《化工原理實驗》教案

1、學習好資料歡迎下載化工基礎實訓教案課程名稱：化工基礎實訓學生專業(yè)及年級：2010、2011、20XX級化工專業(yè)教師姓名：王永志、張艷華、劉春波、韓艷榮所用教材：化工基礎實訓講義天津職業(yè)大學化工系主編選讀參考書：化工原理實驗 雷良恒 主編 清華大學出版社課程性質：基礎實訓課卓資縣職業(yè)中學化工部目 錄實驗一流體流動阻力的測定1實驗二 離心泵特性曲線的測定錯誤！未定義書簽。實驗三恒壓過濾實驗3實驗四 洞道干燥實驗4實驗五 超臨界C02萃取實驗5實驗六膜分離實驗6實驗七液液萃取實驗7實驗八吸收實驗8實驗九精餾實驗9實驗十固體流態(tài)化實驗10實驗十一伯努利實驗11實驗十二管道阻力實驗14實驗十三離心泵實驗

2、19實驗十四傳熱實驗24實驗十五 填料塔氣體吸收實驗30實驗十六雷諾實驗37實驗十七液體流量的測定與流量計的校正40實驗十八 精溜塔的操作與塔板效率的測定44實驗十九填料塔流體力學特性實驗46實驗二十填料吸收塔的操作及吸收傳質系數(shù)的測定48化工基礎實訓教案授課內容實驗一流體流動阻力的測定授課對象應用化學專業(yè)學時安排4學時目的要求(1) 掌握流體流經(jīng)直管和閥門時阻力損失的測定方法，通過實驗了 解流體流動中能量損失的變化規(guī)律。(2) 測定直管摩擦系數(shù)入與雷諾準數(shù)Re的關系，將所得的入Re方 程與經(jīng)驗公式比較。(3) 測定流體流經(jīng)閥門時的局部阻力系數(shù) E。(4) 學會倒U形差壓計轉子流量計的使用方法

3、。(5) 觀察組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用。授課內容及方式(1) 講解實驗原理；授課方式：利用多媒體教學(2) 實驗操作演示；授課方式：現(xiàn)場操作；(3) 學生自己實驗；授課方式：現(xiàn)場指導；(4) 學生實驗數(shù)據(jù)處理的講解；授課方式：利用多媒體教學重點實驗原理的講解要結合教材；學生對實驗操作要熟悉，對所要轉子流量計、 光滑管、粗糙管理解構 造與原理難點設備結構與實驗操作；注意事項開啟、關閉管道上的各閥門及倒U型差壓計上的閥門時，一定要緩慢 開關，切忌用力過猛過大，防止測量儀表因突然受壓、減壓而受損(如 玻璃管斷裂，閥門滑絲等)！實驗報告要求(1) 在雙對數(shù)坐標紙上標繪出光滑管、粗糙管的

4、入Re曲線，對照 化工原理教材上有關公式，即可確定該管的相對粗糙度和絕對粗糙度。根據(jù)光滑管實驗結果，并對照柏拉修斯方程，計算其誤差。(2) 根據(jù)局部阻力實驗結果，求出閘閥全開時的平均 E值。(3) 對實驗結果進行分析討論。思考題(1) 在對裝置做排氣工作時，是否一定要關閉流程尾部的流量調節(jié) 閥？為什么？(2) 如何檢驗測試系統(tǒng)內的空氣是否已經(jīng)被排除干凈？化工原理實驗教案授課內容實驗二 離心泵特性曲線的測定授課對象應用化學專業(yè)學時安排4學時目的要求(1) 了解離心泵結構與特性，學會離心泵的操作。(2) 測定恒定轉速條件下離心泵的有效揚程 (H)、軸功率(N)、以及 總效率(n )與有效流量(V)

5、之間的曲線關系。(3) 掌握離心泵流量調節(jié)的方法(閥門、轉速和泵組合方式)和渦 輪流量傳感器及智能流量積算儀的工作原理和使用方法。授課內容及方式(1) 講解實驗原理；授課方式：利用多媒體教學(2) 實驗操作演示；授課方式：現(xiàn)場操作；(3) 學生自己實驗；授課方式：現(xiàn)場指導；(4) 學生實驗數(shù)據(jù)處理的講解；授課方式：利用多媒體教學重點離心泵工作原理的講解要結合教材；學生對離心泵結構與操作要熟悉，對渦輪流量計、傳感器構造與原理 要了解難點離心泵的結構與實驗操作；注意事項(1) 實驗開始時，灌泵用的進水閥門開度要小，以防進水壓力過大 損壞真空表。(2) 在實驗開始時扭矩傳感儀鉤子要取下，在測數(shù)據(jù)時再

