据于表1。

实验日期：实验人员：学号：装置号：离心泵型号：额定流量：额定扬程：额定功率：泵进出口测压点高度差：流体温度：1. 数据记录2. 数据处理：根据原理部分的公式，计算各流量下的泵扬程、轴功率和效率。

（2） 流体流动阻力测定实验一、基本原理流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能。

流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。

流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。

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： 2221u d l p p p h ff λρρ=-=∆=（1）即 22lu p d fρλ∆=（2）式中： λ —直管阻力摩擦系数，无因次；d —直管内径，m ；f p ∆—流体流经l 米直管的压力降，Pa ；f h —单位质量流体流经l 米直管的机械能损失，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 。

滞流(层流)时，Re 64=λ （3） μρdu =Re （4）式中：Re —雷诺准数，无因次；μ —流体粘度，kg/(m·s)。

湍流时λ是雷诺准数Re 和相对粗糙度（ε/d ）的函数，须由实验确定。

由式（2）可知，欲测定λ，需确定l 、d ，测定f p ∆、u 、ρ、μ等参数。

l 、d 为装置参数（装置参数表格中给出）， ρ、μ通过测定流体温度，再查有关手册而得， u 通过测定流体流量，再由管径计算得到。

例如本装置采用涡轮流量计测流量（V ，m 3/h ）。

2900dVu π=(5) f p ∆可用U 型管、倒置U 型管、测压直管等液柱压差计测定，或采用差压变送器和二次仪表显示。

（1）当采用倒置U 型管液柱压差计时gR p f ρ∆= (6) 式中：R －水柱高度，m 。

（2）当采用U 型管液柱压差计时()gR p f ρρ∆-=0 (7)式中：R －液柱高度，m ；0ρ－指示液密度，kg/m 3。

根据实验装置结构参数l 、d ，指示液密度0ρ，流体温度t 0(查流体物性ρ、μ)及实验时测定的流量V 、液柱压差计的读数R ，通过式(5)、(6)或(7)、(4)和式(2)求取Re 和λ，再将Re 和λ标绘在双对数坐标图上。

2．局部阻力系数ξ 的测定局部阻力损失通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。

(1) 当量长度法流体流过某管件或阀门时造成的机械能损失看作与某一长度为e l 的同直径的管道所产生的机械能损失相当，此折合的管道长度称为当量长度，用符号e l 表示。

这样，就可以用直管阻力的公式来计算局部阻力损失，而且在管路计算时可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，则流体在管路中流动时的总机械能损失∑fh为：22u d l l h e f ∑∑+=λ (8)(2) 阻力系数法流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数，局部阻力的这种计算方法，称为阻力系数法。

即：22u g p H ff ξρ='∆= (9) 故 22gup fρξ'∆=(10)式中：ξ —局部阻力系数，无因次；f p '∆ －局部阻力压强降，Pa ；（本装置中，所测得的压降应扣除两测压口间直管段的压降，直管段的压降由直管阻力实验结果求取。

）ρ —流体密度，kg/m 3；g —重力加速度，9.81m/s 2；u —流体在小截面管中的平均流速，m ／s 。

待测的管件和阀门由现场指定。

本实验采用阻力系数法表示管件或阀门的局部阻力损失。

根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径d ，指示液密度0ρ，流体温度t 0(查流体物性ρ、μ)，及实验时测定的流量V 、液柱压差计的读数R ，通过式(5)、(6)或(7)、(10)求取管件或阀门的局部阻力系数ξ。

二、实验步骤1．泵启动：关闭设备所有阀门，清洗水箱，并加装实验用水，打开离心泵进口阀Q101、开启J102给离心泵灌水，然后关闭出口阀J102，打开总电源，启动水泵，待电机转动平稳后，缓缓开启流量调节阀J101。

2. 实验管路选择：选择实验管路，把对应的进口阀打开(光滑管为Q103，粗糙管为Q104，阀门阻力为Q105)，保持全流量流动1－2min，以排除管内空气。

3．流量调节：通过管路出口阀J101或者FI101上自带的流量调节阀调节实验所需的流量，待流动达到稳定后，记下对应的压差值，压差值可从压差传感器上读出，测量不同的管路需开启相对应的引压阀（Q106-Q111），测压时确认差压计进口阀Q116、118打开，小压差也可从U形管压差计测量。

4．计算：装置确定时，根据Δp和u的实验测定值，可计算λ和ξ，在等温条件下，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。

5．实验结束：关闭离心泵出口阀，关闭水泵和仪表电源，清理装置。

注意事项（1）本设备为纯手动操作，请学生勿动仪表调节参数。

三、实验数据处理根据上述实验测得的数据填写于下表。

实验日期：实验人员：学号：温度：装置号：直管基本参数：光滑管径 10.0mm 管长：1260mm管径 10.0mm管长：1260mm 局部阻力管径 20mm1. 数据记录2. 数据处理（3）流量计性能测定实验一、实验原理流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量的关系为：式中：被测流体(水)的体积流量，m3/s；流量系数，无因次；流量计节流孔截面积，m2；流量计上、下游两取压口之间的压强差，Pa ；被测流体(水)的密度，kg／m3。