流体力学实验指导书 食品工程原理实验--流体力学综合实验指导书

实验一 离心泵特性测定实验

一、实验目的

1．熟悉离心泵的工作原理和操作方法；

2. 掌握离心泵特性曲线的测定和表示方法，加深对离心泵的了解。

二、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。

三、实验步骤及注意事项

1．实验步骤：

（1）灌泵：清理水箱中的杂质，然后加装实验用水。通过灌泵漏斗给离心泵灌水，直到排出泵内气体。

（2）开泵：检查各阀门开度和仪表自检情况，试开状态下检查电机和离心泵是否正常运转。开启离心泵之前先将出口流量调节闸阀V2关闭（如果调节阀全开，可能会导致泵启动功率过大，从而可能引发烧泵），当泵达到额定转速后方可逐步打开此出口阀。

（3）实验时，通过调节闸阀V2以增大流量，待各仪表读数显示稳定后，读取10组相应数据。离心泵特性实验主要获取实验数据为：流量Q 、泵进口压力p 1、泵出口压力p 2、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 0（H 0＝0.1m ）

（4）关闭泵的出口阀，再关闭泵开关及仪表电源，最后关闭电源开关，停机；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）。

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。

四、原始数据记录

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H 0= 流体温度t ＝

实验次数

2．分别绘制一定转速下的H ～Q 、N ～Q 、η～Q 曲线。 3．分析实验结果，判断泵最为适宜的工作范围。

流量Q m 3/h

泵入口真空度p 1 kPa

泵出口表压强p 2 kPa

电机功率N 电

kW

泵转速r/m

五、数据处理结果 转速n=______r/min

序号

流量Q(m3/h)

扬程H(m)

轴功率N(kW)

泵效率η(%)

六、 计算举例（并绘出图形）

[1**********]00

4

8

12

Q(m/h)

3

H (m )

1620

10.80.6η

0.40.200

4

8

12

Q(m/h)

3

1620

1.51.20.90.60.300

4

8

12

Q(m/h)

3

N (k W )

1620

五、思考题

1．试从所测实验数据分析，离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门？

2．启动离心泵之前为什么要引水灌泵？如果灌泵后依然启动不起来，你认为可能的原因是什么？ 3．为什么流量越大，入口真空表读数愈大而出口压力表读数愈小？

实验二 流体流动阻力测定实验

一、实验目的

1．掌握流体流动阻力的测定方法。

2．测定流体流过直管时的摩擦阻力，并确定摩擦系数λ与雷诺准数Re 的关系，验证在一般湍流区内λ与Re 的关系曲线。

3．测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数ξ。 4．学会倒U 形压差计的使用方法。

二、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，不可避免地要消耗一定的机械能。这种机械能消耗包括直管阻力和局部阻力。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。 在工程设计中，流体流动阻力的测定或计算，对于确定流体输送所需推动力的大小，例如泵的功率、液位等，选择适当的输送条件都有不可或缺的作用。

三、实验步骤

1．泵启动：首先对水箱进行灌水，然后关闭出口阀V2，打开总电源和仪表开关，启动水泵，待

电机转动平稳后，把出口阀V2缓缓开到最大。

2. 实验管路选择：选择实验管路，把对应的进口阀f1、f2、f3打开（f1是粗糙管管路的阀门，f2

是光滑管管路的阀门，f3是局部阻力管路的阀门），在出口阀最大开度下，保持全流量流动5－10min 。

3．排气：打开，进行排气操作至管内无气泡存在。

3．流量调节：调节出口流量调节闸阀V2, 然后开启相应管路的选择阀f1、f2、f3，调节流量，让

流量从1到4m 3/h范围内变化，建议每次实验变化0.5m 3/h左右。每次改变流量，待流动达到稳定后，记下对应流量下的的压差值。

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：关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，清理装置。

四、原始数据记录

表1

管内径（mm ）

名称 局部阻力 光滑管 粗糙管

材质

管路号

闸阀 不锈钢管 镀锌铁管

管内径

（cm ） 测量段长度

95 100 100

表2直管阻力

实水温t=_____℃，ρ= _____kg/m3，μ=______Pa ·s ， 光滑管、粗糙管测压点间距L=_____m ，管内径d=_____mm

序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

流量V h (m3/h)

光滑管压降(mm液柱) 左

右

净值

流量V (m3/h)

粗糙管压降(mm液柱) 左

右

净值

表3 局部阻力

序号

流量V h (m3/h)

截止阀压降(mmHg)

左

右

净值

五、 数据整理表

1． 直管阻力

序号

光滑管阻力

V s (m3/s)

u (m/s)

h f (J/kg)

R e

λ

V s (m3/s)

u (m/s)

粗糙管阻力 h f (J/kg)

R e

λ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

2． 局部阻力

六、 计算举例（并绘出图形）

0.1

λ

0.01

1000

10000

Re

100000

1000000

七、思考题

1. 如何检验测试系统内的空气已被排除干净？U 型管压差计的零位应如何校正？

2. 在λ-Re 曲线中，本实验所测Re 在一定范围内变化，如何增大或减小Re 的变化范围？ 3. 根据光滑管实验结果，对照柏拉修斯方程λ=

0.3164

，计算其误差。 0.25

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