主頁 > 技術文章 > 流（liú）體力學組合實驗（yàn）裝置使用說明書 2025-07-18

流體力學（xué）組合實驗裝（zhuāng）置使用說明書

一、流體（tǐ）力學組合（hé）實驗（yàn）裝置使用說明書-流體輸送操作單元簡介
液體（tǐ）和氣體統稱為流體。流體的特征是具有流動性，即其抗剪和抗張的能力很小，無固定形狀，隨容器的形狀而（ér）變化；在（zài）外力作用下其內部發生（shēng）相對運動。
化工生產中所處理的原料及產品（pǐn），大多為流體（tǐ）。按照生（shēng）產工藝的要求（qiú），製造（zào）產品時（shí）往往需要把他們依次輸送到各設備內，進行反應；產品又常需輸送到貯罐內貯存。如果欲達到上述所規定的（de）條件，把流體從一個設（shè）備輸送到另一個設備，首先，設備之間需（xū）用管（guǎn）道聯接，其次，需要輸送設備給流體以一定的速度。化工生產中（zhōng），由於各種因素的（de）製約，如場地、設備費用、工（gōng）藝要求等等；各設備之間流（liú）體流動需要消耗能量，流體以一定（dìng）速度在管內流動亦需要能量（liàng）。這樣（yàng），就必須有一能給流體提供（gòng）能（néng）量的輸送（sòng）設備。我們把為液體提（tí）供能量的輸（shū）送設（shè）備稱（chēng）為泵（bèng），為氣體提供能量的輸送設備稱為風機及壓（yā）縮機。泵種類很（hěn）多，按照工作原理的不同，分為離心泵、往複泵、旋轉泵、旋渦泵等幾種；風機及壓縮機有通風機、鼓風機、壓縮機、真空泵等。其作用均是：對流體做功，提高流體的壓強。本實驗介紹離心泵。
離心泵一（yī）般用電機帶動（dòng），在啟動前需向殼內罐（guàn）滿被輸送的液體，啟動電機後，泵軸帶動葉輪一起旋轉（zhuǎn），充（chōng）滿葉（yè）片之間的液（yè）體也隨著轉（zhuǎn）動，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（néng）量，使葉輪外緣的液體靜壓強提高，同時增加了液體的動能。液體離開葉輪進入泵殼後，由於泵（bèng）殼中流道逐漸加寬，液（yè）體的流速逐漸降低，一部分動能轉化為靜壓能，使泵出口處液體的壓強進（jìn）一步提高（gāo），於是液體以較高的壓強，從泵的排出口進入管路，輸送至所需的場所（suǒ）。
流體（tǐ）在流動過程中為克服（fú）流動阻力必（bì）定要消耗能量。流體流動（dòng）阻（zǔ）力產生根（gēn）本的原因是流體具有粘（zhān）性，流動時存在著內磨擦，管壁或其它形狀固體壁麵，促使流動（dòng）流體的內部發生相（xiàng）對運動，為流體流動阻力的產生提供了條件，因此液體阻力的大小與流體的物（wù）性、流動狀況及壁麵等因素有關。
通常將流（liú）體在管（guǎn）路中流動時的阻力分成直管阻力和（hé）局（jú）部阻力兩（liǎng）部分，直管阻力是流（liú）體流經一定（dìng）管徑的直管（guǎn）時，由於流體的內磨擦力（即（jí）粘性力（lì））產生的阻力（lì）。局部阻力（形體阻力）主要是（shì）由於流體經管（guǎn）路（lù）中管件、閥（fá）門（mén）及管截（jié）麵形狀和尺寸突然擴大縮小等局部地方引起流體邊界層分離造成的阻力。
化工生產中，流體流動（dòng）的（de）基本原理及其流動規律被廣泛應用，主要有以下幾個方麵的應用：
1）流（liú）體的輸送
2）壓強、流（liú）速和流量的測量
3）為強化流體的傳（chuán）熱、傳質（zhì）提供適宜的流動條件
一個（gè）完整的流體輸送係統（tǒng）所必（bì）須包括的主要（yào）設備及儀表（biǎo）有：
1）泵（或（huò）風機、壓縮機）：對流體作功，提高流體壓強：
2）進、出口閥門；控製流體流量；
3）壓力表；測量流體的壓強；
4）管道；流（liú）體（tǐ）流動的（de）通道。
二（èr）、設備性能與主要技術參數
1、本實驗裝置主（zhǔ）要是由離心泵、PVC水箱、壓力表、流量計、孔板、U型壓力計等組成。
2、離（lí）心泵采用20－110型小流（liú）量離心管道泵，流量（liàng）為

