化工原理試驗-湖北大學生命科學學院

1、湖北大學 化工原理實 ( 0703300201 ) 實驗教學大 (第 1 版) 生命科學學院 生物學實驗教學中心 2010 年 7 月 課程名稱：化工原理實驗 實驗學時：16學時 適用專業(yè)：生物技術；生物工程 課程性質(zhì)：專業(yè)核心（基礎）必修 、實驗課程簡介 本課程的教學對象是生物工程專業(yè)及生物技術專業(yè) （本科）學生?；ぴ韺嶒炇且粋€ 重要的實踐教學環(huán)節(jié)，針對相關專業(yè)學生進行動量傳遞、 熱量傳遞、質(zhì)量傳遞等方面工程實 驗的系統(tǒng)訓練，使學生掌握工程問題的處理和研究方法， 掌握典型單元裝置的基本操作技能， 了解工程實驗設計的基本原則， 了解工程實驗中參數(shù)測量儀表的選用原則及流程組織的基本 原則。從

2、而培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和工程觀念；培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力；提 高學生的獨立思考能力和創(chuàng)新能力。 二、課程目的 通過本課程的學習，使學生了解各化工單元操作的原理、流程，掌握實驗儀器的特點、 性能和基本操作，了解儀器常見故障的判斷和處理方法，加深對化工原理基礎理論、基本知 識的理解；提高學生聯(lián)系實際分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L和實事 求是的科學態(tài)度，為未來的科學研究及實際工作打下良好的基礎。 三、考核方式及成績評定標準 每個實驗結束后，要求學生認真寫出實驗報告，實驗成績評定依據(jù)： 實驗態(tài)度、實驗紀律。實驗操作技能狀況。實驗結果及實驗報告書。 四、實驗指導書及主要參考

3、書 化工基礎實驗武漢大學化學與分子科學學院實驗中心編武漢大學出版社，2003.1 化工基礎實驗馮亞云主編北京：化學工業(yè)出版社2000.2 化工原理蔣維鈞，戴猷元，顧惠君編 北京：清華大學出版社，2003. 五、實驗項目 實驗項目一覽表 序號 實驗項目名稱 實驗類型 實驗學時 必做/選做 實驗一 雷諾實驗 設計性 2學時 必做 實驗二 流體流動沿程阻力系數(shù)、局部阻 力系數(shù)測定 設計性 3學時 必做 實驗三 風機性能曲線測試實驗 設計性 3學時 必做 實驗四 離心泵綜合性能實驗 綜合性 4學時 必做 實驗五 換熱器性能綜合實驗 綜合性 4學時 必做 合計 16學時 實驗類型：演示性、驗證性、綜合性

4、、設計性、其它 實驗一、雷諾實驗（2課時） 實驗類型：綜合性 實驗目的： 1觀察液體在不同流動狀態(tài)時的流體質(zhì)點的運動規(guī)律。 2、觀察液體由層流變紊流及由紊流變層流的過渡過程。 3、 測定液體在園管中流動時的上臨界雷諾數(shù)Rea和下臨界雷諾數(shù)Rea。 實驗內(nèi)容： 流體在管道中流動，有兩種不同的流動狀態(tài)，其阻力性質(zhì)也不同。在實驗過程中，保持 水箱中的水位恒定，即水頭H不變。如果管路中出口閥門開啟較小，在管路中就有穩(wěn)定的平 均流速u，這時候如果微啟帶色水閥門，帶色水就會和無色水在管路中沿軸線同步向前流動， 帶色水成一條帶色直線， 其流動質(zhì)點沒有垂直于主流方向的橫向運動，帶色水線沒有與周圍 的液體混雜，

