化工过程中的原料及产品大多数是流体,过程的设计经常需要应用流体流动的基本原理,所以,流体流动问题显得非常重要,表现如下:流体在输送过程中一般需要输送设备,必须计算流体在流动过程中应加入的外加功,为选择输送设备提供依据;合理选择和安装测量仪表对管路或者设备内的压力、流速、流量等参数进行测定来控制生产过程;化工过程中的传热、传质都是在流体流动的情况下进行,与设备的操作效率和流体的流动状况密切相关,对确定和选择合适的设备具有重要意义。因此,通过流体力学虚拟仿真软件(见图2-3),便于学生深入学习流体输送设备的基本结构、工作原理及特性,以便能根据输送任务正确地选择输送设备的类型和规格,决定输送机械在管路中的安装位置,计算消耗功率,使输送设备在高效率下可靠运转。再根据虚拟仿真实验的结果,在现场进行验证(见图2-4),使学生更好地掌握流体力学方面的知识。
(1) 功能:流体力学仿真实验系统可开展雷诺实验、伯努利方程实验、毕托管测速实验、流体静力学实验、水泵特性曲线的测定、文丘里管的测定、动量方程实验、沿程水头损失实验、局部水头损失实验和孔口与管嘴实验,利用动态数学模型实时模拟真实实验现象和过程,通过3D仿真实验装置交互式操作,产生和真实实验一致的实验现象和结果。每位学生都能亲自动手做实验,观察实验现象,记录实验数据,验证公式,掌握原理定理。
(2) 效果:通过流体力学仿真实验和现场验证试验相结合的方式,促进学生掌握流体静力学方程和伯努利方程、直管摩擦阻力系数与雷诺数和相对粗糙度之间的关系及其它变化规律;了解离心泵的工作原理和安装高度确定的依据,掌握离心泵特性曲线和管路特性曲线的测定方法、直管摩擦阻力局部阻力的测量方法,了解几种常用流量计的构造、工作原理和主要特点以及节流式流量计流量系数随雷诺数的变化规律,对学生根据指定生产任务设计管路、选择管型及离心泵型号有很大的启发作用。
伯努利(能量)方程实验.
基本信息: 能量方程实验是流体力学中基本实验,通过该实验提高学生对动水力学等诸多水力学现象的实验分析能力。通过定量测试实验,进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性,验证流体恒定总流的伯努利方程,掌握绘制测压管水头线和总水头线的方法。通过设计性试验,训练理论分析与研究相结合的科研能力。
动量方程实验
测量内容: 1. 准备:检查自循环系统供电电源、供水箱水位,熟悉实验装置各部分名称、结构特征、作用性能,记录有关常数。 2. 开启水泵:打开调速器开关,水泵启动2~3分钟后,短暂关闭2~3秒钟,利用回水排除离心式水泵内滞留的空气。 3. 调整测压管位置:待恒压水箱满顶溢流后,松开测压管固定螺丝,调整方位,要求测压管垂直、螺丝对准十字中心,使活塞转动松快。然后旋转螺丝固定好。 4. 测读水位:标尺的零点已固定在活塞圆心的高度上。当测压管内液面稳定后,记下测压管内液面的标尺读数,即值。 5. 测量流量:利用体积时间法,在上回水管的出口处测量射流的流量,测量时间要求15-20秒以上。可用塑料桶等容器,通过活动漏斗接水,再用量筒测量水体积。(亦可重量 法测量)。 6. 改变水头重复实验:逐次打开不同高度上的溢水孔盖,改变管嘴的作用水头。调节调速器,使溢流量适中,待水头稳定后,按3-5步骤重复进行实验。
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