中南大學(xué)化工原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

目錄實(shí)驗(yàn)一、流體阻力實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)二、柏努利實(shí)驗(yàn)14實(shí)驗(yàn)四、對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)18實(shí)驗(yàn)五、板框壓濾機(jī)過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定28實(shí)驗(yàn)六、離心泵特性曲線實(shí)驗(yàn)34實(shí)驗(yàn)七、干燥實(shí)驗(yàn)40實(shí)驗(yàn)十、填料式精餾塔的操作51實(shí)驗(yàn)十二 、振動(dòng)篩板萃取實(shí)驗(yàn)57中 南 大 學(xué)化工原理 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告化學(xué)化工院 院 系 專 業(yè) 班 級(jí)姓 名 學(xué) 號(hào) 同 組 者 實(shí)驗(yàn)日期 年 月 日 指導(dǎo)教師 實(shí)驗(yàn)一、流體阻力實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)習(xí)直管摩擦阻力Pf、直管摩擦系數(shù)的測(cè)定方法。2. 測(cè)定、對(duì)比光滑Dg40（452.5mm）、Dg32、Dg20直管、18粗糙直管和Dg8光滑管的阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系。3.測(cè)定彎頭、閥門(mén)等局部阻力系數(shù)與雷諾數(shù)Re之間關(guān)系。4.測(cè)量流量計(jì)校正系數(shù)與雷諾數(shù)Re之間關(guān)系以及流速的幾種測(cè)量方法。5.掌握坐標(biāo)系的選用方法和對(duì)數(shù)坐標(biāo)系的使用方法。二、 實(shí)驗(yàn)原理1.直管阻力與局部阻力實(shí)驗(yàn)流體阻力產(chǎn)生的根源是流體具有粘性，流動(dòng)時(shí)存在內(nèi)摩擦。而壁的形狀則促使流動(dòng)的流體內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為流動(dòng)阻力的產(chǎn)生提供了條件，流動(dòng)阻力的大小與流體本身的物理性質(zhì)、流動(dòng)狀況及壁面的形狀等因素有關(guān)。流動(dòng)阻力可分為直管阻力和局部阻力。流體在流動(dòng)過(guò)程中要消耗能量以克服流動(dòng)阻力。因此，流動(dòng)阻力的測(cè)定頗為重要。從流程圖可知水從貯槽由泵輸入恒位水槽，再流經(jīng)管道，經(jīng)計(jì)量槽計(jì)量后回到水槽，循環(huán)利用。改變流量并測(cè)定直管與管件的相應(yīng)壓差，即可測(cè)得流體流動(dòng)阻力。2. 直管阻力磨擦系數(shù)的測(cè)定直管阻力是流體流經(jīng)直管時(shí)，由于流體的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力損失hf 。對(duì)于等直徑水平直管段根據(jù)兩測(cè)壓點(diǎn)間的柏努利方程有：式中：l 直管長(zhǎng)度（m）d 管內(nèi)徑 （m）P 流體流經(jīng)直管的壓強(qiáng)降（Pa）u 流體截面平均流速（m/s） 流體密度（kg/m3）由式（1 - 1）可知，欲測(cè)定，需知道I、d、（P1 - P2）、u、等。1） 若測(cè)得流體溫度，則可查得流體的值。2） 若測(cè)得流量，則由管徑可計(jì)算流速u。兩測(cè)壓點(diǎn)間的壓降P，可由儀表直接讀數(shù)。 3.局部阻力系數(shù)的測(cè)定局部阻力主要是由于流體流經(jīng)管路中管件、閥門(mén)及管截面的突然擴(kuò)大或縮小等局部位置時(shí)所引起的阻力損失，在局部阻力件左右兩側(cè)的測(cè)壓點(diǎn)間列柏努利方程有： （1-4） 即： 式中： 局部阻力系數(shù) P 局部阻力壓強(qiáng)降（Pa）式（1 4）中、u、P等的測(cè)定同直管阻力測(cè)定方法。 4.文丘里流量計(jì)與孔板流量計(jì)文丘里流量計(jì)和孔板流量計(jì)是應(yīng)用最廣泛的節(jié)流式流量計(jì)。當(dāng)流體通過(guò)孔板或文丘里時(shí)由于流道的縮小，使流速增加，即增加了液體的動(dòng)能，從而降低了流體的勢(shì)能，利用壓降的變化，可以測(cè)量流體的流速，根據(jù)柏努利原理，可以得到如下計(jì)算公式：式中：Q流量計(jì)流量，m/s；流量系數(shù)，無(wú)因次；A喉管（孔口）的截面積；流體密度，kg/m3；P壓力差，Pa。文丘里流量計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)：喉管直徑：27mm 流量系數(shù)：0.99孔板流量計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)：孔口直徑：18.5mm 流量系數(shù)：0.78其中不僅與（孔口與管道截面積比）有關(guān)，而且還與孔板的結(jié)構(gòu)形狀、加工進(jìn)度、流體在管內(nèi)雷諾數(shù)、取壓方式以及管壁面的粗糙度等諸因素有關(guān)，所以只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定求得，才能利用公式得出流速、流量。三、 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置：JK-LDZ流體流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)裝置 ，湘潭金凱化工裝備技術(shù)有限公司1、光滑管有Dg40、Dg25、Dg20、Dg8，18 Dg15粗糙管、管長(zhǎng)2000mm,測(cè)壓點(diǎn)距離1500mm。