流动力学综合实验
实验1 流动过程综合实验
一、实验目的
1. 学习离心泵性能参数及特性曲线的测定方法，加深对离心泵性能的了解； 2. 熟悉离心泵的操作方法； 3. 学习管路特性曲线的测定方法；
4. 学习直管摩擦阻力△Pf、直管摩擦系数?的测定方法。
5. 了解几种常用流量计的构造、工作原理、主要特点及流量计的标定方法； 6. 了解节流式流量计流量系数C随雷诺数Re的变化规律，流量系数C的测定方法； 7. 掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。
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）、?（效率）与Q（流量）之间的特性曲线；
3. 测定管路特性曲线；
4. 测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数?。 5. 对文丘里流量计进行校正。
三、实验原理
（一）离心泵特性曲线
离心泵是最常见的液体输送设备。在一定的型号和转速下，离心泵的扬程H、轴功率及效率η均随流量Q而改变。通常通过实验测出H—Q、N—Q及η—Q关系，并用曲线表示之，称为特性曲线。特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用泵的重要依据。泵特性曲线的具体测定方法如下： 1. H的测定
在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程：
Z入
P出u2出P入u2入???H?Z出???Hf入?出?g2g?g2g(1)
P出?P入u2出?u2入H?(Z出?Z入）???Hf入?出?g2g(2)
上式中Hf入?出是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力(不包括泵体内部的流动阻力所引起的压头损失)，当所选的两截面很接近泵体时，与柏努利方程中其它项比较，
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Hf入?出值很小，故可忽略。于是上式变为：
P出?P入u2出?u2入H?(Z出?Z入）?? (3)
?g2g 将测得的(Z出?Z入）和P入的值以及计算所得的u入，u出代入上式即可求得H的出?P值。
2. N的测定
功率表测得的功率为电动机的输入功率。由于泵由电动机直接带动，传动效率可视为1.0，所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。即：
泵的轴功率N＝电动机的输出功率，kW
电动机的输出功率＝电动机的输入功率×电动机的效率。 泵的轴功率＝功率表的读数×电动机效率，kw。 3. η的测定
??NeHQ?gHQ? 其中 Ne? kw (4) ?N1000102式中：η— 泵的效率； N— 泵的轴功率，kw Ne— 泵的有效功率，kw H— 泵的压头，m Q— 泵的流量，m3/s ρ— 水的密度，kg/m3 （二）管路特性曲线测定
当离心泵安装在特定的管路系统中工作时，实际的工作压头和流量不仅与离心泵本身的性能有关，还与管路特性有关，也就是说，在液体输送过程中，泵和管路二者是相互制约的。
在一定的管路上，泵所提供的压头和流量必然与管路所需的压头和流量一致。若将泵的特性曲线与管路特性曲线绘在同一坐标图上，两曲线交点即为泵在该管路的工作点。因此，可通过改变泵转速来改变泵的特性曲线，从而得出管路特性曲线。泵的压头H计算同上。 （三）直管摩擦系数?与雷诺数Re的测定
流体在管道内流动时，由于流体的粘性作用和涡流的影响会产生阻力。流体在直管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和管道摩擦系数有关，它们之间存在如下关系：
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lu2 hf = =? （5）
?d2?Pf λ=
2d?Pf? （6） ??lu2 Re =
d?u??? （7）
式中：d?管径，m ；
?Pf?直管阻力引起的压强降，Pa； l?管长，m； u?流速，m / s；
??流体的密度，kg / m3； ??流体的粘度，N·s / m2。
直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间有一定的关系，这个关系一般用曲线来表示。在实验装置中，直管段管长l和管径d都已固定。若水温一定，则水的密度ρ和粘度μ也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降△Pf与流速u（流量Vs）之间的关系。 根据实验数据和式（6）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（7）计算对应的Re，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与Re的关系曲线。 （四）文丘里流量计的标定
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：
Vs?CA02(P上?P下)? (8)
式中：VS—被测流体(水)的体积流量，m3/s； C— 流量系数，无因次； A0—流量计节流孔截面积，m2；
P上?P下—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 。
用涡轮流量计作为标准流量计来测量流量VS。每一个流量在压差计上都有一对应的读数，将压差计读数△P和流量VS绘制成一条曲线，即流量标定曲线。同时用上式整理数据可进一步得到C—Re关系曲线。
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