6、裝上，每 測量一組數(shù)據(jù)后立刻取下，當測下一組數(shù)據(jù)時再裝上。實驗報告要求(1) 在同一張坐標紙上描繪一定轉速下的 HV、NV、nV曲線(2) 分析實驗結果，判斷泵較為適宜的工作范圍。思考題(1) 從所測實驗數(shù)據(jù)分析，離心泵啟動時為什么要關閉出口閥門？(2) 啟動離心泵之前為什么要引水灌泵？如果灌泵后依然啟動不起 來，你認為可能的原因是什么？(3) 為什么用泵的出口閥門調節(jié)流量？這種方法有什么優(yōu)缺點？還 有其他方法調節(jié)流量？(4) 正常工作的離心泵，在其進口管路上安裝閥門是否合理？為什 么？化工原理實驗教案授課內容實驗三恒壓過濾實驗授課對象應用化學專業(yè)學時安排4學時目的要求(1 )熟悉板框壓濾機的

7、構造和操作方法；(2) 通過恒壓過濾實驗，驗證過濾基本原理；(3) 學會測定過濾常數(shù)K、qe、T e及壓縮性指數(shù)S的方法；(4) 了解操作壓力對過濾速率的影響；授課內容及方式(1) 講解實驗原理；授課方式：利用多媒體教學(2) 實驗操作演示；授課方式：現(xiàn)場操作；(3) 學生自己實驗；授課方式：現(xiàn)場指導；(4) 學生實驗數(shù)據(jù)處理的講解；授課方式：利用多媒體教學重點過濾原理；恒壓過濾設備的結構與操作難點恒壓過濾設備的結構與實驗操作；注意事項(1) 濾餅、濾液要全部回收到配料桶 。(2) 電磁閥、壓力定值調節(jié)閥的順序不能搞錯。壓力設定順序為1# (低壓)，3#(中壓)，2#(高壓)。否則壓力定值調節(jié)

8、閥會漏氣。實驗報告要求(1) 由恒壓過濾實驗數(shù)據(jù)求過濾常數(shù) K, qe, T(2) 比較幾種壓差下的K, qe, T值，討論壓差變化對以上參數(shù)數(shù) 值的影響。(3) 在直角坐標紙上繪制lg K Ig(Ap)關系曲線，求出S及k(4) 寫出完整的過濾方程式，弄清其中各個參數(shù)的符號及意義。思考題(1) 通過實驗你認為過濾的一維模型是否適用？(2) 當操作壓強增加一倍，其 K值是否也增加一倍？要得到同樣的 過濾液，其過濾時間是否縮短了一半？(3) 影響過濾速率的主要因素有哪些？(4) 濾漿濃度和操作壓強對過濾常數(shù) K值有何影響？(5) 為什么過濾開始時，濾液常常有點渾濁，而過段時間后才變清？(6) 若

9、要做濾餅洗滌，管線應怎樣安排？需增加什么設備？化工原理實驗教案授課內容實驗四洞道干燥實驗授課對象應用化學專業(yè)學時安排4學時目的要求(1) 熟悉常壓洞道式(廂式)干燥器的構造和操作；(2) 測定在恒定干燥條件(即熱空氣溫度、濕度、流速不變、物料 與氣流的接觸方式不變)下的濕物料干燥曲線和干燥速率曲線；(3) 測定該物料的臨界濕含量Xo;(4) 學會有關測量和控制儀器的使用方法。授課內容及方式(1) 講解實驗原理；授課方式：利用多媒體教學(2) 實驗操作演示；授課方式：現(xiàn)場操作；(3) 學生自己實驗；授課方式：現(xiàn)場指導；(4) 學生實驗數(shù)據(jù)處理的講解；授課方式：利用多媒體教學重點實驗原理的講解要結

10、合教材；廂式干燥器的構造和操作構造與操作難點設備結構與實驗操作；注意事項必須先開風機，后開加熱器，否則，加熱管可能會被燒壞。傳感器的負何量僅為200克，放取毛氈時必須十分小心以免損壞稱重 傳感器。實驗報告要求(1) 繪制干燥曲線(失水量時間關系曲線)。(2) .根據(jù)干燥曲線作干燥速率曲線。(3) 讀取物料的臨界濕含量。(4) 對實驗結果進行分析討論。思考題(1) 毛氈含水是什么性質的水分？(2) 實驗過程中干、濕球溫度計是否變化？為什么？(3) 恒定干燥條件是指什么？(4) 如何判斷實驗已經(jīng)結束？化工原理實驗教案授課內容實驗五超臨界C02萃取實驗授課對象應用化學專業(yè)學時安排4學時目的要求(1)