2、水泵型號(hào)為50SGR10-15型管道式離心泵，流量：10m3/h、揚(yáng)程：12m，轉(zhuǎn)速2800r/min，功率0.75KW。3、彎頭阻力管Dg25。突擴(kuò)、突縮，內(nèi)徑分別為25mm變32mm，32mm變22mm。4、差壓測(cè)量：采用ZQ501差壓傳感器采集信號(hào)，電控箱儀表顯示，精度:0.3FS，共六套傳感器。5、流量測(cè)量：渦輪流量計(jì)（單位m3/h）、文丘里流量計(jì)喉徑27mm、孔板流量計(jì)孔徑18.5mm。6、顯示儀表；差壓顯示采用智能數(shù)字顯示報(bào)警儀，溫度顯示采用XMZA數(shù)顯儀表。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1. 實(shí)驗(yàn)操作前先仔細(xì)閱讀說(shuō)明書(shū)，然后依次檢查實(shí)驗(yàn)裝置的各個(gè)部件，了解其名稱與作用，并檢查是否正常。2. 向蓄水箱加水，測(cè)量并記錄實(shí)驗(yàn)時(shí)的水溫，關(guān)閉管路上所有閥門(mén)包括測(cè)壓點(diǎn)上的小閥門(mén)，待儀器運(yùn)轉(zhuǎn)正常以后再開(kāi)啟需要測(cè)量壓差的測(cè)壓點(diǎn)的小閥門(mén)。3. 打開(kāi)所需實(shí)驗(yàn)的測(cè)量管路，接通電源，按下電源開(kāi)關(guān)、按下離心泵啟動(dòng)開(kāi)關(guān)啟動(dòng)離心泵，緩慢調(diào)節(jié)離心泵出口閥門(mén)，如果突然開(kāi)大流量會(huì)損壞渦輪流量計(jì)，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用泵前閥調(diào)節(jié)流量，但流量不能調(diào)節(jié)得太小，每調(diào)節(jié)一次流量待數(shù)據(jù)穩(wěn)定以后方可記錄。4. 若實(shí)驗(yàn)只需測(cè)量?jī)芍寥M管路，可關(guān)閉其它管路中測(cè)壓點(diǎn)的小閥門(mén)。在測(cè)量管路壓差要注意幾點(diǎn)：差壓傳感器分高壓端和低壓端，傳感器的H一端為高壓端、L為低壓端，使用中如果儀表出現(xiàn)負(fù)數(shù)只需要將兩端取壓管互換即可。5. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以關(guān)閉不需要測(cè)量的測(cè)壓點(diǎn)，只需關(guān)閉測(cè)壓點(diǎn)上的小閥門(mén)即可。這樣一只差壓傳感器就可以測(cè)量幾組測(cè)壓點(diǎn)的壓差了。6. 實(shí)驗(yàn)完畢以后注意斷水?dāng)嚯?。五?實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理（1）數(shù)據(jù)記錄1. 直管阻力磨擦系數(shù)的測(cè)定. 25*2.5 mm P (KPa)Vs(m3/h)Vs(m3/s) *10-3lglgRe127.36.324951.756930.0232837-1.632954.93200224.25.896351.637880.0237490-1.624354.90152317.64.998361.388430.0240359-1.619144.82977413.74.015801.115500.0289855-1.537824.73471512.33.349200.9300560.0374357-1.426714.655475611.72.648900.7358060.0568930-1.244944.55400711.21.948200.5411670.100683-0.9970454.4205789.51.153260.3203500.243710-0.6131274.19287.42*3.5mmP (KPa)Vs(m3/h)Vs(m3/s) *10-3lglgRe16.216.25324.514780.0131434-1.881295.0988425.114.11193,919970.0143415-1.843405.0374834.111.518303.199530.0173062-1.761804.9492943.29.852402.736780.0232210-1.733744.8814452.17.116441.976790.0279824-1.634114.7401661.45.293201.470330.0310492-1.553114.6116270.73.553210.9870030.0310492-1.507954.4385280.31.806420.5017830.0514932-1.288254.144722. 局部阻力系數(shù)的測(cè)定P (KPa)Vs(m3/h)Vs(m3/s) *10-3u(m/s)lglgRe112.58.656782.404666.325850.624932-0.2041685.02690210.37.726322.146205.645920.646439-0.1894724.9775238.96.856261.904525.010140.709335-0.1491494.9256346.55.749201.579004.201160.736774-0.1326664.8491554.94.856321.348983.548700.778427-0.1087824.7758563.73.874791.076332.831460.923296-0.0346594.6777972.32.779080.7719672.030781.115740.04756244.5334581.51.823450.5065141.332461.690200.2279394.350443.文丘里流量計(jì)與孔板流量計(jì)文丘里流量計(jì)P (KPa)Vs(m3/h)Vs(m3/s) *10-3clgclgRe119.012.35873.432972.071480.3162805.09258217.311.67013.241692.049910.3042765.06768313.19.982232.772842.015000.3042764.9998349.38.289012.302501.985840.2979444.9191157.27.203302.000921.961330.2925504.8581465.06.112581.697941.939860.2877714.7868373.95.422831.506341.933230.2862854.73483. 