浙江海洋学院东海科学技术学院实验报告
班级： 12储运1班
姓名： XX
学号： 121317117
实验课程： 流体力学
实验名称： 离心泵仿真实验
授课教师： 沈雅钧
一、实验名称：离心泵仿真实验
二、实验目的：
（1）学习管路阻力损失、管路摩擦系数、管件局部阻力系数的测定方法，并通过实验了解他们的变化规律。巩固对流体阻力基本理论的认识。
（2）了解离心泵的特性。
（3）学习离心泵特性曲线的测定方法。
（4）熟悉离心泵操作方法和特性曲线的应用。
三、实验任务：
（1） 测定流体流经直管时的摩擦系数与雷诺数的关系。
（2） 测定流体流动滞留状态时，直管摩擦系数与雷诺数的关系。
（3） 测定90度标准弯头的局部阻力系数。
（4） 测定离心泵在恒定转速下的特征曲线。
（5） 测定离心泵的气蚀性能曲线。
四、实验原理：
一、管道阻力的测定
1） 摩擦系数测定法
直管的摩擦系数是雷诺数和管的相对粗糙度的函数，因此，相对粗糙度一定，摩擦系数与雷诺数有一定关系。根据流体力学基本理论，摩擦系数与阻力损失之间存在如式（1）的关系。
其中：下标为f的h为阻力损失，J/Kg;
L为管段长度，m；
d为管径，m；
u为流速，m/s；
根据能量衡算方程，在一条等径的水平管上选取两个截面，测定摩擦系数与雷诺数之间的关系，则这两截面间管段的阻力损失可简化为式（2）两截面间管段的压力差即式（2）的分子，可用直管压差表测出，故可以算出下标为f的h（阻力损失），即可以结合式（1）算出摩擦系数用流量计测定流体通过已知管段的流量，在已知d的情况下，流速可以通过式（3）计算得出，由流体的温度可查得流体的密度，粘度，因此，对于每一组测得的数据可以分别计算出对应的摩擦系数和雷诺数。
—————————公式（1）
2） 局部阻力系数测定
根据局部阻力系数的定义及结合式（2）可得到式（4）只要测出流体经过管件时的阻力损失以及流体通过管路的流速u，即可算出局部阻力系数。阻力损失中的压差可由弯管压差表读出。
—————————公式（2）
——————————公式（3）
———————公式（4）
二、离心泵性能的测定
在离心泵进出口管装设真空表和压力表，在相应的两截面列出机械能衡算方程式（见式（5））其中：下标为1的H为泵入口真空表读数；
下标为2的H为泵出口压力表读数；
下标为0的h为两表测压孔之间的垂直距离，m；
下标为1的u为吸入管内水的流速，m/s；
下标为2的u为排出管内水的流速，m/s；
g重力加速度；
由式（5）计算出扬程,此即为离心泵给单位重量流体提供的能量， 而体积流量可由流量计测得，因此流体获得的有效功率可表示为式（6）。根据离心泵效率的定义及有效功率表达式可得到效率表达（7）。
（6）,（7）表达式中：
Q表示流量；H表示压头；N表示泵的输入功率。
测定方法如下：
Q由流量计测得；扬程由（6）计算； N由功率表读出。
——————公式（5）
—————————————公式（6）
———————————————公式（7）
五、实验前准备材料：
计量槽、离心泵、水槽、流量计、法兰、注水阀、泵进口阀、泵出口阀、真空表、压力表、直管压差表、弯管压差表、流量计显示屏、温度计显示屏、功率表
六、实验步骤：
一，确保模拟软件和素材文件夹在同一更目录中。打开软件shiyan.exe。正确安装离心泵、计量槽、左右法兰、流量计、注水阀、泵进出口阀、真空表、压力表、直管压差表、弯管压差表、流量计显示、温度计显示、功率表。（安装方法：双击设备名称，点击弹出的设备图，拖动至正确位置，完成进入仿真界面）
二，打开总电源开关
三，打开仪表电源开关
四，点击泵转速开关选择泵的转速（单击，总共有4档，任选一档，选定之后不能再变）
五，打开注水泵为泵注水