11、 讓學生了解超臨界萃取裝置的結構， 掌握超臨界萃取操作方法， 熟悉基本工作原理；(2) 通過與傳統(tǒng)提取方法所得產(chǎn)物在質量上的比較，近一步掌握超 臨界萃取的優(yōu)點，從而加深科技進步對化工的影響。授課內容及方式(1) 講解實驗原理；授課方式：利用多媒體教學(2) 實驗操作演示；授課方式：現(xiàn)場操作；(3) 學生自己實驗；授課方式：現(xiàn)場指導；(4) 學生實驗數(shù)據(jù)處理的講解；授課方式：利用多媒體教學重點實驗原理的講解要結合教材；超臨界萃取裝置的流程及構造和操作難點設備結構與實驗操作；注意事項實驗過程中必須時刻注意儀表的指示，防止出現(xiàn)過壓問題。 注意按操作說明進行操作。實驗報告要求(1) 記錄原理數(shù)據(jù)。(2

12、) 進行數(shù)據(jù)處理并在坐紙上繪制液固及氣固系統(tǒng)的 Pu關 系曲線。思考題(1) 什么是超臨界狀態(tài)？(2) 實驗過程中應如何調節(jié)閥門，使每個釜內壓力維持所需狀態(tài)？(3) 該裝置有哪些方面的應用？化工原理實驗教案授課內容實驗六膜分離實驗授課對象應用化學專業(yè)學時安排4學時目的要求（1）了解膜的結構和影響膜分離效果的因素，包括膜材質、壓力和 流里等。（2）了解膜分離的主要工藝參數(shù)，掌握膜組件性能的表征方法。（3）掌握膜分離流程，比較各膜分離過程的異同。（4）掌握電導率儀、紫外分光光度計等檢測方法。授課內容及方式（1）講解實驗原理；授課方式：利用多媒體教學（2）實驗操作演示；授課方式：現(xiàn)場操作；（3）學生

13、自己實驗；授課方式：現(xiàn)場指導；（4）學生實驗數(shù)據(jù)處理的講解；授課方式：利用多媒體教學重點不同膜組件的實驗原理；膜實驗裝置的構造和操作構造與操作難點設備結構與實驗操作；注意事項（1）每個單元分離過程前，均應用清水徹底清洗該段回路，方可進 行料液實驗。清水清洗管路可仍舊按實驗單元回路， 對于微濾組件則 可拆開膜外殼，直接清洗濾芯，對于另三個膜組件則不可打開，否則 膜組件和管路重新連接后可能造成漏水情況發(fā)生。（2）單元操作結束后，先用清水洗完管路，之后用 0.5-1%濃度的甲 醛溶液做保護液打入各膜組件中，使膜組件浸泡在保護液中。（3）對于長期使用的膜組件，其吸附雜質較多，或者濃差極化明顯，則膜分離

14、性能顯著下降。對于預濾和微濾組件，采取更換新內芯的手段；對于超濾、納濾和反滲透組件，一般先采取反清洗手段，即將 低濃度的料液溶液從透過液側進入膜組件，同時關閉濃縮液側出口閥，使料液反向通過膜內芯而從物料進口側出液，若反清洗后膜組件仍無法回復分離性能，則表面膜組件使用壽命已到，需更換新內芯。實驗報告要求用截留率（R）、透過液通量（J）和溶質濃縮倍數(shù)（N）來表示膜組件 的性能。思考題（1）每種膜組件的原理是什么？（2）如何膜組件維護中注意哪些問題？化工原理實驗教案授課內容實驗七液液萃取實驗授課對象應用化學專業(yè)學時安排4學時目的要求(1) 了解轉盤萃取塔的基本結構、操作方法及萃取的工藝流程。(2)

15、觀察轉盤轉速變化時，萃取塔內輕、重兩相流動狀況，了解萃 取操作的主要影響因素。(3) 掌握每米萃取咼度的傳質單兀數(shù) NOr、傳質單兀咼度Hor和萃 取率口的實驗測法。(4) 研究萃取操作條件對萃取過程的影響。授課內容及方式(1) 講解實驗原理；授課方式：利用多媒體教學(2) 實驗操作演示；授課方式：現(xiàn)場操作；(3) 學生自己實驗；授課方式：現(xiàn)場指導；(4) 學生實驗數(shù)據(jù)處理的講解；授課方式：利用多媒體教學重點轉盤萃取塔的基本結構、操作方法及萃取的工藝流程；掌握每米萃取咼度的傳質單兀數(shù) Nor、傳質單兀咼度Hor和萃取率耳 的實驗測法。難點轉盤萃取塔的基本結構、操作方法及萃取的工藝流程。注意事項

16、注意轉速的調整不能過快；以防將玻璃打碎；實驗報告要求(1) 測定不同轉速下的萃取效率，傳質單元咼度。(2) 以煤油為分散相，水為連續(xù)相，進行萃取過程的操作。思考題(1) 請分析比較萃取實驗裝置與吸收、精餾實驗裝置的異同點？(2) 說說本萃取實驗裝置的轉盤轉速是如何調節(jié)和測量的？從實驗 結果分析轉盤轉速變化對萃取傳質系數(shù)與萃取率的影響。(3) 測定原料液、萃取相、萃余相的組成可用哪些方法？米用中和滴定法時，標準堿為什么選用 KOH CH3OH溶液，而不選用KOH H2O溶液？化工原理實驗教案授課內容實驗八吸收實驗授課對象應用化學專業(yè)學時安排4學時目的要求(1) 了解填料塔吸收裝置的基本結構及流程