,揚程為15m，輸入功率為370W，必需汽蝕餘量（NPSH）r為2.3m。
3、流量的測量以流量計的讀數為準，孔板的安裝是為了加（jiā）深學生對孔板流（liú）量計的印象，同時也可以用它的結果與轉子流量計做比較。喉頸處的通徑為15mm，孔流係數CV為0.5。
4、壓差計均采用L為1000mm和800mm型（xíng）。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板焊製而成，實驗（yàn）液體（水）為全循環使（shǐ）用。節約實驗開支。
6、台架本裝置離心（xīn）泵出口流量的調節，離心泵出（chū）口流量的顯示，離心泵進、出口（kǒu）壓力的顯示、電機功率的顯示，均集中在台架上。
三、實驗目的
1、了解離（lí）心泵的結構和特性（xìng），熟悉離心（xīn）泵的（de）操作；
2、掌握離心泵主要參數的測定方（fāng）法，測量一定轉（zhuǎn）速下的離心泵特性曲線；
3、了解並熟悉離心（xīn）泵的（de）工（gōng）作原理。
4、掌握流體阻力及一（yī）定管徑和管壁粗糙度下摩擦係數λ的測定方法。
5、掌握測定局（jú）部阻力係數ζ的方法。
6、掌握摩擦係數λ與（yǔ）雷諾數Re之間的關係（xì）及工程意義
四、實驗原理及要求
1、離心泵的特性曲線
離心泵是化工生產中應用最（zuì）廣的一種流體輸送設備。它的主要特（tè）性（xìng）參數包括：流（liú）量Q，揚程He，功率N，和效率η。這些特性參數之間是相互聯係的，在一定（dìng）轉速下，He、N、η都（dōu）隨著輸液量Q變化而變化；離心泵的（de）壓頭He、軸功率N、效率η與流量Q之間的對應關係，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）驗測定。特（tè）性曲線是確定泵的適宜操作（zuò）條件和（hé）選用離心泵的重要依據。
離心泵在出廠前均由製造廠提供該泵的特性曲線，供用戶選用。泵的（de）生產部（bù）門所提供的離心泵的特性曲線一般都（dōu）是在一定（dìng）轉速和常壓下，以常溫的清水為介質測定。在實際生產中，所輸送的液體多種多樣，其無論性質（如密度、粘度等）各異，泵的性能亦將發生變化，廠家提供的特性曲線將不再（zài）適用，如泵的軸功率（lǜ）隨液體密度變化而改變，隨粘度變化，泵的壓頭、效（xiào）率軸功率等均發生變化（huà）。此外，改（gǎi）變泵的轉速或葉輪直徑，泵的性（xìng）能也會發生（shēng）變（biàn）化。因（yīn）此，用（yòng）戶在使用時要根（gēn）據介質的不同，重新校（xiào）正其（qí）特性曲線後選（xuǎn）用。
2、曲線的測定
（1）流量Q的測定
轉速一定，用泵（bèng）出口（kǒu）閥調節流量，管路中流過的液體量通過渦輪（lún）流（liú）量計或用壓差式流量計讀出的壓（yā）差值來確定（dìng）流量；
（2）揚程（壓頭）He的測定

3、流體阻力
流體阻力產生的根源是流體具有（yǒu）粘性，流動時（shí）存在內摩擦（cā）。而（ér）壁的形狀則促使流（liú）動的流體內部發生相對運動，為流動阻力的產生提供了條件（jiàn），流動阻力的大小（xiǎo）與流體本身的物理性質、流動狀況（kuàng）及壁麵的形狀等因素有關。流動阻力（lì）可分為（wéi）直管阻力（lì）和局部阻力。
流體（tǐ）在（zài）流動過程中（zhōng）要消耗能量以克服流動阻力（lì）。因此，流動阻力的測（cè）定頗為重要。測定流體阻力的（de）基本原理如圖2-1所示，水從貯槽由離心泵輸入管道，經流量計計量後回到水槽，循環利（lì）用。改變流量並測定直管與（yǔ）管（guǎn）件的相應壓差，即可測得流體流動阻力。

