力學的家庭實驗裝置

⑹ 流體力學實驗指導書 食品工程原理實驗--流體力學綜合實驗指導書

實驗一 離心泵特性測定實驗

一、實驗目的

1．熟悉離心泵的工作原理和操作方法；

2. 掌握離心泵特性曲線的測定和表示方法，加深對離心泵的了解。

二、基本原理

離心泵的特性曲線是選擇和使用離心泵的重要依據之一，其特性曲線是在恆定轉速下泵的揚程H 、軸功率N 及效率η與泵的流量Q 之間的關系曲線，它是流體在泵內流動規律的宏觀表現形式。由於泵

內部流動情況復雜，不能用理論方法推導出泵的特性關系曲線，只能依靠實驗測定。

三、實驗步驟及注意事項

1．實驗步驟：

（1）灌泵：清理水箱中的雜質，然後加裝實驗用水。通過灌泵漏數悄源斗給離心泵灌水，直到排出泵內氣體。

（2）開泵：檢查各閥門開度和儀表自檢情況，試開狀態下檢查電機和離心泵是否正常運轉。開啟離心泵之前先將出口流量調節閘閥V2關閉（如果調節閥全開，可能會導致泵啟動功率過大，從而可能引發燒泵），當泵達到額定轉速後方可逐步打開此出口閥。

（3）實驗時，通過調節閘閥V2以增大流量，待各儀表讀數顯示穩定後，讀取10組相應數據。離心泵特性實驗主要獲取實驗數據為：流量Q 、泵進口壓力p 1、泵出口壓力p 2、電機功率N 電、泵轉速n ，。 及流體溫度t 和兩測壓點間高度差H 0（H 0＝0.1m ）

（4）關閉泵的出口閥，再關閉泵開關及儀表電源，最後關閉電源開關，停機；同時記錄下設備的相關數據（如離心泵型號，額定流量、額定轉速、揚程和功率等）。

2．注意事項：

（1）一般每次實驗前，均需對泵進行灌泵操作，以防止離心泵氣縛。同時注意定期對泵進行保養，防止葉輪被固體顆粒損壞。

（2）泵運轉過程中，勿觸碰泵主軸部分，因其高速轉動，可能會纏繞並傷害身體接觸部位。 （3）不要在出口閥關閉狀態下長時間使泵運轉，一般不超過三分鍾，否則泵中液體循環溫度升高，易生氣泡，使泵抽空。

四、原始數據記錄

離心泵型號＝ 額定流量＝ 額定揚程＝ 額定功率＝ 泵進出口測壓點高度差H 0= 流體溫度t ＝

實驗次數

2．分別繪制一定轉速下的H ～Q 、N ～Q 、η～Q 曲線。 3．分析實驗結果，判斷泵最為適宜的工作范圍。

流量Q m 3/h

泵入口真空度p 1 kPa

泵出口表壓強p 2 kPa

電機功率N 電

kW

泵轉速r/m

五、數據處理結果 轉速n=______r/min

序號

流量Q(m3/h)

揚程H(m)

軸功率N(kW)

泵效率η(%)

六、 計算舉例（並繪出圖形）

[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、思考題

1．試從所測實驗數據分析，離心泵在啟動時為什麼要關閉出口閥門？

2．啟動離心泵之前為什麼要引水灌泵？如果灌泵後依然啟動不起來，你認為可能的原因是什麼？ 3．為什麼流量越大，入口真空表讀數愈大而出口壓力表讀數愈小？

實驗二 流體流動阻力測定實驗

一、實驗目的

1．掌握流體流動阻力的測定方法。

2．測定流體流過直管時的摩擦阻力，並確定摩擦系數λ與雷諾准數Re 的關系，驗證在一般湍流區內λ與Re 的關系曲線。

3．測定流體流經管件、閥門時的局部阻力系數ξ。 4．學會倒U 形壓差計的使用薯態方法。

二、基本原理

流體通過由直管、管件（如三通和彎頭等）和閥門等組成的管路系統時，由於粘性剪應力和渦流應力的存在，不可避免地要消耗一定的機械能。這種機械能消耗包括直管阻力和局部阻力。流體流經直管時所造成機械能損失稱為直管阻力損失。流體通過管件、閥門時因流體運動方向和速度大小改變所引起的機械能損失稱為局部阻力損失。 在工程設計中，流體流動阻運鏈力的測定或計算，對於確定流體輸送所需推動力的大小，例如泵的功率、液位等，選擇適當的輸送條件都有不可或缺的作用。