5、層次分明的在管道中流動。此時，在速度較小而粘性較大和慣性力較小的情況 下運動，為層流運動。如果將出口閥門逐漸開大，管路中的帶色直線出現(xiàn)脈動，流體質(zhì)點還 沒有出現(xiàn)相互交換的現(xiàn)象，流體的運動成臨界狀態(tài)。 如果將出口閥門繼續(xù)開大，出現(xiàn)流體質(zhì) 點的橫向脈動，使色線完全擴散與無色水混合，此時流體的流動狀態(tài)為紊流運動。 u d 雷諾數(shù)：Re連續(xù)性方程：A?u=Q u=Q/A 流量Q用體積法測出，即在時間t內(nèi)流入計量水箱中流體的體積 V。 式中：A-管路的橫截面積 u- 流速 丫-水的粘度 實驗要求： 設備器材準備：雷諾實驗裝置（套）； d-管路直徑 藍、紅墨水各一瓶；秒表、溫度計各一只；卷尺 等。要求學生

6、仔細觀察實驗現(xiàn)象，記錄實驗數(shù)據(jù)，按時完成實驗報告。 實驗二、流體流動沿程阻力系數(shù)、局部阻力系數(shù)測定（3課時） 實驗類型：綜合性 實驗目的： 1觀察流體穩(wěn)定流動時在長為 L等直管以及通過閥門時的能量損失情況。 2、熟悉液體在管道中流動時的能量損失計算方法，并對能量損失有一個數(shù)量上的概念。 3、掌握管道沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)的測定方法。 實驗內(nèi)容： 沿程阻力系數(shù)：流體在等直管道中流動，由于摩擦阻力引起能量損失。對距離為L的 兩斷面列能量方程可求得 L長度上的沿程阻力損失。 hf 由達西公式：hf 2g得 2gdhf 2ad: h -y，并計算對應雷諾數(shù) Re. Lu2 Lu2 其中， h由 U

7、型側壓管測得, d u用體積法測得流量并由 u=Q/A, A二一計算得之。 4 局部阻力系數(shù)E :在紊流情況下，因局部阻礙的強烈擾動大大加強了流體的紊流強度， 2 局部阻力進入阻力平方區(qū)，E僅與局部阻礙的形狀有關而與Re無關。由h ,根據(jù) 2g 被測閥門兩側在壓差板上的液柱高，得到壓差 h,即表示流體流經(jīng)閥門時的能量損失 由E =2g A h/u 2可確定該閥門的局部阻力系數(shù)。 hf。 實驗要求： 設備器材準備：流體綜合實驗臺（沿程阻力系數(shù)、局部阻力系數(shù)實驗管）一套；被測閥 門一只；U形壓差計兩套；溫度計、秒表、卷尺各一只。要求學生仔細觀察實驗現(xiàn)象，記錄 實驗數(shù)據(jù)，按時完成實驗報告。 實驗三、

8、風機性能曲線測試實驗（3課時） 實驗類型：綜合性 實驗目的： 1、了解風機空氣動力性能實驗的基本過程。 2、掌握風機性能曲線測試的基本原理和特性參數(shù)測試的基本方法。 3、熟悉風機基本特性參數(shù)的計算方法與換算。 實驗內(nèi)容： 風機性能曲線一般包括 H-Q N-Q n -Q三條曲線。實驗中需測出不同工況點的風量、 風壓和功率，并計算出對應工況點的效率，推薦做610個工況點。在此基礎上繪制風機性 能曲線。 如上圖，風管進風口為錐形集流器，在集流器的一個斷面上，設有四個測壓孔（互成 900 ）用四根橡膠管接到一聯(lián)通管上，聯(lián)通管與斜管測壓計相連，用于測量管道空氣流量。 風量計算式： 酒3 u = 2gh

9、m/s h=L k Q= A u m Is L：測壓管讀數(shù)k :斜管傾斜系數(shù)=0.98 （集流系數(shù)） A:集流器面積 風壓測量換算： 在風管斷面上也有四個測壓孔（互成90）,同樣用四根橡膠管接到一聯(lián)通管上，聯(lián)通 管與斜管測壓計相連，用于測量進口風管壓力，此壓力為靜壓Pst （將測量值換算成 Pa）。 注意：此壓力需剩以修正系數(shù)1.57，表示為全風管壓力，即風機風壓。 電機功率測量計算： 電機輸出功率即為風機輸入功率，該功率通過測量電機電壓、電流由下式計算： UI cos 耳電 Nkw 1000 U：電機電壓 I :電機電流 cos：功率因素，0.85 n電電機效率，0.7 風機效率計算： 風二