4、離心泵的工作點與（yǔ）調節
（1）管路特性曲線與泵的工（gōng）作點：
當離心泵安裝在特定的管路係統（tǒng）中時，實際的工（gōng）作壓頭和流量不（bú）僅與離心泵本身的性能有關，還與管路特性有關，即在輸送液體（tǐ）的過程（chéng）中，泵和管路是相互製約的，對（duì）一特定的（de）管路係統（tǒng），可得出：He=K+BQ²
其中：操作條件一定時，K為常數。由上（shàng）式看出，在（zài）固定管路中輸（shū）送流體（tǐ）時，管路所輸送的流體的壓頭He隨被輸送（sòng）流體的流量Q的平方而變（湍流狀態），該關係標在（zài）相應坐標紙上，即為管路特性（xìng）曲線，該線的（de）形狀取決於係數K、B，即取決於操作條件和（hé）管路的幾何（hé）條件，與泵的性能無關。
將（jiāng）離心泵的特性曲線H~Q與其所在管路的特（tè）性曲線繪於同一坐標圖（tú）上，兩線交點M稱為泵在該管路上（shàng）的工作點，該點所對應的流量和壓頭既能滿足管路係（xì）統的要求，又為離心泵所能提供。
（2）離（lí）心泵的流量調節（jiē）：
離心泵在指定的管路上工作時，當生產任務發生變化，或已選好的泵在特定管路中運轉所提供的流量不符合要求的，都需要對離心泵進行流量調節，實質上是改變（biàn）泵的工作點（diǎn），因此，改變兩（liǎng）種特性曲線之一均可達（dá）到調節流量（liàng）的目的（de）。調節流量最直接的方法是：改變離心泵出口管路上調節閥（fá）門的開度，閥（fá）門（mén）開大，管路局部阻力減（jiǎn）小，管路特性曲線變得平（píng）坦，工作點流量加大，揚程減小，反之亦然；調節（jiē）流量的（de）另一（yī）方法時：改變（biàn）泵的轉速以改變泵的特性曲線，以達到調節流量的（de）目的。
五、實（shí）驗流程圖

六、實驗操作步驟與注（zhù）意事（shì）項
1、檢查水槽內的水是否保持在一定的（de）液（yè）位，水不能太（tài）少，必要時應（yīng）向水槽加水；
2、泵啟動前，泵殼內應注滿被輸送的液體（本實驗為（wéi）水）；並且泵的出口閥需關閉，避（bì）免（miǎn）泵剛啟動時的空載運轉。若出現泵無法輸送液體，則說明泵未灌滿或者其內有空（kōng）氣（qì），氣體排盡後必然可（kě）以輸送液體。
3、泵（bèng）啟（qǐ）動後，待（dài）泵的出口有（yǒu）一定的壓力後再開啟泵出口閥但幅度不要太大同時稍開泵（bèng）入口壓差計的連通（tōng）閥；記錄下泵在一定轉（zhuǎn）速下的（de）進出（chū）口壓力、流（liú）量等於原始記錄（lù）表格中。（注（zhù）意（yì）若開始就（jiù）將流量開得很大則可能會使文丘裏管壓差計變成流體的另一通道而不能測壓。）
4、關泵時，應注意（yì）泵的出口閥門必須關閉，再停（tíng）泵；
5、須定期（qī）清洗水箱，以免汙圬過多。
七、實驗結（jié）果處理與要（yào）求：
1、根據實驗所測各項，設計原始數據記錄表格。
2、驗證層流時λ～Re的關係。
3、湍流（liú）時流量由小（xiǎo）（大）到大（小（xiǎo））測8~10組數據，計算λ、ζ、Re值。
4、在雙對數坐標紙上繪出λ～Re曲線，並與書上λ～Re比較（jiào）是否相符？
5、局部阻力原始記錄表格（gé）與下（xià）表一致。
6、繪製離心泵的特性（xìng）曲線H~Q
原始記錄表格
溫度：液體粘度：液體密度：管子內徑：

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