三、實驗步驟

1．泵啟動：首先對水箱進行灌水，然後關閉出口閥V2，打開總電源和儀表開關，啟動水泵，待

電機轉動平穩後，把出口閥V2緩緩開到最大。

2. 實驗管路選擇：選擇實驗管路，把對應的進口閥f1、f2、f3打開（f1是粗糙管管路的閥門，f2

是光滑管管路的閥門，f3是局部阻力管路的閥門），在出口閥最大開度下，保持全流量流動5－10min 。

3．排氣：打開，進行排氣操作至管內無氣泡存在。

3．流量調節：調節出口流量調節閘閥V2, 然後開啟相應管路的選擇閥f1、f2、f3，調節流量，讓

流量從1到4m 3/h范圍內變化，建議每次實驗變化0.5m 3/h左右。每次改變流量，待流動達到穩定後，記下對應流量下的的壓差值。

4．計算：裝置確定時，根據ΔP 和u 的實驗測定值，可計算λ和ξ，在等溫條件下，雷諾數

Re=ρ/μ=Au，其中A 為常數，因此只要調節管路流量，即可得到一系列λ～Re 的實驗點，從而繪出λ～Re 曲線。

5．實驗結束：關閉出口閥，關閉水泵和儀表電源，清理裝置。

四、原始數據記錄

表1

管內徑（mm ）

名稱 局部阻力 光滑管 粗糙管

材質

管路號

閘閥 不銹鋼管 鍍鋅鐵管

管內徑

（cm ） 測量段長度

95 100 100

表2直管阻力

實水溫t=_____℃，ρ= _____kg/m3，μ=______Pa ·s ， 光滑管、粗糙管測壓點間距L=_____m ，管內徑d=_____mm

序 號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

流量V h (m3/h)

光滑管壓降(mm液柱) 左

右

凈值

流量V (m3/h)

粗糙管壓降(mm液柱) 左

右

凈值

表3 局部阻力

序號

流量V h (m3/h)

截止閥壓降(mmHg)

左

右

凈值

五、 數據整理表

1． 直管阻力

序號

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、 計算舉例（並繪出圖形）

0.1

λ

0.01

1000

10000

Re

100000

1000000

七、思考題

1. 如何檢驗測試系統內的空氣已被排除干凈？U 型管壓差計的零位應如何校正？

2. 在λ-Re 曲線中，本實驗所測Re 在一定范圍內變化，如何增大或減小Re 的變化范圍？ 3. 根據光滑管實驗結果，對照柏拉修斯方程λ=

0.3164

，計算其誤差。 0.25

Re

⑺ 利用家中的小物品設計有關力學，聲小實驗2個

力學:
1.自行車，踏板做成凹凸不平，增大摩擦力
2.坐車時,如果突然剎車,身體迴向前傾(力學中的牛頓第一定律)
3.打籃球時,籃球投在地上後彈起來(牛頓第三定律)
4.拿起杯子靜止在空中,然後鬆手,杯子會下落.(引力定律)5.坐在沙發上,沙發會變形.
光學
1.照鏡子時,鏡子里有自己的像.
2.坐在窗邊,會感覺有光直射進來.(光的直線傳播)
3.在圓形魚缸里養的魚，看起來比真實的魚要大.(凸透鏡)
4.媽媽看報紙時,要帶老花鏡.(凸透鏡原理)
5.有人敲門時,可以從門上的貓眼看到對方的幾乎全身像.(凹透鏡原理)
熱學
1.夏天,從冰箱李拿出雪糕,手放在上面,會粘到.
2.把熱水到在冷杯子里,杯子一會變燙.
3.水燒開時,會在空中形成水蒸氣.
4.冬天在外面,哈氣後有白霧.
5.冬天，常用水和酒精的混合物作為汽車的冷卻系統中的冷卻液(混合後比熱容變大)
6.早上起床時,會看見陽台上的花上有露珠.
7.把電暖氣開開後,屋子會變暖.
8.吸煙,煙霧膨脹受熱往上飄.
9.體溫計量體溫.
10.炒菜時,食物變熱.