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流體力學(xué)組合實(shí)驗(yàn)裝置使用說明書
2024-09-05
流體力學(xué)組合實(shí)驗(yàn)裝置使用說明書
一、
流體力學(xué)組合實(shí)驗(yàn)裝置使用說明書
-
流體輸送操作單元簡介
液體和氣體統(tǒng)稱為流體。流體的特征是具有流動(dòng)性,即其抗剪和抗張的能力很小,無固定形狀,隨容器的形狀而變化;在外力作用下其內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
化工生產(chǎn)中所處理的原料及產(chǎn)品,大多為流體。按照生產(chǎn)工藝的要求,制造產(chǎn)品時(shí)往往需要把他們依次輸送到各設(shè)備內(nèi),進(jìn)行反應(yīng);產(chǎn)品又常需輸送到貯罐內(nèi)貯存。如果欲達(dá)到上述所規(guī)定的條件,把流體從一個(gè)設(shè)備輸送到另一個(gè)設(shè)備,首先,設(shè)備之間需用管道聯(lián)接,其次,需要輸送設(shè)備給流體以一定的速度;どa(chǎn)中,由于各種因素的制約,如場(chǎng)地、設(shè)備費(fèi)用、工藝要求等等;各設(shè)備之間流體流動(dòng)需要消耗能量,流體以一定速度在管內(nèi)流動(dòng)亦需要能量。這樣,就必須有一能給流體提供能量的輸送設(shè)備。我們把為液體提供能量的輸送設(shè)備稱為泵,為氣體提供能量的輸送設(shè)備稱為風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)。泵種類很多,按照工作原理的不同,分為離心泵、往復(fù)泵、旋轉(zhuǎn)泵、旋渦泵等幾種;風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)有通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、真空泵等。其作用均是:對(duì)流體做功,提高流體的壓強(qiáng)。本實(shí)驗(yàn)介紹離心泵。
離心泵一般用電機(jī)帶動(dòng),在啟動(dòng)前需向殼內(nèi)罐滿被輸送的液體,啟動(dòng)電機(jī)后,泵軸帶動(dòng)葉輪一起旋轉(zhuǎn),充滿葉片之間的液體也隨著轉(zhuǎn)動(dòng),在離心力的作用下,液體從葉輪中心被拋向外緣的過程中便獲得了能量,使葉輪外緣的液體靜壓強(qiáng)提高,同時(shí)增加了液體的動(dòng)能。液體離開葉輪進(jìn)入泵殼后,由于泵殼中流道逐漸加寬,液體的流速逐漸降低,一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能,使泵出口處液體的壓強(qiáng)進(jìn)一步提高,于是液體以較高的壓強(qiáng),從泵的排出口進(jìn)入管路,輸送至所需的場(chǎng)所。
流體在流動(dòng)過程中為克服流動(dòng)阻力必定要消耗能量。流體流動(dòng)阻力產(chǎn)生根本的原因是流體具有粘性,流動(dòng)時(shí)存在著內(nèi)磨擦,管壁或其它形狀固體壁面,促使流動(dòng)流體的內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),為流體流動(dòng)阻力的產(chǎn)生提供了條件,因此液體阻力的大小與流體的物性、流動(dòng)狀況及壁面等因素有關(guān)。
通常將流體在管路中流動(dòng)時(shí)的阻力分成直管阻力和局部阻力兩部分,直管阻力是流體流經(jīng)一定管徑的直管時(shí),由于流體的內(nèi)磨擦力(即粘性力)產(chǎn)生的阻力。局部阻力(形體阻力)主要是由于流體經(jīng)管路中管件、閥門及管截面形狀和尺寸突然擴(kuò)大縮小等局部地方引起流體邊界層分離造成的阻力。
化工生產(chǎn)中,流體流動(dòng)的基本原理及其流動(dòng)規(guī)律被廣泛應(yīng)用,
主要有以下幾個(gè)方面的應(yīng)用:
1)流體的輸送
2)壓強(qiáng)、流速和流量的測(cè)量
3)為強(qiáng)化流體的傳熱、傳質(zhì)提供適宜的流動(dòng)條件
一個(gè)完整的流體輸送系統(tǒng)所必須包括的主要設(shè)備及儀表有:
1)泵(或風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)):對(duì)流體作功,提高流體壓強(qiáng):