17、。(2) 了解填料塔的流體力學性能，測定干填料及一定噴淋量的濕填 料下填料塔壓降也P與氣速u的關系曲線，確定載點及泛點。(3) 學習填料吸收塔傳質能力和傳質效率測定方法，測定不同填料 下傳質單兀數(shù)Nog和吸收率H，傳質單兀咼度Hog和體積吸收系數(shù) KYa ；測定氣體空塔速度和液體噴淋密度對傳質系數(shù)的影響。(4) 了解氣相色譜儀和六通閥的使用方法；授課內容及方式(1) 講解實驗原理；授課方式：利用多媒體教學(2) 實驗操作演示；授課方式：現(xiàn)場操作；(3) 學生自己實驗；授課方式：現(xiàn)場指導；(4) 學生實驗數(shù)據(jù)處理的講解；授課方式：利用多媒體教學重點塔吸收裝置的基本結構及流程。填料吸收塔傳質能力和

18、傳質效率測定方法，測定不同填料下傳質單元 數(shù)Nog和吸收率口，傳質單元高度Hog和體積吸收系數(shù)Kya ；測定氣 體空塔速度和液體噴淋密度對傳質系數(shù)的影響。難點填料塔的流體力學性能；注意事項(1) 固定好操作參數(shù)后，應隨時注意調整以保持各量不變。(2) 在填料塔操作條件改變后，需要有較長的穩(wěn)定時間，一定要等 到穩(wěn)疋以后方能讀取有關數(shù)據(jù)。(3) 由于CO2在水中的溶解度很小，因此，在分析組成時一定要仔 細認真，這是做好本試驗的關鍵。實驗報告要求(1) 將原始數(shù)據(jù)列表。(2) 在雙對數(shù)坐標紙上繪圖表示二氧化碳解吸時體積傳質系數(shù)、傳 質單元咼度與液體流量的關系。(3) 列出實驗計算結果與計算示例。思考

19、題1 本實驗中，為什么塔底要有液封？液封高度如何計算？2能否用自來水代替高位槽水？為什么？化工原理實驗教案授課內容實驗九精餾實驗授課對象應用化學專業(yè)學時安排4學時目的要求(1) 了解連續(xù)精餾塔的基本結構及流程。(2) 掌握連續(xù)精餾塔的操作方法。(3) 學會板式精餾塔全塔效率、單板效率和填料精餾塔等板高度的 測定方法。(4) 確疋部分回流時不同回流比對精餾塔效率的影響。(5) 了解氣相色譜儀的使用方法。授課內容及方式(1) 講解實驗原理；授課方式：利用多媒體教學(2) 實驗操作演示；授課方式：現(xiàn)場操作；(3) 學生自己實驗；授課方式：現(xiàn)場指導；(4) 學生實驗數(shù)據(jù)處理的講解；授課方式：利用多媒體

20、教學重點(1) 了解連續(xù)精餾塔的基本結構及流程。(2) 學會板式精餾塔全塔效率、單板效率和填料精餾塔等板高度的 測定方法。(3) 確定部分回流時不同回流比對精餾塔效率的影響。(4) 了解氣相色譜儀的使用方法難點氣相色譜儀的使用方法；注意事項(1) 塔頂放空閥一定要打開。(2) 料液一定要加到設定液位 2/3處方可打開加熱管電源，否則塔 釜液位過低會使電加熱絲露出干燒致壞。(3) 部分回流時，進料泵電源開啟前務必打開進料閥，否則會損害 進料泵。實驗報告要求(1) 將塔頂、塔底溫度和組成等原始數(shù)據(jù)列表。(2) 按全回流和部分回流分別計算理論板數(shù)。(3) 計算全塔效率、單板效率或等板高度。(4) 分

21、析并討論實驗過程中觀察到的現(xiàn)象。思考題1 測定全回流和部分回流總板效率(或等板高度)與單板效率時各 需測幾個參數(shù)？化工原理實驗教案授課內容實驗十固體流態(tài)化實驗授課對象應用化學專業(yè)學時安排4學時目的要求（1）觀察聚式和散式流化現(xiàn)象；（2）掌握流體通過顆粒床層流動特性的測量方法；（3）測定床層的堆積密度和空隙率；（4）測定流化曲線（Apu曲線）和臨界流化速度。授課內容及方式（1）講解實驗原理；授課方式：利用多媒體教學（2）實驗操作演示；授課方式：現(xiàn)場操作；（3）學生自己實驗；授課方式：現(xiàn)場指導；（4）學生實驗數(shù)據(jù)處理的講解；授課方式：利用多媒體教學重點（1）測定床層的堆積密度和空隙率；（2）測定流