六，等待注水完成，泵中液面不再上升，关闭注水阀（注意，一定要关闭）。
七，打开泵电源开关
八，打开泵进口阀
九，打开泵出口阀（注意顺序）
十，逐渐开大出口阀直到全开为之，流量在零至最大之间合理取6组数据，然后反过来从最大流量逐步减小到零为之，同样读取数据。（方法，打开泵出口阀，再调节滑块中选择1%-100%之间的任意数字，点击OK，每选择一个数字，都要等到泵流通稳定，流量值、压力值数据都固定之后才可以进入下一步）
十一，当数据满12组时会有提示，此时先关闭泵出口阀再停泵。
十二，从菜单中选择"实验仿真->数据处理"进行数据处理和绘图。
十三，关闭泵电源、仪表电源、总电源。
十四，结束实验。完成实验报告。
七、实验结果：
1、数据计算与处理：
2、雷诺数-摩擦系数图象：
3、流量-扬程图象：
4、流量-功率图象：
5、流量-效率图象：
6、实验反应的现象是什么，通过实验可以发现离心泵具有怎样的特性？
（1）通过实验可以看出离心泵在特定的转速下有其独特的特性曲线，而且不受管路特性曲线的影响。
（2）在固定的转速下，离心泵的流量、压头和效率不随被输送的液体的性质（如密度）而改变，但泵的功率与液体密度成正比关系。
（3）离心泵的轴功率P在流量为零时为最小，随着流量的增大而上升，因而在启动离心泵时应关 闭泵的出口阀，以减少启动电流，保护点击，待运转正常后，再打开泵的出口阀并条机流量至规定值。同理在停泵时，也要先关闭出口阀，这样可以防止排除管中液体倒流，保护叶轮。
（4）离心泵的丫头一般随流量加大而下降。
（5）改变离心泵出口管路上阀门的开赌，便可以改变管路特性曲线。
（6）改变电机的频率，就是改变电机的转速，就改变了管路的特性曲线。
第二篇：离心泵性能实验
化工原理实验报告
院（部）： 化学工程学院
专 业： 化学工程与工艺 班 级： 化实0901
姓 名： 方胜凡 学 号： 200912001
同组人员： 移永军、刘东东、戴长庆
实验名称： 离心泵性能实验
实验日期： 2011.11.7
离心泵性能实验
摘要：我们在本次实验中测定泵的特性曲线和管路特性曲线，并且得到本次试验中的孔流系数。在泵的特性曲线中我们可以看到H--q曲线是下降的曲线，即随流量q的增大，扬程He逐渐减小；离心泵的轴功率随流量增加而逐渐增加，曲线有上升的特点；当流量为零时，轴功率最小，因此，为便于离心泵的启动和防止动力机超载，启动时，应将出水管路上的闸阀关闭，启动后，再将闸阀逐渐打开，即水泵的闭阀启动；效率曲线为从最高点向两侧下降的变化趋势。孔流系数C0在一定范围内是一定值，本次试验结果为0.83。泵的特性曲线与管路特性曲线交点称为该管路上的工作点，转速变小时，H—q曲线变陡，工作点往上移，流量变小；转速变大时，H—q曲线变得平坦，工作点下移，流量变大。
关键词: 离心泵 特性曲线 孔流系数
一、目的及任务
1．了解离心泵的构造，掌握其操作和调节方法。
2．测定离心泵在恒定转速下的特性曲线，并确定泵的最佳工作范围。
3．熟悉孔板流量计的构造、性能及安装方法。
4．测定孔板流量计的孔流系数。
5．测定管路特性曲线。
二、基本原理
1.离心泵特性曲线测定
离心泵的性能参数取决于泵的内部结构、叶轮形式及转速。其中理论压头与流量的关系，可通过对泵内液体质点运动的理论分析得到。由于流体流经泵时，不可避免地会遇到各种阻力，产生能量损失，诸如摩擦损失、环流损失等，因此，实际压头比理论压头笑，且难以通过计算求得，因此通常采用实验方法，直接测定其参数间的关系，并将测出的He-Q、N-Q和η-Q三条曲线称为离心泵的特性曲线。另外，曲线也可以求出泵的最佳操作范围，作为选泵的依据。
Figure 1离心泵的理论压头与实际压头
(1)泵的扬程He
