本發(fā)明涉及涉及化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的流體流動(dòng)阻力及流量測(cè)量自組裝實(shí)驗(yàn)裝置及其使用方法。
背景技術(shù)：
化工原理實(shí)驗(yàn)是化工和近化工相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，屬于工程實(shí)驗(yàn)范疇，具有顯著的工程特點(diǎn)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都相當(dāng)于化工生產(chǎn)中的一個(gè)單元操作，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)芙⑵鹨欢ǖ墓こ谈拍?，而流體流動(dòng)阻力和流量測(cè)量實(shí)驗(yàn)是該課程教學(xué)中重要的環(huán)節(jié)之一。但是以往的實(shí)驗(yàn)都是在固定的設(shè)備上進(jìn)行，所測(cè)試的內(nèi)容較少，學(xué)生又只注重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)試和數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)原理、實(shí)驗(yàn)各部件的選擇、實(shí)驗(yàn)裝置的安裝、調(diào)試等能力的培養(yǎng)有所欠缺。因此有必要設(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)裝置，讓實(shí)驗(yàn)者可以選擇不同管徑、不同管壁面粗糙度和不同材質(zhì)的直管、不同種類的閥門、不同形式的流量計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以豐富實(shí)驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容；通過對(duì)多種數(shù)據(jù)的比較，加深對(duì)理論知識(shí)的理解；同時(shí)又給學(xué)生提供了動(dòng)手安裝工程管路的機(jī)會(huì)，以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和工程觀念。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對(duì)以上不足之處，提供了一種流體流動(dòng)阻力及流量測(cè)量自組裝實(shí)驗(yàn)裝置及其使用方法，豐富教學(xué)內(nèi)容。
本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的方案是：一種流體流動(dòng)阻力及流量測(cè)量自組裝實(shí)驗(yàn)裝置，包括一水箱，所述水箱底端開有排水口、輸水口和進(jìn)水口，所述輸水口連通有一連接管路，所述連接管路的入口端至出口端依次設(shè)置有入口調(diào)節(jié)閥、離心泵、溫度傳感器和渦輪流量計(jì)，所述渦輪流量計(jì)的輸出端還連通有第一連接支管路、第二連接支管路、第三連接支管路和一旁路管路，第一、第二和第三連接支管路上分別設(shè)有一第一出口調(diào)節(jié)閥、第二出口調(diào)節(jié)閥和第三出口調(diào)節(jié)閥，旁路管路上設(shè)有第四出口調(diào)節(jié)閥；第一、第二和第三連接支管路的出口端相連通，并且均與局部直管阻力損失測(cè)試管路、直管阻力損失測(cè)試管路和流量計(jì)校正管路相連通，所述局部直管阻力損失測(cè)試管路的入口端至出口端依次設(shè)置有第一切換閥門、近端壓差測(cè)試閥、局部阻力測(cè)試閥和遠(yuǎn)端壓差測(cè)試閥；所述直管阻力損失測(cè)試管路的入口端至出口端依次設(shè)置有第二切換閥門、第一壓差測(cè)試閥和第二壓差測(cè)試閥；所述流量計(jì)校正管路的入口端至出口端依次設(shè)置有第三壓差測(cè)試閥、文丘里流量計(jì)和第四壓差測(cè)試閥；所述近端壓差測(cè)試閥和遠(yuǎn)端壓差測(cè)試閥、第一壓差測(cè)試閥和第二壓差測(cè)試閥、第三壓差測(cè)試閥和第四壓差測(cè)試閥各自分別與倒u型管壓差計(jì)的兩個(gè)測(cè)試端連接；所述倒u型管壓差計(jì)兩個(gè)測(cè)試端輸出的壓力值經(jīng)壓力變送器與主控制端連接；所述局部直管阻力損失測(cè)試管路、直管阻力損失測(cè)試管路和流量計(jì)校正管路的出口端經(jīng)一出水管路與水箱相連通；所述出水管路上設(shè)有第五出口調(diào)節(jié)閥。
進(jìn)一步的，所述第二連接支管路和第三連接支管路位于第二出口調(diào)節(jié)閥和第三出口調(diào)節(jié)閥的后端還分別設(shè)有一第二轉(zhuǎn)子流量計(jì)和第三轉(zhuǎn)子流量計(jì)。
進(jìn)一步的，所述水箱內(nèi)設(shè)有用于測(cè)量水量的計(jì)量?jī)x。
進(jìn)一步的，所述旁路管路的出口端與水箱的進(jìn)水口相連通。
進(jìn)一步的，所述水箱的排水口還連接有一排水管，所述排水管上設(shè)有一排水閥。
進(jìn)一步的，還包括一用于固定自組裝實(shí)驗(yàn)裝置中部件的固定框架，所述水箱、連接管路、第一連接支管路、第二連接支管路、第三連接支管路、旁路管路、局部直管阻力損失測(cè)試管路、直管阻力損失測(cè)試管路和流量計(jì)校正管路均設(shè)置于所述固定框架上。
進(jìn)一步的，所述主控制端包括一plc控制器和與所述plc控制器電連的lcd顯示屏，所述lcd顯示屏設(shè)置于所述固定框架上。
本發(fā)明還提供一種如上述所述的流體流動(dòng)阻力及流量測(cè)量自組裝實(shí)驗(yàn)裝置的使用方法，首先在水箱中注入水，關(guān)閉第一、第二、第三、第四出口調(diào)節(jié)閥，打開第一切換閥門、第二切換閥門、第三切換閥門、第五出口調(diào)節(jié)閥，接通電源，啟動(dòng)離心泵，待離心泵轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后，將第一、第二、第三、第四出口調(diào)節(jié)閥開至最大，對(duì)管路進(jìn)行排氣；然后關(guān)閉第一切換閥門、第二切換閥門、第三切換閥門，并且關(guān)閉第一、第二、第三、第四出口調(diào)節(jié)閥，倒u型管壓差計(jì)調(diào)零，開始進(jìn)行局部直管阻力損失測(cè)試、直管阻力損失測(cè)試和流量計(jì)校正實(shí)驗(yàn)；
所述局部直管阻力損失測(cè)試具體如下：
打開第一切換閥門、全開局部阻力測(cè)試閥，打開第四出口調(diào)節(jié)閥使水箱中輸出的部分水分流，將第二出口調(diào)節(jié)閥緩緩開至1000l/h，記錄局部直管阻力損失測(cè)試管路中流量、溫度、近端壓差和遠(yuǎn)端壓差；通過第二出口調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流程，分別獲取不同流量下局部直管阻力損失測(cè)試管路的流量、溫度、近端壓差和遠(yuǎn)端壓差；并進(jìn)行記錄；
直管阻力損失測(cè)試具體如下：
打開閥門第二切換閥門，通過第一、第二、第三和第四出口調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)將流量從大于1000l/h分段調(diào)節(jié)至100l/h；獲取每一流量下直管阻力損失測(cè)試管路的流量值、溫度值和壓差值，并進(jìn)行記錄；
流量計(jì)校正實(shí)驗(yàn)具體如下：
