流体流动阻力及离心泵特性曲线测定

流体流动阻力及离心泵特性曲线测定

一．实验目的：

1.通过实验学习直管阻力、直管摩擦系数的测定方法，理解并掌握流体流经直管时摩擦系数与雷诺数Re的关系。

2.学习局部阻力、局部阻力系数ζ的测定方法。

3.通过实验理解离心泵的工作原理和操作方法，加深对离心泵性能的了解。 4.掌握管路特性曲线的测量方法。

二．实验原理：

1.流体流动阻力

流体在管路中流动时，由于内摩擦力和涡流的存在，不可避免的引起能量的损失。

其损失主要有直管阻力损失和局部阻力损失。 （1）直管阻力损失

流体在水平等径直管中稳定流动时，其阻力损失为： hf= ΔPf/ρ=(p1-p2)/ρ=λ(L/d)(u2/2) (3-1) λ=2dΔPf/ρLu2 (3-2) 式中 hf——单位质量流体流经Lm直管的机械损失，J/kg; 流体流经Lm直管的压降，Pa； λ——直管阻力摩擦系数，量纲为1； d——直管内径，m； ρ——流体密度，kg/m3 L——直管长度，m；

u——流体在管内流动的平均流速，m/s。

层流时， λ=64/Re (3-3) Re=duρ/μ (3-4)

式中 Re——雷诺数，量纲为1； μ——流体黏度，Pa*s。

湍流时λ既随雷诺数Re变化，又随相对粗糙度（ε/d）变化，情况比较复杂，需由实验确定。

由式（3-2）可知，欲测定λ，需确定L、d、ρ、μ,并测定ΔPf、u等参数。L、d为装置参数（表格中给出)，ρ、μ通过测定流体温度，再查相关手册而得，u可通过测定流体流量，再由流量方程计算得到。采用U形管液柱压差计得： ΔPf=（ρ0-ρ）gR (3-5) 式中 R——柱液高度，m； ρ0——指示液密度，kg/m3

根据实验装置结构参数L、d，指示液密度ρ0，流体温度t（用于查取流体物性ρ、μ）及实验时测定的流量Vs、液柱压差计得读数R，再通过（3-5）确定ΔPf、式（3-2)确定Re,用式（3-2）求取λ，再将Re和λ的关系绘制在对数坐标图上，从而揭示出不同流动形态的λ——Re关系。 （2）局部阻力损失

局部阻力损失是流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变而引起的机械能损失。通常有两种计算方法，即当量长度法和阻力系数法。 ①当量长度法

将流体流过某管件或阀门时所造成的机械能损失折合成与某一长度的同径管道所产生的机械能损失相当，该折合的管道长度称为当量长度，用符号Le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、阀门的当量长度之和称为计算长度L+ΣLe，则流体在管路中流动时的总机械能损失Σhf为: Σhf=λ(L+ΣLe)/d * u2/2 (3-6) ?阻力系数法

将流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体动能的某一倍数，称这种计算方法为阻力系数法，即

hf’=Δp’/ρg =ξu2/2 (3-7)

故 ξ=2Δp’/ρgu2 (3-8) 式中 hf’——局部能量损失，J/kg； ξ——局部阻力系数，量纲为1；

Δp’——局部阻力压降，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，㎏/ ɡ——重力加速度，9.81m/

u——流体在小截面管路中的平均流速，m/s。

图-1 局部阻力测量取压口布置图

待测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。

局部阻力引起的压强降?p'f可用下面的方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在其上、下游开两对测压口a-a'和b-b＇，见图-1，使 ab＝bc； a＇b＇＝b＇c＇

则△Pf，a b＝△Pf，bc；

△Pf，a＇b＇= △Pf，b＇c＇

在a~a＇之间列柏努利方程式：

Pa－Pa＇=2△Pf，a b+2△Pf，a＇b＇+△P＇f ⑸

在b~b＇之间列柏努利方程式： Pb－Pb＇ = △Pf，bc+△Pf，b＇c＇+△P＇f

=△Pfab+△Pab+△Pf⑹

联立式⑸和⑹，则：

?Pf'＝2(Pb－Pb＇)－(Pa－Pa＇)

为了实验方便，称(Pb－Pb＇)为近点压差，称(Pa－Pa＇)为远点压差。其数值用差压传感器来测量。

2.离心泵特性曲线

离心泵是化工生产中应用最广泛的一种流体输送设备。它的主要性能参数包括流量Q,泵的扬程H,轴功率N及效率η，这些参数间存在着一定的关系，以曲线形式表示出来即为离心泵的特性曲线。离心泵特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据。由于离心泵内部流动情况复杂，不能用理论方法推导出离心泵的特性曲线，只能通过实验测定。 （1）扬程H的测定

以离心泵进口真空表和出口压力表处为1、2两截面，列伯努利方程：

z1+p1/ρg +u12/2g +H=z2+p2/ρg +u22/2g+ΣHf (3-9)

由于两截面间得管长较短，通常可忽略阻力项ΣHf，速度平方差很小也可以忽

略，则有

H=（z2-z1)+(p2-p1)/ρg (3-10) =H0+(p表+p真） （3-11）

式中 H0=（z2-z1)，表示泵出口和进口间得高度差，m； ρ——流体密度，kg/m3； g——重力加速度，m/s2；

p1、p2——泵进、出口的真空度、表压，Pa； p表、p真——压力表和真空表的读数，Pa； u1、u2——泵进、出口的流速，m/s； z2、z1——真空表、压力表的安装高度，m。

实验中，只要直接读出真空表和压力表的读数，测定出两表的安装高度差，就可计算出泵的扬程。

（2）轴功率N的测量和计算

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