22、化曲線（Apu曲線）和臨界流化速度。難點床層的堆積密度和空隙率；注意事項（1）由小到大改變氣（或液）量（注意:不要把床層內固體顆粒帶出?。?記 錄各壓差計及流量計讀數(shù)，注意觀察床層高度變化及臨界流化狀態(tài)時 的現(xiàn)象，記錄溫度。（2）關閉電源，測量靜床咼度，比較兩次靜床咼度的變化。（3）在臨界流化點之前必須保證有六點以上數(shù)據(jù)，且在臨界流化點 附近應多測幾個點。實驗報告要求（1）在直角坐標紙上作出pu曲線。（2）利用固定床階段實驗數(shù)據(jù)，求取歐根系數(shù)，并進行討論分析。（3）求取實測的臨界變化速度，并與理論值進行比較。（4）對實驗中觀察到的現(xiàn)象，運用氣（液）體與顆粒運動的規(guī)律加 以解釋。思考題（1）從觀

23、察到的現(xiàn)象，判斷屬于何種流化？（2）實際流化時，p為什么會波動？（3）由小到大改變流量與由大到小改變流量測定的流化曲線是否重 合，為什么？（4）流體分布板的作用是什么？實驗十一伯努利實驗、實驗目的流動流體所具有的總能量是由各種形式的能量所組成，并且各種形式的能量之間又可相互轉換。當流體在導管內作定常流動時，在導管的各截面之間的各種 形式機械能的變化規(guī)律，可由機械能衡算基本方程來表達。 這些規(guī)律對于解決流 體流動過程的管路計算、流體壓強、流速與流量的測量，以及流體輸送等問題， 都有著十分重要的作用。本實驗采用一種稱之為伯努利試驗儀的簡單裝置，實驗觀察不可壓縮流體在 導管內流動時的各種形式機械能的

24、相互轉化現(xiàn)象， 并驗證機械能衡算方程（伯努 利方程）。通過實驗，加深對流體流動過程基礎本原理的理解。二、實驗原理對于不可壓縮流體，在導管內作定常流動，系統(tǒng)與環(huán)境又無功的交換時，若 以單位質量流體為衡算基準，則對確定的系統(tǒng)即可列出機械能衡算方程：gZi “ 1山2 二 gZ2 山 fu；二 hfJ kg（1）若以單位重量流體為衡算基準時，則又可表達為2 2乙 E1 Hl Z；Hf m 液柱（2）g 2g-g 2g式中Z 流體的位壓頭，m液柱；p 流體的壓強，Pa；u 流體的平均流速，ms ;流體密度，kgm;、hf 流動系統(tǒng)內因阻力造成的能量損失，Jkg;x Hf 流動系統(tǒng)內因阻力造成的壓頭損失

25、， m液柱。下標1和2分別為系統(tǒng)的進口和出口兩個截面。不可壓縮流體的機械能衡算方程，應用于各種具體情況下可作適當簡化， 例 如：（1）當流體為理想液體時，于是式（1）和（2）可簡化為gZi 単 * u2 = gZ2 竺 f u； J kg（3）2 2Z -Pk= Z2 -P1 -u2m 液柱（4）:g 2g: g 2g該式即為伯努利（Bernoulli）方程。J kg(5)(2) 當液體流經(jīng)的系統(tǒng)為一水平裝置的管道時，則(1)和(2)式又可簡 化為2Pl . u-2-P2 U2 h fm液柱(6)g 2gg 2g匕匕2r 2P2-u|hf2(3)當流體處于靜止狀態(tài)時，則(1)和(2)式又可簡化

26、為gz- p- = gZ2 P2J kgJ(7)ZiP1 憶P2m液柱(8)Pg中或者將上式可改寫為P2 - P1 = -g J-J(9)這就是流體靜力學基本方程。三、實驗裝置(實驗儀 CE 103型)本實驗裝置主要由試驗導管、穩(wěn)壓溢流水槽和三對測壓管所組成。試驗導管為一水平裝變徑圓管，沿程分三處設置測壓管。每處測壓管由一對 并列的測壓管組成，分別測量該截面處的靜壓頭和沖壓頭。伯努利實驗裝置包括穩(wěn)壓水槽；試驗導管；出口調節(jié)閥； 靜壓頭測量管； 沖壓頭測量管。實驗裝置的流程如實驗室實驗儀所示。液體由穩(wěn)壓水槽流入試驗 導管，途徑不同直徑的管子，最后排出設備。流體流量由出口調節(jié)閥調節(jié)。四、實驗方法實