打開第三切換閥門，通過第一、第二、第三和第四出口調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量，通過水箱中的計(jì)量?jī)x獲得水箱的液面變化以及流量計(jì)校正管路的壓差值和溫度，并進(jìn)行記錄。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下有益效果：通過調(diào)節(jié)水流量，可以實(shí)現(xiàn)局部直管阻力損失測(cè)試、直管阻力損失測(cè)試和流量計(jì)校正實(shí)驗(yàn)，各組成部件方便組裝，豐富教學(xué)內(nèi)容。
附圖說明
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明專利進(jìn)一步說明。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：
1-計(jì)量?jī)x；2-水箱；3-入口調(diào)節(jié)閥；4-離心泵；5-溫度傳感器；6-渦輪流量計(jì)；7-第四出口調(diào)節(jié)閥；8-第一出口調(diào)節(jié)閥；9-第二出口調(diào)節(jié)閥；10-第三出口調(diào)節(jié)閥；11-第一轉(zhuǎn)子流量計(jì)；12-第二轉(zhuǎn)子流量計(jì)；13-第一切換閥門；14-第二切換閥門；15-第三切換閥門；16-局部阻力測(cè)試閥；17-第一近端壓差測(cè)試閥；18-第二近端壓差測(cè)試閥；19-第一遠(yuǎn)端壓差測(cè)試閥；20-第二遠(yuǎn)端壓差測(cè)試閥，21-直管阻力損失測(cè)試管路；22-第一壓差測(cè)試閥；23-第二壓差測(cè)試閥；24-文丘里流量計(jì)；25-第三壓差測(cè)試閥；26-第四壓差測(cè)試閥；27-第五出口調(diào)節(jié)閥；28-壓差變送器；29-倒u型管壓差計(jì)；30-連接管路；31-第一連接支管路；32-第二連接支管路；33-第三連接支管路；34-旁路管路；35-局部直管阻力損失測(cè)試管路；36-出水管路；37-排水管；38-排水閥；39-流量計(jì)校正管路；40-固定框架。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
如圖1所示，本實(shí)施例的一種流體流動(dòng)阻力及流量測(cè)量自組裝實(shí)驗(yàn)裝置，包括一水箱2，所述水箱2底端開有排水口、輸水口和進(jìn)水口，所述輸水口連通有一連接管路30，所述連接管路30的入口端至出口端依次設(shè)置有入口調(diào)節(jié)閥3、離心泵4、溫度傳感器5和渦輪流量計(jì)6，所述渦輪流量計(jì)6的輸出端還連通有第一連接支管路31、第二連接支管路32、第三連接支管路33和一旁路管路34，第一、第二和第三連接支管路33上分別設(shè)有一第一出口調(diào)節(jié)閥8、第二出口調(diào)節(jié)閥9和第三出口調(diào)節(jié)閥10，旁路管路34上設(shè)有第四出口調(diào)節(jié)閥7；第一、第二和第三連接支管路33的出口端相連通，并且均與局部直管阻力損失測(cè)試管路35、直管阻力損失測(cè)試管路21和流量計(jì)校正管路39相連通，所述局部直管阻力損失測(cè)試管路35的入口端至出口端依次設(shè)置有第一切換閥門13、近端壓差測(cè)試閥、局部阻力測(cè)試閥16和遠(yuǎn)端壓差測(cè)試閥；所述直管阻力損失測(cè)試管路21的入口端至出口端依次設(shè)置有第二切換閥門14、第一壓差測(cè)試閥22和第二壓差測(cè)試閥23；所述流量計(jì)校正管路39的入口端至出口端依次設(shè)置有第三壓差測(cè)試閥25、文丘里流量計(jì)24和第四壓差測(cè)試閥26；所述近端壓差測(cè)試閥和遠(yuǎn)端壓差測(cè)試閥、第一壓差測(cè)試閥22和第二壓差測(cè)試閥23、第三壓差測(cè)試閥25和第四壓差測(cè)試閥26各自分別與倒u型管壓差計(jì)29的兩個(gè)測(cè)試端連接；所述倒u型管壓差計(jì)29兩個(gè)測(cè)試端輸出的壓力值經(jīng)壓力變送器與主控制端連接；所述局部直管阻力損失測(cè)試管路35、直管阻力損失測(cè)試管路21和流量計(jì)校正管路39的出口端經(jīng)一出水管路36與水箱2相連通；所述出水管路36上設(shè)有第五出口調(diào)節(jié)閥27。