孔板流量計(jì)P (KPa)Vs(m3/h)Vs(m3/s) *10-3clgclgRe1138.812.35873.432970.359814-0.4439225.256772127.911.67013.241690.353947-0.4510615.23187398.59.982232.772840.343254-0.4643845.16402471.28.289012.302500.336947-0.4724385.08330556.37.203302.000920.329289-0.4824225.02232643.16.112581.697940.319364-0.4957414.95102734.55.422831.506340.316677-0.4993844.89902以以上表格中數(shù)據(jù)2來(lái)計(jì)算1. 直管阻力磨擦系數(shù)的測(cè)定 .25*2.5 mm 已知=999.7kg/m3，=1.307710-3，Pa/s,d=0.020m，L=1.5m， . 42*3.5 mm已知d=0.035，其他條件不變 2.局部阻力系數(shù)的測(cè)定已知d=0.022m 3.文丘里流量計(jì)與孔板流量計(jì)文丘里流量計(jì)已知d=0.027m，.孔板流量計(jì)已知d=0.0185m 分別由lglgRe 、lglgRe 、lgclgRe作關(guān)系曲線:25*2.5 mm42*3.5 mm彎頭文丘里流量計(jì)孔板流量計(jì) 根據(jù)處理結(jié)果可得： （1）由圖1知曲線方程為y = -0.6782x + 3.7459，理論上用柏拉修斯公式表示則為： y=-0.25x-0.4998，與理論較為接近 （2）由圖2知曲線方程為y = -1.6466x + 2.0201，理論上用柏拉修斯公式表示則為： y=-0.25x-0.4998。 （3） 由圖3知曲線方程為y = 2.1435x2 - 1.6069x + 4.606，與理論值相差較大。 （4）由圖4、5可以看出：c先隨Re的增大而增大，到一定值后，就不隨Re的改變而改變，與理論相符合。 六、 結(jié)果與討論（1）注意事項(xiàng)1.注意實(shí)驗(yàn)一段時(shí)間后須清洗水箱，更換水質(zhì)，避免污垢過(guò)多影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。2.做完實(shí)驗(yàn)后的水應(yīng)排入地溝，避免冬天因水溫過(guò)低而凍裂水管。3.定期檢查各測(cè)壓點(diǎn)有無(wú)漏氣現(xiàn)象，更換乳膠管或者用尼絨扎帶捆緊乳膠管與測(cè)壓點(diǎn)和測(cè)壓管的接口。 （2）思考題1.本實(shí)驗(yàn)用水為工作介質(zhì)做出的Re曲線，對(duì)其它流體能否適用？為什么？ 答：適用于其他流體。因?yàn)楣饣艿淖枇ο禂?shù)只與雷諾數(shù)Re有關(guān),故對(duì)其他的流體一樣2.本實(shí)驗(yàn)是測(cè)定等直徑水平直管的流動(dòng)阻力，若將水平管改為流體自下而上流動(dòng)的垂直管，從測(cè)量?jī)扇狐c(diǎn)間壓差的倒置U形管讀數(shù)R到Pf的計(jì)算過(guò)程和公式是否與水平管完全相同?為什么?答：過(guò)程一樣，公式相同，R值的計(jì)算結(jié)果不同。通式 水平放置：z=0 ,垂直放置：z=L（管長(zhǎng)） 3.在不同設(shè)備上（包括相對(duì)粗糙度相同而管徑不同）、不同溫度下測(cè)定的數(shù)據(jù)是否能關(guān)連在一條曲線上？為什么？ 答：不能。因?yàn)榕c有關(guān)，粗糙度或管徑任何一個(gè)發(fā)生改變都會(huì)影響的值。而Re與流體的密度、粘度等有關(guān)，溫度改變會(huì)引起密度、粘度的改變，所以會(huì)影響Re的值。因此，在不同設(shè)備上（包括相對(duì)粗糙度相同而管徑不同）、不同溫度下測(cè)定的數(shù)據(jù)不能關(guān)連在一條曲線上。中 南 大 學(xué)實(shí)驗(yàn)二、柏努利實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?研究流體各種形式能量之間關(guān)系及轉(zhuǎn)換，加深對(duì)能量轉(zhuǎn)化概念的理解; 2深入了解柏努利方程的意義。二、 實(shí)驗(yàn)原理 1.不可壓縮的實(shí)驗(yàn)液體在導(dǎo)管中作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，其機(jī)械能守恒方程式為： （1） 式中：ul、u2一分別為液體管道上游的某截面和下游某截面處的流速，ms； P1、P2一分別為流體在管道上游截面和下游截面處的壓強(qiáng)，Pa； zl、z2一分別為流體在管道上游截面和下游截面中心至基準(zhǔn)水平的垂直距離，m; 一流體密度，Kgm； We液體兩截面之間獲得的能量，JKg; g一重力加速度，ms2； hf一流體兩截面之間消耗的能量，JKg。2.理想流體在管內(nèi)穩(wěn)定流動(dòng)，若無(wú)外加能量和損失，則可得到： （2）表示1kg理想流體在各截面上所具有的總機(jī)械能相等，但各截面上每一種形式的機(jī)械能并不一定相等，但各種形式的機(jī)械能之和為常數(shù)，能量可以相互轉(zhuǎn)換。3.流體靜止，此時(shí)得到靜力學(xué)方程式： （3）所以流體靜止?fàn)顟B(tài)僅為流動(dòng)狀態(tài)一種特殊形式。三、 實(shí)驗(yàn)裝置及流程試驗(yàn)前，先關(guān)閉試驗(yàn)導(dǎo)管出口調(diào)節(jié)閥，并將水灌滿流水糟，然后開(kāi)啟調(diào)節(jié)閥，水由進(jìn)水管送入流水槽，流經(jīng)水平安裝的試驗(yàn)導(dǎo)管后，試驗(yàn)導(dǎo)管排出水和溢流出來(lái)的水直接排入下水道。流體流量由試驗(yàn)導(dǎo)管出口閥控制。