10、出X 100% N 其中：N風=PStQ風機功率 實驗要求： 設備器材準備：實驗風管；被測風機；測功電機；斜管測壓計；空盒氣壓計; 溫度計；聯(lián)通橡膠管若干；電流電壓測試臺。 要求學生仔細觀察實驗現(xiàn)象，記錄實驗 數(shù)據(jù)，按時完成實驗報告。 實驗四、離心泵綜合性能實驗 （4課時） 實驗類型：綜合性 實驗目的： 1、了解離心泵綜合性能實驗裝置的工作原理。 2、掌握離心泵性能曲線（H-Q N-Q n -Q）測試的基本方法及參數(shù)計算，繪制離心泵性能 曲線。 3、觀察了解離心泵氣蝕現(xiàn)象和泵的串、并聯(lián)工作狀態(tài)，驗證泵的串、并聯(lián)工作特性。 實驗內(nèi)容： 離心泵實驗臺主要由泵I、泵n、計量水箱、儲水箱、壓力表、真空

11、表、管道及閥門 組成。 在測定泵的特性曲線時，利用各閥門的開啟和調(diào)節(jié)，形成泵I單泵工作回路，在不同 流量下測定一組相應的壓力表、真空表和流量的讀數(shù)以及電流電壓的計數(shù)，既可讀出一組泵 的流量Q揚程H、輸入功率N等數(shù)據(jù)，最后可以繪制泵的H-Q、N-Q n -Q特性曲線。 泵氣蝕實驗室時，利用相應閥門的開啟和調(diào)節(jié)，形成泵I單泵工作回路，并使儲水箱 由于水的抽出而產(chǎn)生真空，從而使泵的進口壓力減小，直至發(fā)生氣蝕。 泵的串、并聯(lián)實驗。利用相應閥門的開啟和調(diào)節(jié)，形成兩個泵的串、并聯(lián)工作回路， 觀察串、并聯(lián)工作現(xiàn)象，驗證串、并聯(lián)工作特性。 計算公式： 揚程：h二乩上Z 2g Pl-壓力表讀數(shù)；P2-真空表讀數(shù)

12、；丫 -水的容重； Z-壓力表與真空表接出點位置差；U1、U2-進、出口流速（U1=U2） V3 流量：Q = V- 計量體積 m; t-計量時間s t UI cosH 水泵電機軸功率（泵輸入）：N = 巴 kw 1000 U-電壓（v）; I-電流（A）; cos-功率因數(shù)0.77 ; n m-電機效率0.65 泵效率：二-QH UI 實驗要求： 設備器材準備： 離心泵性能測試實驗臺；溫度計一支；秒表一塊。 要求學生仔細觀察實驗 現(xiàn)象，記錄實驗數(shù)據(jù)，按時完成實驗報告。 實驗五、換熱器性能綜合實驗 （4課時） 實驗類型：綜合性 實驗目的： 1、了解換熱器性能實驗裝置的工作原理。 2、掌握換熱器總傳熱系數(shù) K值（順流、逆流）的測定與計算方法。 3、比較順流與逆流的傳熱效果。 實驗內(nèi)容： 本實驗換熱器為套管換熱器，在換熱器中需要交換熱量的冷熱流體分別在內(nèi)外套管流 動，總交換熱量為: Q =KA 心 Q-單位時間交換的熱量w； K-總換熱系數(shù) w/m. C; A-傳熱面積0.45m ; t葉傳熱平均溫度差0c =ti -比2 In 12 11-冷熱流體溫差較大者 t 2-冷熱流體溫差較小者 21平均溫度埜計算 實驗中待各項溫度達到穩(wěn)定工況時，測出冷、熱流體進出、口溫度和冷、熱流體的流 量，由下式計算總傳熱量（以冷流體為計算依據(jù)） Q =Gi