從上述可知，本發(fā)明的有益效果在于：通過第一、第二、第三和第四出口調(diào)節(jié)閥7調(diào)整輸入至局部直管阻力損失測(cè)試管路35、直管阻力損失測(cè)試管路21和流量計(jì)校正管路39中的水流量，分別打開第一、第二和第三切換閥門15實(shí)現(xiàn)對(duì)局部直管阻力損失的測(cè)試、直管阻力損失的測(cè)試和流量計(jì)校正的實(shí)驗(yàn)；而且本發(fā)明管路之間采用卡箍卡盤快速連接，方便組裝和拆卸。即連接管路30和第一、第二和第三連接支管路33采用卡箍卡盤連接，第一、第二和第三連接支管路33與直管阻力損失測(cè)試管路21、直管阻力損失測(cè)試管路21和流量計(jì)校正管路39采用卡箍卡盤快速連接。所述近端壓差測(cè)試閥由兩個(gè)設(shè)置于局部阻力測(cè)試閥16兩側(cè)近端的第一近端壓差測(cè)試閥17和第二近端壓差測(cè)試閥18組成；所述遠(yuǎn)端壓差測(cè)試閥由兩個(gè)設(shè)置于局部阻力測(cè)試閥16兩側(cè)遠(yuǎn)端的第一遠(yuǎn)端壓差測(cè)試閥19和第二遠(yuǎn)端壓差測(cè)試閥20組成。所述倒u型管壓差計(jì)29的兩個(gè)測(cè)試端分別與近端壓差測(cè)試閥和遠(yuǎn)端壓差測(cè)試閥的信號(hào)輸出端相連，還分別與第一壓差測(cè)試閥22和第二壓差測(cè)試閥23的信號(hào)輸出端連接，還分別與第三壓差測(cè)試閥25和第四壓差測(cè)試閥26的信號(hào)輸出端分別連接；倒u型管壓差計(jì)29用于分別測(cè)量直管阻力損失測(cè)試管路21、直管阻力損失測(cè)試管路21和流量計(jì)校正管路39的入口端和出口端的壓差，測(cè)試其中一管路壓差時(shí)，其余兩個(gè)測(cè)試管路上的閥門對(duì)應(yīng)關(guān)閉。
在本實(shí)施例中，所述第二連接支管路32和第三連接支管路33位于第二出口調(diào)節(jié)閥9和第三出口調(diào)節(jié)閥10的后端還分別設(shè)有一第二轉(zhuǎn)子流量計(jì)11和第三轉(zhuǎn)子流量計(jì)12。通過第二轉(zhuǎn)子流量計(jì)11和第三轉(zhuǎn)子流量計(jì)12顯示計(jì)算第二連接支管路32、第三連接支管路33的流量。
在本實(shí)施例中，所述水箱2內(nèi)設(shè)有用于測(cè)量水量的計(jì)量?jī)x1。通過計(jì)量?jī)x1計(jì)算水箱2內(nèi)的水量變化，進(jìn)行流量計(jì)校正實(shí)驗(yàn)。
在本實(shí)施例中，所述旁路管路34的出口端與水箱2的進(jìn)水口相連通。通過旁路管路34進(jìn)行分流，更好的控制水流量。
在本實(shí)施例中，所述水箱2的排水口還連接有一排水管37，所述排水管37上設(shè)有一排水閥38。通過排水閥38控制進(jìn)行水箱2的排水。
在本實(shí)施例中，還包括一用于固定自組裝實(shí)驗(yàn)裝置中部件的固定框架4040，所述水箱2、連接管路30、第一連接支管路31、第二連接支管路32、第三連接支管路33、旁路管路34、局部直管阻力損失測(cè)試管路35、直管阻力損失測(cè)試管路21和流量計(jì)校正管路39均設(shè)置于所述固定框架4040上。將以上各個(gè)管路中的閥門以及測(cè)量?jī)x器均安裝在固定框架4040上，方便教學(xué)展示。測(cè)試儀器包括溫度傳感器5、離心泵4、渦輪流量計(jì)6、文丘里流量計(jì)24、倒u型管壓差計(jì)29和壓差變送器28；閥門包括第一、第二、第三、第四、第五出口調(diào)節(jié)閥、第一、第二、第三切換閥門以及第一、第二、第三和第四壓差測(cè)試閥等。