進(jìn)水管調(diào)節(jié)閥控制溢流水槽內(nèi)的溢流量，以保持槽內(nèi)液面穩(wěn)定，保證流動(dòng)系統(tǒng)在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中維持穩(wěn)定流動(dòng)。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1靜止流體內(nèi)部任一點(diǎn)壓強(qiáng)的計(jì)算定量測(cè)定流體內(nèi)部任一點(diǎn)的靜壓強(qiáng)，操作方法同演示部分1。關(guān)閉出口閥門(mén)，根據(jù)式（3），只要測(cè)得Z1、Z2高度，可求得Pc。2流量一定，確定流體各截面靜壓能接演示部分，試驗(yàn)導(dǎo)管內(nèi)流量達(dá)到穩(wěn)定后，取一量筒和秒表，在導(dǎo)管出口，用體積法測(cè)流量，并對(duì)壓差計(jì)讀數(shù)進(jìn)行校核看是否與式（2）計(jì)算結(jié)果相等。3計(jì)算A、C截面的靜壓能，并與靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)靜壓能數(shù)值進(jìn)行比較。五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理實(shí)驗(yàn)設(shè)備基本參數(shù) dl=30 mm ， d2=18 mm（1） 數(shù)據(jù)記錄序號(hào)h1 , Pah2, Pah3, Pah4 , Pah5 , Pah6 , Pah7 , Pah8 , PaV，mlt，s13460 3480345034603450346034403470100028.80234403470341034103405351033603410100019.09332903330328032803280329032003250100017.61（2） 數(shù)據(jù)處理組1：由式 計(jì)算得， 選取截面CD為基準(zhǔn)面 組2：由式計(jì)算得， 組3：由式計(jì)算得， 選取截面CD為基準(zhǔn)面 由上述結(jié)果得 ，六、 結(jié)果與討論1管內(nèi)的空氣泡會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，請(qǐng)問(wèn)怎樣排除?答：調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管出口閥，使導(dǎo)管內(nèi)水的流速足夠大。2試解釋所觀察到的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象。 答：a、導(dǎo)管內(nèi)水的流速增加時(shí)，各液柱高度減小，這是因?yàn)榱魉僭黾?，水的?dòng)能增加，增加的動(dòng)能有靜壓能轉(zhuǎn)換而來(lái)，所以液柱的高度會(huì)減小。 b、在保持溢流狀態(tài)時(shí)，流速一定，則液柱高度穩(wěn)定，而水槽未保留溢流狀態(tài)，則液柱高度會(huì)逐漸下降，這是由于水槽液位下降，使導(dǎo)管內(nèi)液體流速發(fā)生改變，所以液柱高度會(huì)發(fā)生變化。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否與理論結(jié)果相符合？解釋其原因。 答：實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論不相符合，因?yàn)橐后w不是理想狀態(tài)，在管內(nèi)流動(dòng)是要克服阻力做功，使液體的機(jī)械能逐漸減小。4比較并列2根測(cè)壓管（h1與h2、h3與h4、 h5與h6、h7與h8）液柱高低，解釋其原因。 答：，在測(cè)壓管，的測(cè)壓孔正對(duì)水流方向， 液位高度表示靜壓頭和動(dòng)壓頭之和，而測(cè)壓管，的液位高度表示靜壓頭， ，。中 南 大 學(xué)實(shí)驗(yàn)四、對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)對(duì)空氣水蒸氣光滑套管換熱器的實(shí)驗(yàn)研究，掌握對(duì)流傳熱系數(shù)1的測(cè)定方法，加深對(duì)其概念和影響因素的理解。并應(yīng)用線性回歸分析方法，確定關(guān)聯(lián)式Nu=ARemPr0.4中常數(shù)A、m的值。通過(guò)對(duì)管程內(nèi)部插有螺紋管的空氣水蒸氣強(qiáng)化套管換熱器的實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)定其準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式Nu=BRem中常數(shù)B、m的值和強(qiáng)化比Nu/Nu0，了解強(qiáng)化傳熱的基本理論和基本方式。二、 實(shí)驗(yàn)原理1準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián) 影響對(duì)流傳熱的因素很多，根據(jù)因次分析得到的對(duì)流傳熱的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)為： Nu=CRemPrnGrl （1）式中C、m、n、l為待定參數(shù)。參加傳熱的流體、流態(tài)及溫度等不同，待定參數(shù)不同。目前，只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定特定范圍的參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)是測(cè)定空氣在圓管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)。因此，可以忽略自然對(duì)流對(duì)傳熱膜系數(shù)的影響，則Gr為常數(shù)。在溫度變化不太大的情況下，Pr可視為常數(shù)。