2)進(jìn)、出口閥門;控制流體流量;
3)壓力表;測(cè)量流體的壓強(qiáng);
4)管道;流體流動(dòng)的通道。
二、
設(shè)備性能與主要技術(shù)參數(shù)
1、本實(shí)驗(yàn)裝置主要是由離心泵、PVC水箱、壓力表、流量計(jì)、孔板、U型壓力計(jì)等組成。
2、離心泵采用20-110型小流量離心管道泵,流量為
,揚(yáng)程為15m,輸入功率為370W,必需汽蝕余量(NPSH)r為2.3m。
3、流量的測(cè)量以流量計(jì)的讀數(shù)為準(zhǔn),孔板的安裝是為了加深學(xué)生對(duì)孔板流量計(jì)的印象,同時(shí)也可以用它的結(jié)果與轉(zhuǎn)子流量計(jì)做比較。喉頸處的通徑為15mm,孔流系數(shù)CV為0.5。
4、壓差計(jì)均采用L為1000mm和800mm型。指示液為四氯化碳或水銀,須避免濺出有害人體健康。
5、水箱由PVC板焊制而成,實(shí)驗(yàn)液體(水)為全循環(huán)使用。節(jié)約實(shí)驗(yàn)開支。
6、臺(tái)架本裝置離心泵出口流量的調(diào)節(jié),離心泵出口流量的顯示,離心泵進(jìn)、出口壓力的顯示、電機(jī)功率的顯示,均集中在臺(tái)架上。
三、
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
1、了解離心泵的結(jié)構(gòu)和特性,熟悉離心泵的操作;
2、掌握離心泵主要參數(shù)的測(cè)定方法,測(cè)量一定轉(zhuǎn)速下的離心泵特性曲線;
3、了解并熟悉離心泵的工作原理。
4、掌握流體阻力及一定管徑和管壁粗糙度下摩擦系數(shù)λ的測(cè)定方法。
5、掌握測(cè)定局部阻力系數(shù)ζ的方法。
6、掌握摩擦系數(shù)λ與雷諾數(shù)Re之間的關(guān)系及工程意義
四、
實(shí)驗(yàn)原理及要求
1、離心泵的特性曲線
離心泵是化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的一種流體輸送設(shè)備。它的主要特性參數(shù)包括:流量Q,揚(yáng)程He,功率N,和效率η。這些特性參數(shù)之間是相互聯(lián)系的,在一定轉(zhuǎn)速下,He、N、η都隨著輸液量Q變化而變化;離心泵的壓頭He、軸功率N、效率η與流量Q之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,若以曲線H~Q、N~Q、η~Q表示,則稱為離心泵的特性曲線,可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。特性曲線是確定泵的適宜操作條件和選用離心泵的重要依據(jù)。
離心泵在出廠前均由制造廠提供該泵的特性曲線,供用戶選用。泵的生產(chǎn)部門所提供的離心泵的特性曲線一般都是在一定轉(zhuǎn)速和常壓下,以常溫的清水為介質(zhì)測(cè)定。在實(shí)際生產(chǎn)中,所輸送的液體多種多樣,其無論性質(zhì)(如密度、粘度等)各異,泵的性能亦將發(fā)生變化,廠家提供的特性曲線將不再適用,如泵的軸功率隨液體密度變化而改變,隨粘度變化,泵的壓頭、效率軸功率等均發(fā)生變化。此外,改變泵的轉(zhuǎn)速或葉輪直徑,泵的性能也會(huì)發(fā)生變化。因此,用戶在使用時(shí)要根據(jù)介質(zhì)的不同,重新校正其特性曲線后選用。
2、
曲線的測(cè)定
(1)流量Q的測(cè)定
轉(zhuǎn)速一定,用泵出口閥調(diào)節(jié)流量,管路中流過的液體量通過渦輪流量計(jì)或用壓差式流量計(jì)讀出的壓差值來確定流量;
(2)揚(yáng)程(壓頭)He的測(cè)定
3、流體阻力
流體阻力產(chǎn)生的根源是流體具有粘性,流動(dòng)時(shí)存在內(nèi)摩擦。而壁的形狀則促使流動(dòng)的流體內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),為流動(dòng)阻力的產(chǎn)生提供了條件,流動(dòng)阻力的大小與流體本身的物理性質(zhì)、流動(dòng)狀況及壁面的形狀等因素有關(guān)。流動(dòng)阻力可分為直管阻力和局部阻力。
流體在流動(dòng)過程中要消耗能量以克服流動(dòng)阻力。因此,流動(dòng)阻力的測(cè)定頗為重要。測(cè)定流體阻力的基本原理如圖2-1所示,水從貯槽由離心泵輸入管道,經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后回到水槽,循環(huán)利用。改變流量并測(cè)定直管與管件的相應(yīng)壓差,即可測(cè)得流體流動(dòng)阻力。