在本實(shí)施例中，所述主控制端包括一plc控制器和與所述plc控制器電連的lcd顯示屏，所述lcd顯示屏設(shè)置于所述固定框架4040上。通過lcd顯示屏顯示各個(gè)測(cè)試參數(shù)，并且plc控制器與閥門及測(cè)量?jī)x器連接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
本發(fā)明還提供一種如上述所述的流體流動(dòng)阻力及流量測(cè)量自組裝實(shí)驗(yàn)裝置的使用方法，首先在水箱2中注入水，關(guān)閉第一、第二、第三、第四出口調(diào)節(jié)閥，打開第一切換閥門13、第二切換閥門14、第三切換閥門15、第五出口調(diào)節(jié)閥27，接通電源，啟動(dòng)離心泵4，待離心泵4轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后，將第一、第二、第三、第四出口調(diào)節(jié)閥開至最大，對(duì)管路進(jìn)行排氣；然后關(guān)閉第一切換閥門13、第二切換閥門14、第三切換閥門15，并且關(guān)閉第一、第二、第三、第四出口調(diào)節(jié)閥，倒u型管壓差計(jì)29調(diào)零，開始進(jìn)行局部直管阻力損失測(cè)試、直管阻力損失測(cè)試和流量計(jì)校正實(shí)驗(yàn)；
所述局部直管阻力損失測(cè)試具體如下：
打開第一切換閥門13、全開局部阻力測(cè)試閥16，并且開啟局部直管阻力損失測(cè)試管路35上的近端壓差測(cè)試閥和遠(yuǎn)端壓差測(cè)試閥；打開第四出口調(diào)節(jié)閥7使水箱2中輸出的部分水分流，將第二出口調(diào)節(jié)閥9緩緩開至1000l/h，記錄局部直管阻力損失測(cè)試管路35中流量、溫度、近端壓差和遠(yuǎn)端壓差；通過第二出口調(diào)節(jié)閥9調(diào)節(jié)流程，分別獲取不同流量下局部直管阻力損失測(cè)試管路35的流量、溫度、近端壓差和遠(yuǎn)端壓差；并進(jìn)行記錄；在局部直管阻力損失測(cè)試管路35上，安裝有近端壓差測(cè)量點(diǎn)和遠(yuǎn)端壓差測(cè)量點(diǎn)，通過所測(cè)的近端壓差和遠(yuǎn)端壓差來消除局部直管阻力損失帶來的誤差。
直管阻力損失測(cè)試具體如下：
打開閥門第二切換閥門14，開啟直管阻力損失測(cè)試管路21上的第一壓差測(cè)試閥22和第二壓差測(cè)試閥23；通過第一、第二、第三和第四出口調(diào)節(jié)閥7調(diào)節(jié)將流量從大于1000l/h分段調(diào)節(jié)至100l/h；獲取每一流量下直管阻力損失測(cè)試管路21的流量值、溫度值和壓差值，并進(jìn)行記錄；
流量計(jì)校正實(shí)驗(yàn)具體如下：
打開第三切換閥門15，開啟流量計(jì)校正管路39上的第三壓差測(cè)試閥25和第四壓差測(cè)試閥26以及文丘里流量計(jì)24；通過第一、第二、第三和第四出口調(diào)節(jié)閥7調(diào)節(jié)流量，通過水箱2中的計(jì)量?jī)x1獲得水箱2的液面變化以及文丘里流量計(jì)24的流量值，校正流量計(jì)校正管路39的壓差值和溫度，并進(jìn)行記錄。
綜上所述，本發(fā)明提供的一種流體流動(dòng)阻力及流量測(cè)量自組裝實(shí)驗(yàn)裝置及其使用方法，組裝方便，方便課堂教學(xué)，并且豐富了教學(xué)內(nèi)容，具有很大的應(yīng)用前景。
上列較佳實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。