所以，準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式（1）可寫(xiě)成NuCRem （2）待定參數(shù)C和m可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定蒸汽、空氣的有關(guān)數(shù)據(jù)后，對(duì)式（2）取對(duì)數(shù)，回歸求得直線斜率和截距。 2傳熱量計(jì)算 努塞爾數(shù)Nu或1無(wú)法直接用實(shí)驗(yàn)測(cè)定，只能測(cè)定相關(guān)的參數(shù)并通過(guò)計(jì)算求得。當(dāng)通過(guò)套管環(huán)隙的飽和蒸汽與冷凝壁面接觸后，蒸汽將放出冷凝潛熱，冷凝成水，熱量通過(guò)間壁傳遞給套管內(nèi)的空氣，使空氣的溫度升高，空氣從管的末端排出管外，傳遞的熱量由（3）式計(jì)算。 QWecpc（t2t1）= V1cpc（t2t1） （3） 根據(jù)熱傳遞速率 QKStm （4）所以 KStm=V1cpc（t2t1） （5）式中：Q換熱器的熱負(fù)荷（即傳熱速率），kJs； We冷流體的質(zhì)量流量，kgs； V冷流體（空氣）的體積流量，m3/s； 1一冷流體（空氣）的密度，kgm3； K換熱器總傳熱系數(shù)，W/（m2）； Cpc一一冷流體（空氣）的平均比定壓熱容，kJ/（kgK）； S傳熱面積，m2； tm蒸汽與空氣的對(duì)數(shù)平均溫度差，。 空氣的流量及兩種流體的溫度等可以通過(guò)各種測(cè)量?jī)x表測(cè)得。綜合上面各式即可算出傳熱總系數(shù)K。 3傳熱膜系數(shù)的計(jì)算 當(dāng)傳熱面為平壁或者當(dāng)管壁很薄時(shí)，總的傳熱阻力和傳熱分阻力的關(guān)系可表示為： 式中：l空氣在圓管中強(qiáng)制對(duì)流的傳熱膜系數(shù)，W（m2）； 2蒸汽冷凝時(shí)的傳熱膜系數(shù)，W（m2）。當(dāng)管壁熱阻可以忽略（內(nèi)管為黃銅管而且壁厚b較薄，黃銅導(dǎo)熱系數(shù)比較大）時(shí)，（7） 蒸汽冷凝傳熱膜系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣傳熱膜系數(shù)，則K1。因此，只要在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得冷、熱流體的溫度及空氣的體積流量，即可通過(guò)熱衡算求出套管換熱器的總傳熱系數(shù)K值，由此求得空氣傳熱膜系數(shù)1。 4努塞爾數(shù)和雷諾數(shù)的計(jì)算 式中：空氣導(dǎo)熱系數(shù)，W（m）； 一空氣的粘度，Pas； d套管換熱器的內(nèi)管平均直徑，m； 1進(jìn)口溫度t1時(shí)的空氣密度，kgm3。 由于熱阻主要集中在空氣一側(cè)，本實(shí)驗(yàn)的傳熱面積S取管子的內(nèi)表面較為合理，即 Sdl本裝置d=00178 m，l=1327m。 5空氣流量和密度的計(jì)算 空氣密度1可按理想氣體計(jì)算：式中：pa當(dāng)?shù)卮髿鈮海琍a ； t孔板流量計(jì)前空氣溫度，可取t=t1； 空氣的流量由 14噴嘴流量計(jì)測(cè)量，合并常數(shù)后，空氣的體積流量可由（11）式計(jì)算（11）式中：C0合并整理的流量系數(shù)，其值為C0=0001233； R噴嘴流量計(jì)的壓差計(jì)示值，mmH2O。 V1空氣的體積流量，m3s。三、 實(shí)驗(yàn)裝置圖空氣-水蒸氣傳熱綜合實(shí)驗(yàn)裝置流程圖1 光滑套管換熱器；2螺紋管的強(qiáng)化套管換熱器；3蒸汽發(fā)生器；4旋渦氣泵；5旁路調(diào)節(jié)閥；6孔板流量計(jì)；7、8、9空氣支路控制閥；10、11蒸汽支路控制閥；12、13蒸汽放空口； 15放水口；14液位計(jì)；16加水口；四、 實(shí)驗(yàn)步驟1實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備 （1）向電加熱釜加水至液位計(jì)上端紅線處。 （2）檢查空氣流量旁路調(diào)節(jié)閥是否全開(kāi)。 （3）檢查普通管支路各控制閥是否已打開(kāi)，保證蒸汽和空氣管路的暢通。 （4）接通電源總閘，設(shè)定加熱電壓，啟動(dòng)電熱鍋爐開(kāi)關(guān)，開(kāi)始加熱。2實(shí)驗(yàn)開(kāi)始 （1）當(dāng)蒸汽壓力穩(wěn)定后，啟動(dòng)旋渦氣泵并運(yùn)行一段時(shí)間，保證實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)空氣入口溫度（）穩(wěn)定。 （2）調(diào)節(jié)空氣流量旁路閥的開(kāi)度或主閥開(kāi)度，使孔板流量計(jì)的壓差計(jì)讀數(shù)為所需的空氣流量值。 （3）穩(wěn)定58分鐘左右讀取壓差計(jì)讀數(shù)，讀取空氣入口、出口的溫度值、（溫度測(cè)量可采用熱電偶或溫度計(jì)）、空氣壓力值p1、空氣入、出口之間壓力差p2、蒸汽溫度值t3及壓力值p3,孔板流量計(jì)讀數(shù)p4。 （4）調(diào)節(jié)空氣流量，重復(fù)（3）與（4）共測(cè)610組數(shù)據(jù)（注意：在空氣入、出口之間壓力差p2最大值與最小值之間可分為6-10段）。 （5）實(shí)驗(yàn)過(guò)程，要盡可能保證蒸汽溫度或壓力穩(wěn)定，在蒸汽鍋爐加熱過(guò)程（蒸汽溫度或壓力變化較大）不要記錄數(shù)據(jù)。3實(shí)驗(yàn)結(jié)束 （1）關(guān)閉加熱器開(kāi)關(guān)。 （2）過(guò)5分鐘后關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)，并將旁路閥全開(kāi)。 （3）切斷總電源。五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理（1） 數(shù)據(jù)記錄1. 螺紋管實(shí)驗(yàn)號(hào)空氣入口溫度值空氣出口溫度值空氣入口壓力值p1空氣入出口壓力差p2蒸汽溫度值t3蒸汽壓力p3孔板流量計(jì)讀數(shù)p411682.566701041250.153021887.958101401250.1540320100.052751791250.1550422100.948852381250.1560524101.545353011250.15702. 