南京工业大学化工原理实验报告 - 1 -
实验一 流体流动阻力测定实验
实验日期： 2011.4.8 一、 实验目的
1. 测定流体在圆直等径管内流动时的摩擦系数λ与雷诺数Re的关系，将测得的λ~Re
曲线与与由经验公式描出的曲线比较；
2. 测定流体在不同流量流经全开闸阀时的局部阻力系数ξ；
二、 基本原理
1. 直管沿程阻力
引起流体机械能损失的原因是静止壁面与粘性流体共同作用产生流体点速度差异。当某流体以一定的流量Vi流经内径为d的圆直等径管时，管长为l的管段的流体机械能损失主要体现在该管段两端截面处修正压强的差异上。阻力损失可由直管的上、下游截面列机械能守恒方程求得：
pm1? +
u122 =
pm2? +
u2222 +
?hf1?2 （2-1）
其中：
?hf1?2= ?lu2d2 ＝
8?lVi?d25 （2-2）
Rei?du???4?Vi?d? （2-3）
pm1?pm2?(?i??)gRi (2-4)
??i??d(?i??)gRi8l?Vi225在一定实验????条件下f（Vi,Ri,?) （2-5）
因此，对给定的实验装置，只要测定一系列流量Vi下的Ri及温度数据，即可计算出相应的雷诺准数Rei和摩擦系数?i。
2. 局部阻力
当流体流经某一定开启度的闸阀时,由于流道截面变化,使流体的流线发生改变,形成边界层分离及旋涡,产生局部阻力，该局部阻力同样体现在流体流经闸阀前后修正压强差异上。局部阻力的计算方法有当量长度和局部阻力系数法，其公式如下：
hf??leu2d2??u22 （2-6）
南京工业大学化工原理实验报告 - 2 -
hf? ?i?pm1?pm2??(?i??)gRi?24 （2-7）
2(?i??)gRi?u2??d(?i??)gRi8?Vi2 （2-8）
三、 实验装置与流程
来自高位水槽的水从进水阀1首先流经光滑管11上游的均压环，均压环分别与光滑管的倒U形压差计和1151压差传感器15的一端相连，光滑管11下游的均压环也分别与倒U形压差计和1151压差传感器的另一端相连。
当球阀3关闭且球阀2开启时，光滑管的水进入粗糙管12，粗糙管上下游的均压环分别同时与粗糙管的倒U形压差计和1151压差传感器的两端相连。当球阀5关闭时，从粗糙管下来的水流经铂电阻温度传感器18，然后经流量调节阀6及流量计16后，排入地沟。
当球阀2关闭且球阀3打开时，从光滑管来的水就流入装有闸阀4的不锈钢管13，闸阀两端的均压环分别与一倒U形压差计的两端相连，最后水流经流量计，再排入地沟。
画图
四、 实验步骤与注意事项
（1）排管路中的气泡。
打开阀1、2、3、6， 排除管路中的气泡，直至流量计中的水不含气泡为至，然后关闭阀6。
（2）1151压差传感器排气及调零。
排除两个1151压差传感器内气泡时，只要打开压差传感器下面的考克7、8、9、10，当软管内水无气泡时，排气结束，此过程可反复多次，直至无气泡为至。
压差传感器排气结束后，用螺丝刀调节压差传感器背后Z旋扭，使相应的仪表数字显示在0左右，压差传感器即可进入实验状态。
（3）U形压差计内及它们连接管内的气泡的排除。
关闭倒U形压差计上方的放空阀，打开U形压差计下方的排水考克，再打开U形压差计下方与软管相连的左右阀，关闭左右阀中间的平衡阀，直到玻璃管中水不出现气泡，然后关闭U形压差计下方与软管相连的左右阀，打开上方的放空阀和下方的排水考克，令玻璃管内水位下降到适当高度，再打开左右阀中间的平衡阀，倒U形压差计两玻璃管内的水位会相平，否则重复上过排汽过程，直至两玻璃管内的水位相平。
测定光滑管直管阻力、粗糙管直管阻力、局部阻力的三个倒U形压差计的排气方法相同，再此不再一一介绍。特别注意的是，实验过程不能碰撞玻璃管，以免断裂。
（4）直管阻力的测定。
打开阀2，关闭阀3，调节阀6，流量从2m3 /h开始，分别记录相应的光滑管及粗糙管的倒U形压差计两玻璃管内的指示剂高度差，流量每次增加1 m3/h, 直至最大流量。在测量过程应密切注意转子流量计中的流量变化，因为四套实验装置的水流量会相互干扰。 （5） 局部阻力的测定。
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关闭阀2，排开阀3，调即阀6，取三个不同的流量，如2、3、4m/h,记录相应指示剂高度差。水温可在最后测，测一次即可。
五、 数据记录及数据处理
实验装置 号，测压段管长L＝ m，流体温度 ℃ 光滑管管内径： m，粗糙管管内径： m，局部阻力管内径： m 实验 序号 流量 ( m3/h ) 光滑管压差 ( mm H2O ) 粗糙管压差 ( mm H2O ) 闸阀（全开）阻力 ( mm H2O ) 1． 粗糙管和光滑管的直管阻力 计算结果列表