27、驗前，先緩慢開啟進水閥，水充滿穩(wěn)壓溢流水槽，并保持有適量溢流水流 出，使槽內液面平穩(wěn)不變。最后，設法排盡設備內的空氣泡。實驗可按如下步驟進行：(1) 關閉試驗導管出口調節(jié)閥，觀察和測量液體處于靜止狀態(tài)下各測試點 的壓強。(2) 開啟試驗導管出口調節(jié)閥，觀察比較液體在流動情況下的各測試點的 壓頭變化。(3) 緩慢開啟試驗導管的出口調節(jié)閥，測量流體在不同流量下的各測試點 的靜壓頭、動壓頭和損失壓力。實驗過程中必須注意如下幾點：（1）實驗前一定要將試驗導管和測壓管中的空氣泡排除干凈，否則會干擾 實驗現(xiàn)象和測量的準確性。（2）開啟進水閥向穩(wěn)壓水槽注水，或開關試驗導管出口調節(jié)閥時，一定要 緩慢地調節(jié)開啟

28、程度，并隨時注意設備內的變化。（3）試驗過程中需根據(jù)測壓管量程范圍，確定最小和最大流量。（4）為了便于觀察測壓管的液柱高度，可在臨實驗測定前，向各測壓管滴 入幾滴紅墨水。五、實驗結果1. 測量并記錄實驗基本參數(shù)試驗導管內徑：dA =18 （mm）;dp =30 （mm）;實驗導管長度：L=1060 mm ；測試段為800mm。測壓管6根d = 8 mm2. 非流體體系的機械能分布及其轉換（1）實驗數(shù)據(jù)記錄（2）驗證流體靜力學方程。3. 流動體系的機械能分布及其轉換（1）實驗數(shù)據(jù)記錄（2）驗證流動流體的機械能衡算方程。實驗十二 管道阻力實驗一、實驗目的研究管路系統(tǒng)中的流體流動和輸送，其中重要的問

29、題之一，是確定流體在流 動過程中的能量損耗。流體流動時的能量損耗（壓頭損失），主要由于管路系統(tǒng)中存在著各種阻力 管路中的各種阻力可分為沿程阻力（直管阻力）和局部阻力兩大類。本實驗的目的，是以實驗方法直接測定摩擦系數(shù) 和局部阻力系數(shù) 。二、實驗原理當不可壓縮流體體在圓形導管中流動時， 在管路系統(tǒng)內任意二個截面之間列 出機械能衡算方程為gZiPi12P212Ui = gZ2u2 hfP2 1P22fJ kg J(1)或2 2ZP1 . U1 _ Z2 P2 U2 H fm液柱(2):g 2g-g 2g式中Z流體的位壓頭，m液柱；p-流體的壓強，Pa；u-流體的平均流速，ms，；P流體密度，kg m

30、 ；hf -流動系統(tǒng)內因阻力造成的能量損失，J kg JHf單位重量流體因流體阻力所造成的能量損失,即所謂壓頭損失，m液柱；符號下標1和2分別表示上游和下游截面上的數(shù)值。假設：（1）水作為試驗物系，則水可視為不可壓縮液體;（2）試驗導管是按水平裝置的，則 乙二J ；（3）試驗導管的上下游截面上的橫截面積相同，則 uu2。 因此（1）和（2）兩式分別可簡化為hf=B 也 J g 4 （3） ;Hf 二旦 m 液柱（4）。由此可見，因阻力造成的能量損失（壓頭損失），可由管路系統(tǒng)的兩截面之間的 壓力差（壓頭差）來測定。當流體在圓形直管內流動時，流體因摩擦阻力所造成的能量損失（壓頭損失），有如下一般關

31、系:Pl - p2 hr-1 u2=A *d 2J kg J(5)或Pl p21 u2m液柱(6)H f -gd 2g式中：d圓形直管的管徑，m；l圓形直管的長度，m；扎摩擦系數(shù)，無因次。大量實驗研究表明：摩擦系數(shù)與流體的密度和粘度，管徑d、流速u 和管壁粗糙度；有關。應用因次分析的方法，可以得出摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)和管壁 相對粗糙度；/d存在函數(shù)關系，即d通過實驗測得和Re數(shù)據(jù)，可以在雙對數(shù)坐標上標繪出實驗曲線。當 Rev 2000時，摩擦系數(shù)與管壁粗糙度；無關。當流體在直管中呈湍流時，不僅與 雷諾數(shù)有關，而且與管壁相對粗糙度有關。當流體流過管路系統(tǒng)時，因遇各種管件、閥門和測量儀表等而產(chǎn)生局部阻