光滑管實(shí)驗(yàn)號(hào)空氣入口溫度值空氣出口溫度值空氣入口壓力值p1空氣入出口壓力差p2蒸汽溫度值t3蒸汽壓力p3孔板流量計(jì)讀數(shù)p4122.763.05930611300.1541223.869.04940911300.1550323.569.240701261300.1560424.070.835101571300.1572524.771.431101781300.1581（2） 數(shù)據(jù)處理1.先算出測(cè)量段上空氣的定性溫度()，為簡(jiǎn)化計(jì)算,取t值為空氣進(jìn)口溫度()及出口溫度 ()的平均值, 即由此查得: 測(cè)量段上空氣的平均比熱；測(cè)量段上空氣的平均導(dǎo)熱系數(shù) ；測(cè)量段上空氣的平均粘度；2.傳熱面積S的計(jì)算。 3.空氣流量和密度的計(jì)算， 4.努塞爾數(shù)和雷諾數(shù)的計(jì)算將上述已得到的值代入公式即可得:5.傳熱量傳熱膜系數(shù)的計(jì)算QWecpc（t2t1）= V1cpc（t2t1） （3）QKStm，所以 KStm=V1cpc（t2t1）螺紋管數(shù)據(jù)表實(shí)驗(yàn)號(hào)進(jìn)口空氣密度（Kg/）對(duì)數(shù)平均溫度差空氣的體積流量VReNulgRelgNu傳熱量Q/KJ/s傳熱系數(shù)K傳熱膜系數(shù)11.218670.610.0061227217.4059.6104.4351.7750.49840.09510.095121.210265.990.0070931313.9277.5204.4961.8890.60280.12310.123131.201955.750.0079534871.41116.944.5422.0680.76820.18560.185641.193854.320.0087438078.26129.264.5812.1110.82730.20520.205251.185853.150.0094740982.22139.654.6132.1450.87460.22170.2217光滑管數(shù)據(jù)表實(shí)驗(yàn)號(hào)進(jìn)口空氣密度（Kg/）對(duì)數(shù)平均溫度差空氣的體積流量VReNulgRelgNu傳熱量Q/KJ/s傳熱系數(shù)K傳熱膜系數(shù)11.191185.570.0072331428.2834.5914.4971.5390.34880.05490.054921.186681.520.0080034644.0345.3894.5401.6570.43120.07130.071331.187881.530.0087637973.5749.7444.5801.6970.47270.07810.078141.185880.340.0096141588.0856.6164.6191.7530.53600.08990.089951.183079.680.0102044037.1360.3184.6441.7800.56630.09580.0958同一雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中繪制光滑管、波紋管的NuRe的關(guān)系圖：由圖可知：螺紋管準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的回歸過(guò)程：y=2.3116x-8.4856,根據(jù)方程式：lgNu=lgA+mlgRe, 得：m=2.3116，lgA=-8.4856 所以 m=2.3116，光滑管準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的回歸過(guò)程：y=1.5667x-5.4838,根據(jù)方程式：lgNu=lgA+mlgRe, 得：m=1.5667，lgA=-5.4838 所以 m=1.5667， 結(jié)果驗(yàn)證：螺紋管取x=lgRe=4.497代入方程式y(tǒng)=2.3116x-8.4856，得y=1.909與實(shí)際lgNu=1.775有小偏差。光滑管取x=lgRe=4.644代入方程式y(tǒng)=1.5667x-5.4838，得y=1.792與實(shí)際lgNu=1.780有小偏差。六、 結(jié)果與討論（1）注意事項(xiàng)： 1檢查蒸汽加熱釜中的水位是否在正常范圍內(nèi)。特別是每個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行下一實(shí)驗(yàn)之前，如果發(fā)現(xiàn)水位過(guò)低，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)給水量。 2必須保證蒸汽上升管線的暢通。即在給蒸汽加熱釜電壓之前，兩蒸汽支路控制閥之一必須全開(kāi)。在轉(zhuǎn)換支路時(shí)，應(yīng)先開(kāi)啟需要的支路閥，再關(guān)閉另一側(cè)，且開(kāi)啟和關(guān)閉控制閥必須緩慢，防止管線截?cái)嗷蛘羝麎毫^(guò)大突然噴出。 3必須保證空氣管線的暢通。即在接通風(fēng)機(jī)電源之前，兩個(gè)空氣支路控制閥之一和旁路調(diào)節(jié)閥必須全開(kāi)。在轉(zhuǎn)換支路時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉風(fēng)機(jī)電源，然后開(kāi)啟和關(guān)閉控制閥。 4.電源線的相線,中線不能接錯(cuò),實(shí)驗(yàn)架一定要接地。 5.要注意及時(shí)放掉蒸汽冷凝水。（2）思考題：1.影響傳熱膜系數(shù)的因素有哪些？ 答：無(wú)相變化，液體的物性，以及壓力溫度2.在蒸氣冷凝時(shí)，若存在不凝性氣體，你認(rèn)為將會(huì)有什么影響？應(yīng)該采取什么措施？ 答：a、會(huì)由于空氣中含有水分造成冰堵。冰堵不單使制冷效率下降。而且會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)。壓力不斷降低，還會(huì)損壞壓縮機(jī)。 b、空氣混入壓縮腔，由于空氣中含有不凝性氣體，如氮?dú)?。