计算举例：装置1：水温20℃，密度998.2kg/m，粘度100.42×10Pas 以表2第一组数据为例。
hf?u??P0.01?10132510.33?998.24?23.14?(0.0416)?360023-5
?2???0.0983J/kg
24V?0.41m/s2(0.41)2?d??hfRe?d2lu?0.0983?0.04161.5??0.324
4du???0.0416?0.41?998.2100.42?10?5?1.695?10
2．局部阻力
计算结果列表
计算举例：以第一组数据为例
hf?u??P?2?0.374?10132510.33?998.24?4.42?3.675J/kg
4V?d?3.14?(0.027)?3600?2.136m/s??2hfu2?2?3.6752.1362?1.611
南京工业大学化工原理实验报告 - 4 -
实验二 离心泵性能特性曲线测定实验
实验日期： 一、 实验目的
测定恒定转速下某离心泵的流量(V)与扬程(He)、轴功率(Na)、及效率(η)之间的曲线关系。
二、 基本原理
流体经过离心泵后流体的机械能会增值。离心泵的特性曲线实质上是流体流经离心泵时机械能按一定规律变化的宏观表现形式，其内容是表达在一定转速n下离心泵的流量V与其扬程He、轴功率Na和效率?之间的定量关系，这些函数关系目前还无法分别用数学模型进行表达，只能通过实验测定的方法才能得到。
2.1离心泵流量V的测量
实验时,采用涡轮流量计测量流体在管道内的流量,用智能流量积算仪直接显示出流体流量V的数值, 其单位为m3/h.
2.2 离心泵扬程He的测定与计算
扬程是由离心泵的进口1截面至离心泵的出口2截面每牛顿流体机械能的增值，即
p1?Z1?u12?g2g?He?p2?g?Z2?u222g (2-1)
当离心泵的进、出管管径相同，且压力表和真空表的安装高度差可忽略不计时，由式（2-1）可导出离心泵扬程的计算公式： He?p2?p1?p2表?p1真?g?g (2-2)
由式（2-2）可知，只要分别测出压力表和真空表的数值p2表和p1真，就可计算出泵的扬程He（m）。
2.3 离心泵轴功率Na的计算
本实验主要采用马达天平测量泵轴转矩M的方法来计算泵的轴功率，计算公式如下： Na?M?2?n60?9.81PL?2?n60 (2-3)
由式(2-3)可知，只要测出测功臂上所加砝码重量P（kg）、测功臂长L(m)及相应的泵的转速n（r.p.m）, 就可计算出泵的轴功率Na(W)。 2.4离心泵效率的计算
南京工业大学化工原理实验报告 - 5 -
效率?数值大小是流体经过离心泵时的水力效率?v、容积效率?h和机械效率?M三者共同作用的结果。泵的效率计算公式如下： ???v??h??M?NeNa??gVHeNa （2-4）
2.5 离心泵的比例定律
对同一台离心泵，在转速n与n’时的特性曲线的等效点间存在下列关系：
Vi??Vin?ni
?n Hei??Hei()2
ni (2-5)
??Nai(Nain?n)
3比例定律式（2-5）适用的条件是泵的转速变化只能在?20%内，且转速变化前后泵的效率相等，即?i???i。
三、 实验装置与流程
1进入离心泵的叶轮，获得机械能后离开泵壳，经出口阀 离心泵正常工作时，水由底阀○8、旁路○9或出口阀○8、电动调节阀○2流入出水管，途经涡轮流量计○1，水最后流入循环水○箱。
画图
四、 实验步骤与注意事项
1. 灌泵. 首先给离心泵灌泵。轻轻打开真空表旁的自来水水阀，注意，千万不能开大，否则会损坏真空表。当泵壳上的塑料放空管有水溢出时，说明泵壳内充满了水，可关闭自来水水阀。
2. 开启电源. 依次打开总电源开关、仪表电源开关，把水泵电源放在“直接”位置，此时水泵停止，按钮“红灯”亮。“转速测量仪”显示值、“温度压力巡检仪”显示值及“智能流量积算仪”显示值都为零。
3. 启动离心泵. 按水泵启动按钮绿键，打开电动调节阀电源，按“流量自动调节仪”的向上键∧至100，表示电动调节阀处于最大流量，待“智能流量积算仪”、“温度压力巡检仪”、“转速测量仪”显示值稳定后，记录下转速n、水温t、压力表读数P2表、真空表读数P1真、流量读数V；同时在马达天平上添加砝码使测功臂尖头与固定准星对齐，记录下砝码的总千克数P。然后按向下键∨，依次降低电动调节阀的流量，分别记录下相应的有关实验数据。实验测定结束后，按水泵停止按钮红键，关闭电动调节阀电源、水泵电源、仪表电源，总电源仍处于开启状态。
4. 启动计算机，进入化工原理实验软件库，处理实验数据，如三条性能曲线规律性不好，
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