32、力， 所造成的能量損失（壓頭損失），有如下一般關系式：22hf = u（J kg ） ;H f = u（m 液柱）。22g式中：u 連接管件等的直管中流體的平均流速，ms ;局部阻力系數(shù)無因次。由于造成局部阻力的原因和條件極為復雜，各種局部阻力系數(shù)的具體數(shù)值， 都需要通過實驗直接測定。三、實驗裝置（實驗儀 CEA F03型）本實驗裝置主要是由循環(huán)水系統(tǒng)（或高位穩(wěn)壓水槽）、試驗管路系統(tǒng)和高位 排氣水槽串聯(lián)組合而成。每條測試管的測壓口通過轉換閥組與壓差計連通。壓差由一倒置U形水柱壓差計顯示?？装辶髁坑嫷淖x數(shù)由另一倒置U形水柱壓差計顯示。該裝置的流程如圖1所示。XK一 L詬亍厶圖1管路流體阻力實驗裝

33、置流程1. 循環(huán)水泵；2.光滑試驗管；3.粗糙試驗管；4.擴大與縮小試驗管；5.孔板 流量計；6閥門；7.轉換閥組；8.高位排氣水槽。試驗管路系統(tǒng)是由五條玻璃直管平行排列，經(jīng)U形彎管串聯(lián)連接而成。每條直管上分別配置光滑管、粗糙管、驟然擴大與縮小管、閥門和孔板流量計。每 根試驗管測試段長度，即兩測壓口距離均為 0.6m。流程圖中標出符號G和D分 別表示上游測壓口（高壓側）和下游測壓口（低壓側）。測壓口位置的配置，以 保證上游測壓口距U形彎管接口的距離，以及下游測壓口距造成局部阻力處的 距離，均大于50倍管徑。作為試驗用水，用循環(huán)水泵或直接用自來水由循環(huán)水槽送入試驗管路系統(tǒng)， 由下而上依次流經(jīng)各種

34、流體阻力試驗管， 最后充入高位排氣水槽。由高位排氣水 槽溢流出來的水，返回循環(huán)水槽。水在試驗管路中的流速，通過調節(jié)閥加以調節(jié)。流量由試驗管路中的孔板流 量計測量，并由壓差計顯示讀數(shù)。四、實驗方法實驗前準備工作須按如下步驟順序進行操作:（1）先將水灌滿循環(huán)水槽，然后關閉試驗導管入口的調節(jié)閥，再啟動循環(huán) 水泵。洋運轉正常后，先將試驗導管中的旋塞閥全部打開， 并關閉轉換閥組中的 全部旋塞，然后緩慢開啟試驗導管的入口調節(jié)閥。 當水流滿整個試驗導管，并在 高位排氣水槽中有溢流水排出時，關閉調節(jié)閥，停泵。（2）檢查循環(huán)水槽中的水量，一般需要再補充些水，防止水面低于泵吸入 口。（3）逐一檢查并排除試驗導管和

35、聯(lián)接管線中可能存在的空氣泡。排除空氣泡的方法是，先將轉換閥組中被栓一組測壓口旋塞打開，然后打開倒置U形水柱壓差計頂部的放空閥，直至排盡空氣泡再關閉放空閥，必要時可在流體流動狀 態(tài)下，按上述方法排除空氣泡。（4）調節(jié)倒置U形壓差計的水柱高度。先將轉換閥組上的旋塞全部關閉，然后打開壓差計頂部放空閥，再緩慢開啟轉換閥組中的放空閥，這時壓差計中液 面徐徐下降。當壓差計中的水柱高度居于標尺中間部位時， 關閉轉換閥組中的放 空閥。為了便于觀察，在臨實驗前，可由壓差計頂部的放空處，滴入幾滴紅墨水， 將壓差計水柱染紅。（5）在高位排水槽中懸掛一支溫度計，用以測量水的溫度。（6）實驗前需對孔板流量計進行標定，作

36、出流量標定曲線。實驗測定時，按如下步驟進行操作：（1）先檢查試驗導管中旋塞是否置于全開位置，其余測壓旋塞和試驗系統(tǒng) 入口調節(jié)閥是否全部關閉。檢查畢啟動循環(huán)水泵。（2）待泵運轉正常后，根據(jù)需要緩慢開啟調節(jié)閥調節(jié)流量，流量大小由孔 板流量計的壓差計顯示。（3）待流量穩(wěn)定后，將轉換閥組中，與需要測定管路相連的一組旋塞置于 全開位置。這時測壓口與倒置 U形水柱壓差計接通，即可記錄由壓差計顯示出 壓強降。（4）當需改換測試部位時，只需將轉換閥組由一組旋塞切換為喂組旋塞。 例如，將G1和D1 一組旋塞關閉，打開另一組 G2和D2旋塞。這時，壓差計與 G1和D1測壓口斷開，而與G2和D2測壓口接通，壓差計顯