4、離心泵的工作點(diǎn)與調(diào)節(jié)
(1)管路特性曲線與泵的工作點(diǎn):
當(dāng)離心泵安裝在特定的管路系統(tǒng)中時(shí),實(shí)際的工作壓頭和流量不僅與離心泵本身的性能有關(guān),還與管路特性有關(guān),即在輸送液體的過程中,泵和管路是相互制約的,對(duì)一特定的管路系統(tǒng),可得出:He=K+BQ
2
其中:操作條件一定時(shí),K為常數(shù)。由上式看出,在固定管路中輸送流體時(shí),管路所輸送的流體的壓頭He隨被輸送流體的流量Q的平方而變(湍流狀態(tài)),該關(guān)系標(biāo)在相應(yīng)坐標(biāo)紙上,即為管路特性曲線,該線的形狀取決于系數(shù)K、B,即取決于操作條件和管路的幾何條件,與泵的性能無關(guān)。
將離心泵的特性曲線H~Q與其所在管路的特性曲線繪于同一坐標(biāo)圖上,兩線交點(diǎn)M稱為泵在該管路上的工作點(diǎn),該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流量和壓頭既能滿足管路系統(tǒng)的要求,又為離心泵所能提供。
(2)離心泵的流量調(diào)節(jié):
離心泵在指定的管路上工作時(shí),當(dāng)生產(chǎn)任務(wù)發(fā)生變化,或已選好的泵在特定管路中運(yùn)轉(zhuǎn)所提供的流量不符合要求的,都需要對(duì)離心泵進(jìn)行流量調(diào)節(jié),實(shí)質(zhì)上是改變泵的工作點(diǎn),因此,改變兩種特性曲線之一均可達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。調(diào)節(jié)流量最直接的方法是:改變離心泵出口管路上調(diào)節(jié)閥門的開度,閥門開大,管路局部阻力減小,管路特性曲線變得平坦,工作點(diǎn)流量加大,揚(yáng)程減小,反之亦然;調(diào)節(jié)流量的另一方法時(shí):改變泵的轉(zhuǎn)速以改變泵的特性曲線,以達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。
五、
實(shí)驗(yàn)流程圖
六、
實(shí)驗(yàn)操作步驟與注意事項(xiàng)
1、檢查水槽內(nèi)的水是否保持在一定的液位,水不能太少,必要時(shí)應(yīng)向水槽加水;
2、泵啟動(dòng)前,泵殼內(nèi)應(yīng)注滿被輸送的液體(本實(shí)驗(yàn)為水);并且泵的出口閥需關(guān)閉,避免泵剛啟動(dòng)時(shí)的空載運(yùn)轉(zhuǎn)。若出現(xiàn)泵無法輸送液體,則說明泵未灌滿或者其內(nèi)有空氣,氣體排盡后必然可以輸送液體。
3、泵啟動(dòng)后,待泵的出口有一定的壓力后再開啟泵出口閥但幅度不要太大同時(shí)稍開泵入口壓差計(jì)的連通閥;記錄下泵在一定轉(zhuǎn)速下的進(jìn)出口壓力、流量等于原始記錄表格中。(注意若開始就將流量開得很大則可能會(huì)使文丘里管壓差計(jì)變成流體的另一通道而不能測(cè)壓。)
4、關(guān)泵時(shí),應(yīng)注意泵的出口閥門必須關(guān)閉,再停泵;
5、須定期清洗水箱,以免污圬過多。
七、
實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理與要求:
1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)所測(cè)各項(xiàng),設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)記錄表格。
2、驗(yàn)證層流時(shí)λ~Re的關(guān)系。
3、湍流時(shí)流量由。ù螅┑酱螅ㄐ。y(cè)8~10組數(shù)據(jù),計(jì)算λ、ζ、Re值。
4、在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪出λ~Re曲線,并與書上λ~Re比較是否相符?
5、局部阻力原始記錄表格與下表一致。
6、繪制離心泵的特性曲線H~Q
原始記錄表格
溫度: 液體粘度: 液體密度: 管子內(nèi)徑:
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