這些不凝性氣體會(huì)減少制冷劑的循環(huán)量，使制冷量降低。 c、并且不凝性氣體會(huì)滯留在冷凝器的上部管路內(nèi)，致使實(shí)際冷凝面積減小，冷凝負(fù)荷增大，冷凝壓力升高，從而制冷量會(huì)降低。而且由于冷凝壓力的升高致使排氣壓力升高，還會(huì)減少壓縮機(jī)的使用壽命空氣中含有水份，水份中有氧氣 水份在壓縮機(jī)里會(huì)腐蝕電機(jī)、電機(jī)線圈、控制線路.，會(huì)引起機(jī)損壞的危險(xiǎn)。 最好就是要把握好空氣的進(jìn)入和空氣的質(zhì)量。3.蒸氣冷凝后，將產(chǎn)生冷凝水，如冷凝水不能放出，累積后淹埋加熱銅管，你認(rèn)為將會(huì)有什么影響？應(yīng)該采取什么措施？ 答：大量的熱蒸汽無(wú)法冷凝，會(huì)造成蒸餾裝置中蒸汽壓越來(lái)越大，容易造成設(shè)備的爆炸。如果不排除銅管（純水蒸氣）外的不凝氣，管壁溫度可能不穩(wěn)定。還有就是累積后掩埋加熱銅管的話會(huì)帶走大量的熱量，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響。應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中及時(shí)放掉冷凝水。4.本實(shí)驗(yàn)中所測(cè)定的壁面溫度是靠近蒸氣側(cè)的溫度，還是接近空氣側(cè)的溫度？為什么？ 答：通過(guò)觀察空氣進(jìn)出口溫度，蒸汽溫度和壁面溫度，可以得出是靠近蒸汽側(cè)的溫度。5.在實(shí)驗(yàn)中有哪些因素影響實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性？ 答：空氣和蒸汽的流向、冷蒸汽冷凝過(guò)程中存在不冷凝氣體不及時(shí)排走對(duì)傳熱的影響。中 南 大 學(xué)實(shí)驗(yàn)五、板框壓濾機(jī)過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解板框過(guò)濾機(jī)的結(jié)構(gòu)，掌握其操作方法；2熟悉板框壓濾機(jī)的構(gòu)造和操作；3掌握過(guò)濾常數(shù)（K、qe、e）的測(cè)定方法；4驗(yàn)證洗水速率與過(guò)濾速率的關(guān)系。二、 實(shí)驗(yàn)原理過(guò)濾是以某種多控物質(zhì)作為介質(zhì)來(lái)處理懸浮乳液的操作。在外力的作用下，懸浮液中的液體通過(guò)介質(zhì)的孔道而固體顆粒被截流下來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)固液分離，因此，過(guò)濾操作本質(zhì)上是流體通過(guò)固體顆粒通過(guò)床層的流動(dòng)，所不同的是這個(gè)固體顆粒層的厚度隨著過(guò)濾過(guò)程的進(jìn)行而不斷增加，故在恒壓過(guò)濾操作中，起過(guò)濾速率不斷降低。影響過(guò)濾速度的主要因素除壓強(qiáng)差p，濾餅厚度L外，還有濾餅和懸浮頁(yè)液的性質(zhì)，懸浮液溫度，過(guò)濾介質(zhì)的阻力等，故以應(yīng)用流體力學(xué)的方法處理。比較過(guò)濾過(guò)程與流體經(jīng)過(guò)流動(dòng)床的流動(dòng)可知：過(guò)濾速度即為流體通過(guò)固定床的表現(xiàn)速度u。同時(shí)，流體細(xì)小顆粒構(gòu)成的濾餅空隙中的流動(dòng)是層流雷諾數(shù)范圍，因此，可利用流體通過(guò)固定床壓降的簡(jiǎn)化模型，尋求濾液量與時(shí)間的關(guān)系，應(yīng)用層流時(shí)泊肅葉公式不難推導(dǎo)出過(guò)濾基本方程式： （1）式中，V濾液體積，m過(guò)濾時(shí)間，sA過(guò)濾面積，0.191m2S濾餅壓縮性指數(shù)，無(wú)因次。一般情況下S=01，對(duì)不可壓縮濾餅S=0R濾餅比阻，1/m,r=單位壓差下的比阻，1/m,r=rV濾餅體積與相應(yīng)濾液體積之比，無(wú)因次。Ve虛擬濾液體積，恒壓過(guò)濾時(shí)，令, ,對(duì)（1）式積分可得 （2）式中，q單位過(guò)濾面積的濾液體積，q=V/A，qe單位過(guò)濾面積的虛擬濾液體積，q=Ve/A，e虛擬過(guò)濾時(shí)間，sK濾餅常數(shù)，由物料特性及過(guò)濾壓差所決定，K，qe，e三者總稱為過(guò)濾常數(shù)。利用恒壓過(guò)濾方程進(jìn)行計(jì)算時(shí)，必須首先需要知道K，qe，e，它們只有通過(guò)實(shí)驗(yàn)才能確定。對(duì)（2）式微分可得 （3） （4）該式表明以 d/dq為縱坐標(biāo)，以q為橫坐標(biāo)作圖可得一直線，直線斜率為2/K，截距為2 qe /K。在實(shí)驗(yàn)測(cè)定中，為便于計(jì)算，微分可用差分替代，把（4）式改寫(xiě)成： （5）在恒壓條件下，用秒表和量筒分別測(cè)定一系列時(shí)間間隔及對(duì)應(yīng)的濾液體積V，由此算出一系列在直角坐標(biāo)系中的/q和q，繪制出函數(shù)關(guān)系，得一直線。根據(jù)直線的斜率和截距便可求出K和qe。 三、 實(shí)驗(yàn)裝置試驗(yàn)所用板框過(guò)濾機(jī)的整套裝置由調(diào)漿桶、清水桶、壓縮空氣系統(tǒng)、板框過(guò)濾機(jī)和貯液量筒組成。在調(diào)漿桶內(nèi)配制一定濃度的碳酸鎂（MgCO3）懸浮液，用壓縮空氣將懸浮液送入板框過(guò)濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾，調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度以維持恒壓過(guò)濾時(shí)所需要的恒定壓力，濾液流入貯液量筒計(jì)量，洗滌水同樣用壓縮空氣從洗水桶送至板框壓濾機(jī)進(jìn)行洗滌，洗滌水也用也用貯液量筒計(jì)量其液量。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1. 