He = H压力表 + H真空表 + H0
式中：H真空表——泵出口的压力，mH2O；，
H压力表——泵入口的压力，mH2O；
H0——两测压口间的垂直距离，H0= 0.85m 。
(2)泵的有效功率和效率
由于泵在运转过程中存在种种能量损失，使泵的实际压头和流量较理论值为低，而输入泵的功率又比理论值高，所以泵的总效率为
式中 Ne——泵的有效效率，kW；
q——流量，m3/s；
He——扬程，m；
Ρ——流体密度，kg/ m3
由泵输入离心泵的功率N轴为
N轴 = N电?η电?η传
式中：N电——电机的输入功率，kW
η电——电机效率，取0.9；
η传——传动装置的效率，取1.0；
2.孔板流量计空留系数的测定
Figure 2孔板流量计构造原理
在水平管路上装有一块孔板，其两侧接测压管，分别与压差传感器两端连接。孔板流量计是利用流体通过锐孔的节流作用，使流速增大，压强减小，造成孔板前后压强差，作为测量的依据。若管路直径d1，孔板锐孔直径d0，流体流经孔板后形成缩脉的直径为d2，流体密度ρ，孔板前测压导管截面处和缩脉截面处的速度和压强分别为u1、u2和p1、p2，根据伯努利方程，不考虑能量损失，可得：
或
由于缩脉的位置随流速的变化而变化，故缩脉处截面积S2难以知道，孔口的面积为已知，且测压口的位置在设备制成后也不改变，因此，可用孔板孔径处的u0代替u2，考虑到流体因局部阻力而造成的能量损失，用校正系数C后则有
对于不可压缩流体，根据连续性方程有
经过整理后，可得：
令
，则可简化为：
根据u0和S2，可算出体积流量Q为
或
式中：q——流体的体积流量，m3/s；
△p——孔板压差，Pa；
S0——孔口面积，m2；
ρ——流体的密度，kg/ m3；
C0——孔流系数。
孔流系数的大小由孔板的形状，测压口的位置，孔径与管径比和雷诺数共同决定。
三、装置和流程
Figure 3 离心泵性能实验装置
1- 水池 2-底阀3-离心泵 4-出口调节阀 5-孔板流量计 6-计量槽
7-放水阀 8-进水管 9-灌泵口 10—真空表 11—压力表 12—液位计
四、操作要点
本实验通过调节阀门改变流量，测得不同流量下离心泵的各项性能参数。流量可通过计量槽和秒表测量。
1. 检查电机和离心泵是否运转正常。打开电机电源开关，观察电机和离心泵的运转情况，如无异常，可切断电源，准备在实验中使用。
2. 在进行实验前，首先要灌泵（打开灌泵阀），排出泵内的气体（打开流量调节阀），灌泵完毕后，关闭调节阀及灌水阀后，即可启动离心泵，开始试验
3. 实验时，逐渐打开调节阀以增大流量，并用计量槽计量液体流量。当流量大时，应注意及时按动秒表和迅速移动活动接管，并多测几次数据
4. 为防止因水面波动而引起的误差，测量时液位计高度差值应不小于200mm。
5. 测取10组数据并验证其中几组数据，若基本吻合后，可以停泵，同时记录下设备的相关数据
6. 测定管路特性曲线时，固定阀门开度，改变频率，测取8-10组数据，并记录。
7. 实验完毕，停泵，记录相关数据，清理现场
五、数据处理
l 水温T=17.5℃，水密度ρ=998.2 kg/ m3，粘度μ=1.005mp·s
l 管道?48×3mm，孔板锐孔直径d0=24.2mm
1． 离心泵特性曲线数据处理与绘制
以第二组数据为例，处理如下：
流量
扬程
轴功率
效率
如此计算得出流量、扬程、轴功率、效率，再根据表一中的相关数据绘制离心泵特性曲线如下：
2. 孔板流量计的流量系数的描绘
以第二组数据为例，处理如下：
雷诺数
孔流系数
如此计算得出雷诺数、孔流系数，再根据表二中的数据绘制孔流系数与雷诺数的关系曲线如下：
3. 管路特性曲线数据处理与绘制
以转速1的第一组数据为例，处理如下：
