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1.2 仿真实训原理
在化工过程中，广泛应用着各种流体输送机械，离心泵则是最常用的流体输送设备，其具有结构简单、体积小、操作平稳、维修方便等优点。实际生产中，有时单台离心泵无法满足生产要求，需要几台组合运行。组合方式可以有并联和串联两种方式。
（1）泵并联
规格相同的离心泵并联时可以提高流量，当输送任务变化幅度较大时，可以发挥泵的经济效果，使其能在高效点范围内工作，其流程如图1所示。
图1 泵的并联工作
（2）泵串联
规格相同的离心泵串联时则可以提高泵的扬程。
流体在管路中流动时，由于黏性剪应力和涡流的存在，不可避免地会引起流体压力损失。流体在流动时所产生的阻力有直管摩擦阻力和局部阻力。
流体流过直管时的摩擦系数与阻力损失之间的关系可用式（1－1）表示：
式中： h f ——直管阻力损失，J／kg；
l ——直管长度，m；
d ——直管内径，m；
u ——流体速度，m／s；
λ ——摩擦系数。
在一定的流速和雷诺数下，测出阻力损失，按式（1－2）求出摩擦系数 λ ：
阻力损失 h f 可通过对两截面间作机械能衡算而求出：
对于水平等径直管 z 1 ＝ z 2 ， u 1 ＝ u 2 ，式（1－3）可简化为：
式中： h f ——两截面的压强差，N／m 2 ；
ρ ——流体的密度，kg／m 3 。
只要测出两截面上静压强的差即可算出 h f 。两截面上静压强的差可用倒U型管压差计测出。流速由流量计测得，在已知 d 、 u 的情况下只需测出流体的温度 t ，查出该温度下流体的 ρ 、 μ ，则可求出雷诺数 Re ，从而得出流体流过直管的摩擦系数 λ 与雷诺数 Re 之间的关系。
流体流过阀门、扩大、缩小等管件时，所引起的阻力损失可用式（1－5）计算：
式中： ζ ——局部阻力系数， ζ 值一般通过实验测定。
计算局部阻力系数时应注意扩大、缩小管件的阻力损失 h ′ f 的计算：
式中： ζ ——局部阻力系数，无因次；
Δ P ′ f ——局部阻力引起的压强降，Pa；
h ′ f ——局部阻力引起的能量损失，J／kg。
局部阻力引起的压强降Δ P ′ f 可用下面的方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在其上、下游开两对测压口a－a′和b－b′，如图2所示，并使：
图2 局部阻力测量取压口布置图
ab＝bc，a′b′＝b′c′
则Δ
P
f
，
a b
＝Δ
P
f
，
bc
，
在a～a′之间列伯努利方程式：
在b～b′之间列伯努利方程式：
联立式（1－7）和（1－8），则：
为了实验方便，称（p
b
－
）为近点压差，称（p
a
－
）为远点压差。用压差传感器来测量。
流体流过节流式（孔板、文丘里、喷嘴）流量计时，由于喉部流速大压强小，文氏管前端与喉部产生压差，此差值可用倒U型压差计或单管压差计测出，而压强差与流量之间关系可用式（1－10）计算：
式中： C 0 ——节流式流量计的流量系数；
V s ——流量； A o ——喉孔直径；
p 上 、 p 下 ——文丘里上下游压力；
ρ——流体的密度，kg／m 3 。
离心泵是最常见的液体输送设备。在一定的型号和转速下，离心泵的扬程 H 、轴功率 N 及效率 η 均随流量 Q 而改变。通常通过实验测出 H — Q 、 N — Q 及 η — Q 关系，并用曲线表示，称为特性曲线。特性曲线是确定泵适宜操作条件和选用泵的重要依据。泵特性曲线的具体测定方法如下：
（1） H 测定
在泵的吸入口和排出口之间列伯努利方程：
式（1－12）中 H f 入 －出 是泵的入口和出口之间管路内的流体流动阻力，与伯努利方程中其他项比较， H f 入－出 值很小，故可忽略。于是式（1－12）简化为：
将测得的（ Z 出 － Z 入 ）和 p 出 － p 入 值以及计算所得的 u 出 、 u 入 代入式（1－13），即可求得 H 。
（2） N 测定
功率表测得的功率为电动机的输入功率。由于泵是经过电动机直接带动，传动效率可视为1，所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。即：
泵的轴功率 N ＝电动机的输出功率，kW。
电动机输出功率＝电动机输入功率×电动机效率，kW。
泵的轴功率＝功率表读数×电动机效率，kW。
（3） η 测定
式中： η ——泵的效率； N ——泵的轴功率，kW；
N e ——泵的有效功率，kW； H ——泵的扬程，m；
Q ——泵的流量，m 3 ／s； ρ ——水的密度，kg／m 3 。
当离心泵安装在特定的管路系统中工作时，实际工作压头和流量不仅与离心泵本身性能有关，还与管路特性有关，即在液体输送过程中，泵和管路二者相互制约。
管路特性曲线是指流体流经管路系统过程中流量与所需压头之间的关系。若将泵的特性曲线与管路特性曲线描绘在同一坐标图上，两曲线交点即为泵在该管路的工作点。因此，这就如同通过改变阀门开度来改变管路特性曲线，求出泵的特性曲线一样，可通过改变泵转速来改变泵的特性曲线，从而得出管路特性曲线。泵的压头 H 计算同上。