觀察過(guò)濾機(jī)(尤其是板框)結(jié)構(gòu)，注意管路連接及走向，安裝濾布，調(diào)整板框（按圖1所示，標(biāo)記點(diǎn)從右到左為1-2-3-2-1-2-3-2-1 ）；2. 用MgCO3粉或上次試驗(yàn)的濾餅攪拌配置35%的待過(guò)濾的料漿；3. 將初步攪拌分散好的料漿懸浮液傾入高位槽，通過(guò)高位槽送至攪拌槽（打開(kāi)排氣閥，進(jìn)料閥），進(jìn)料后關(guān)閉排氣閥和進(jìn)料閥，使料漿自流入密封攪拌釜中，進(jìn)一步攪拌分散，等待壓入板框?yàn)V機(jī)中；4. 啟動(dòng)密封攪拌釜的攪拌器，并一直開(kāi)到實(shí)驗(yàn)結(jié)束；5. 加完料后，打開(kāi)連接攪拌槽與與空壓機(jī)連接閥門(mén)（此時(shí)注意要關(guān)閉空氣進(jìn)入洗水貯罐的閥門(mén)）。6. 觀察空氣進(jìn)入密封攪拌釜管路上的壓力表，當(dāng)其讀數(shù)到達(dá)規(guī)定壓力（如0.2Mpa）時(shí)，開(kāi)始過(guò)濾：打開(kāi)連接密封攪拌釜與板框?yàn)V機(jī)管路上的過(guò)濾閥門(mén)，讓料漿壓入板框中，并記錄不同時(shí)間得到的濾液量V（每隔1-3min，記錄計(jì)量槽液位的高度與時(shí)間間隔）以及相應(yīng)的壓力表讀數(shù)（此時(shí)注意洗水貯罐進(jìn)入板框?yàn)V機(jī)管路上的閥門(mén)是否關(guān)閉，如沒(méi)有關(guān)閉，否則料漿可能由此進(jìn)入洗水貯罐中）；7. 過(guò)濾結(jié)束后，關(guān)閉連接密封攪拌釜與板框?yàn)V機(jī)管路上的過(guò)濾閥門(mén)，準(zhǔn)備洗滌；8. 用自來(lái)水將洗水貯罐灌滿，關(guān)閉自來(lái)水進(jìn)入洗水貯罐的閥門(mén)；9. 將空壓機(jī)壓送出來(lái)的空氣接入洗水貯罐中（關(guān)閉連接密封攪拌釜與板框?yàn)V機(jī)管路上的過(guò)濾閥門(mén)），當(dāng)達(dá)到一定壓力后，打開(kāi)連接洗水貯罐與板框?yàn)V機(jī)管路上的閥門(mén)，立即開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)（每個(gè)10-20 sec記錄一次，記錄計(jì)量槽液位的高度與時(shí)間間隔）；10. 過(guò)濾結(jié)束后，拆開(kāi)板框?yàn)V機(jī)，查看濾餅的形狀及特點(diǎn)；11. 清洗濾布、板、框，關(guān)水、電，清掃衛(wèi)生。五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理（1）數(shù)據(jù)記錄濾液高度mm5090115145168190210228245262275292305320332345357368380391403415422432442452460470478487498607077849197103110116123129135141146151158164169175181187194198204209215220225230235240245250255260265270275280284288292296301305309313317321325329332336339342345348351354356358360362364366367369370371372373374375376377378379380381382383384385385.5386386.5387（2）數(shù)據(jù)處理/q2.124.004.247.078.4914.1516.9821.2228.305.8910.6022.3837.7049.7173.1583.9991.6598.251.1252.0254.2757.2009.49513.9716.0417.5018.76/q42.4484.8916.98100.37102.13104.0219.1719.5119.87 S= A=0.191因此 由以上數(shù)據(jù)可得/qq 函數(shù)關(guān)系圖由圖知此直線的斜率為 又可得此直線的截距為 則得到過(guò)濾常數(shù) K=，e六、 結(jié)果與討論（1）注意事項(xiàng)1、 注意空氣、物料、洗水的流向和通路：空氣空壓機(jī)密封攪拌釜頂密封攪拌釜底板框壓濾機(jī)下面靠外進(jìn)料管板框板框上方出口空氣空壓機(jī)洗水罐頂洗水罐底板框壓濾機(jī)下面靠?jī)?nèi)進(jìn)料管板框板框上面出口料漿高位攪拌槽（調(diào)漿桶）自流進(jìn)入密封攪拌釜在空氣壓力下進(jìn)入板框壓濾機(jī)下面靠外進(jìn)料管板框在框內(nèi)形成濾餅（濾液從板框上面管流出來(lái)計(jì)量桶）自來(lái)水龍頭自流進(jìn)入洗水貯罐在空氣壓力下進(jìn)入板框壓濾機(jī)下面靠?jī)?nèi)進(jìn)料管板框中的濾餅板框上面出來(lái)計(jì)量桶2、 板、框的組裝：組裝次序由料漿及洗水、濾液的通道所決定；按圖1所示，標(biāo)記點(diǎn)從右到左為1-2-3-2-1-2-3-2-1 3、 計(jì)量槽的截面積：250250mm；4、 板框洗滌要干凈，防止物料通道堵塞；（2）思考題 1、在恒壓過(guò)濾中，你的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)第一點(diǎn)是否有偏高或偏低現(xiàn)象，原因如何，如何對(duì)待這異常 數(shù)據(jù)？答：有偏高現(xiàn)象。 2、若操作壓力增加一倍，其K值是否也增加一倍？要得到同樣的濾液時(shí)，其過(guò)濾時(shí)間是否縮短了一半？ 答：由知，k為常數(shù)，操作壓力增加一倍，K值增加幅度小于一倍。要得到同樣的濾液時(shí)，其過(guò)濾時(shí)間大于原所需時(shí)間的一半。3、如果過(guò)濾液的粘度比較大，你考慮用什么方法改善過(guò)濾速率？ 答：增加過(guò)濾速度,可采取的措施有：添加助濾劑，控制過(guò)濾溫度，選擇合適的過(guò)濾介質(zhì)，控制濾餅厚度。中 南 大 學(xué)實(shí)驗(yàn)六、離心泵特性曲線實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)?