根据图2可知：当流体雷诺数适当大时，孔流系数基本不变，大约为0.830。
流量
所需压头
如此计算得出不同转速下的流量和所需压头，再根据表三中的数据绘制出管路特性曲线如下：
六、实验结论及误差分析
1.离心泵特性曲线
分析图一可得出如下结论：
（1）He—q曲线是下降的曲线，即随流量q的增大，扬程He逐渐减小。
（2）离心泵的轴功率随流量增加而逐渐增加，曲线有上升的特点。当流量为零时，轴功率最小。因此，为便于离心泵的启动和防止动力机超载，启动时，应将出水管路上的闸阀关闭，启动后，再将闸阀逐渐打开，即水泵的闭阀启动。
（3）效率曲线为从最高点向两侧下降的变化趋势。即离心泵在一定转速下有一定的最高效率点，称为离心泵的设计点，对应的H，N，Q值称为最佳工况参数。
2.孔板流量计孔流系数的测定
分析图2可得出如下结论：
当雷诺数较小时，孔流系数随雷诺数的增大而减小；当雷诺数达到某一个临界值时，孔流系数Co基本是一定值，本实验测定结果为0.830。
3.管路特性曲线
分析图3可得出如下结论：
（1）泵的特性曲线与管路特性曲线交点称为该管路上的工作点；
（2）转速变小时，He—q曲线变陡，工作点往上移，流量变小；
（3）转速变大时，He—q曲线变平缓，工作点往下移，流量变大。
4.误差分析
由图2知，实验测得的C0值在雷诺数达到界定值后并不是一条严格的水平线，可能原因有：
（1）孔板流量计锐孔前后的压降不稳定，实验读取的只是诸多变数中的一个；
（2）没有在同一时间读取液位差和用时t；
（3）液位差不是由同一个人读取的，人为造成误差；
（4）数据处理过程中，数据取舍造成误差。
（速变大时坦，工作点下移，流量变大增大而减小，；值
七、思考题
1.根据离心泵的工作原理，分析为什么离心泵启动前要灌泵，在启动前为何要关闭调节阀？
答：在同一压头下，泵进、出口的压差却与流体的密度成正比，如果泵启动时，泵体内是空气，而被输送的是液体，则启动后泵产生的压头虽为定值，但因空气密度太小，造成的压差或泵吸入口的真空度很小而不能将液体吸入泵内，出现气缚现象，因此离心泵启动前要灌泵；关闭流量调节阀门，可以让液体充满泵，排净空气。
2.试分析气缚现象与气蚀现象的区别。
答：“气蚀 ”现象是离心泵设计不足或运行工况偏离设计产生的一种不正常状况。叶轮进口处的压力与输送介质的饱和蒸汽压相同时，液体介质就会发生气化，体积骤然膨胀，就会扰乱叶轮进口处液体的流动。气泡随液体进入叶轮被压缩，高压使气泡突然凝结消失，周围的液体会以极大的速度补充原来的气泡空间，从而产生很大的局部压力，这种压力不断的冲击叶轮表面，就会使叶轮很快损坏。“气蚀 ”发生时，泵体震动，响声加大，泵的流量、压力明显下降。解决方法是1、选择足够的气蚀余量。2、及时改变不正常的运行工况，如冷却介质，改变入口压力等。
“气缚”现象是指泵启动时泵体内存有气体，由于气体的密度比液体的小得多，叶轮转动时产生的离心力很小，叶轮中心形成的负压很小，不足以将液体引入叶轮中心，也就不能输送介质。解决方法是用灌泵等方法将气体赶出来。
3.根据什么条件选择离心泵？
答：主要根据流量、扬程、液体性质等选择离心泵，还要考虑泵的吸程是否足够。
4.从你所得的特性曲线中分析，如果要增加该泵的流量范围，你认为可采取哪些措施？
答：可以减少泵所需要传送的量程，还可以减小液体的粘度，改变液体，使用比重较小的液体。
5.试分析允许汽蚀余量与泵的安装高度的区别。
答：汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量。单位用米标注，用（NPSH）r。吸程即为必需汽蚀余量Δh，即泵允许吸液体的真空度，亦即泵允许的最大安装高度，单位用米。只有当安装高度不低于吸程时，泵才能正常工作。