37、示讀數(shù)即為第二支 測試管的壓強降。以此類推。（5）改變流量，重復上述操作，測得各試驗導管中不同流速下的壓強降。（6）當測定旋塞在同一流量不同開度的流體阻力時，由于旋塞開度變小， 流量必然會隨之下降，為了保持流量不變，需將入口調節(jié)閥作相應調節(jié)。（7）每測定一組流量與壓強降數(shù)據(jù)，同時記錄水的溫度。實驗注意事項：（1）實驗前務必將系統(tǒng)內存留的氣泡排除干凈，否則實驗不能達到預期效（2）若實驗裝置旋轉不用時，尤其是冬季，應將管路系統(tǒng)和水槽內水排放 干凈。五、實驗結果（1）實驗基本參數(shù) 試驗導管的內徑 試驗導管的測試段長度 粗糙管的粗糙度 粗糙管的相對粗糙度 孔板流量計的孔徑 旋塞的孔徑（2）流量標定曲線

38、（3）實驗數(shù)據(jù) 列出表中各項計算公式。（5）標繪Re- 實驗曲線d = 17 mml =600mmmm/ddodvmmmm實驗十三離心泵實驗一、實驗目的在化工廠或實驗室中，經(jīng)常需要各種輸送機械用來輸送流體。根據(jù)不同使用 場合和操作要求，選擇各種型式的流體輸送機械。離心泵是其中最為常用的一類 流體輸送機械。離心泵的特性由廠家通過實驗直接測定， 并提供給用戶在選擇和 使用泵時參考。本實驗采用單級單吸離心泵裝置，實驗測定在一定轉速下泵的特性曲線。通 過實驗了解離心泵的構造、安裝流程和正常的操作過程，掌握離心泵各項主要特 性及其相互關系，進而加深對離心泵的性能和操作原理的理解。二、實驗原理離心泵主要特

39、性參數(shù)有流量、揚程、功率和效率。這些參數(shù)不僅表征泵的性 能，也是選擇和正確使用泵的主要依據(jù)。1.泵的流量泵的流量即泵的送液能力，是指單位時間內泵所排出的液體體積。泵的流量 可直接由一定時間t內排出液體的體積V或質量m來測定。即Vs 二 *m3 s(1)或Pt(2)若泵的輸送系統(tǒng)中安裝有經(jīng)過標定的流量計時，泵的流量也可由流量計測 定。當系統(tǒng)中裝有孔板流量計時，流量大小由壓差計顯示，流量 Vs與倒置U形 管壓差計讀數(shù)R之間存在如下關系：31Vs =CoS。2gR m s(3)式中，Co 孔板流量系數(shù)；S0 孔板的銳孔面積，m2;2. 泵的揚程若以泵的壓出管路中裝有壓力表處為 B截面，以及入管路中裝

40、有真空表處 為A截面，并在此兩截面之間列機械能衡算式，則可得出泵揚程He的計算公式:=Ho2 2Pb - Pa . U B -U A巾2g(4)式中Pb由壓力表測得的表壓強，Pa；Pa 由真空表測得的真空度，Pa；Ho A、B兩個截面之間的垂直距離，m；uA A截面處的液體流速， ms ;Ub B截面處的液體流速，ms，。在單位時間內，液體從泵中實際所獲得的功，即為泵的有效功率。若測得泵 的流量為V m-s 1，揚程為He， m，被輸送液體的密度為Ne=VsHegW( 5)泵軸所作的實際功率不可能全部為被輸送液體所獲得， 其中部分消耗于泵內 的各種能量損失。電動機所消耗的功率又大于泵軸所作出的

41、實際功率。電機所消 耗的功率可直接由輸入電壓U和電流I測得，即N 二UlW(6)4.泵的總效率Ne泵的總效率可由測得的泵有效功率和電機實際消耗功率計算得出，即(7)這時得到的泵的總效率除了泵的效率外，還包括傳動效率和電機的效率。5.泵的特性曲線上述各項泵的轉性參數(shù)并不是孤立的， 而是相互制約的。因此，為了準確全 面地表征離心泵的性能，需在一定轉速下，將實驗測得的各項參數(shù)即：He、N、 與V,之間的變化關系標繪成一組曲線。這組關系曲線稱為離心泵特性曲線，如圖1所示。離心泵特性曲線對離心泵的操作性能得到完整的概念，并由此可確定泵的最適宜操作狀態(tài)。圖1離心泵特性曲線-/v7w 廠SO通常，離心泵在恒

42、定轉速下運轉，因此泵的特性曲線是在一定轉速下測得的。 若改變了轉速，泵的特性曲線也將隨之而異。泵的流量V、揚程He和有效功率Ne 與轉速 之間，大致存在如下比例關系：CEA F05 型)(8)三、實驗裝置（實驗儀本實驗裝置主體設備為一臺單級單吸離心水泵。為了便于觀察，泵殼端蓋用 透明材料制成。電動機直接連接半敞式葉輪。離心泵與循環(huán)水槽、分水槽和各種 測量儀表構成一個測試系統(tǒng)。實驗裝置及其流程如圖 2所示。圖2離心泵實驗儀流程圖1.循環(huán)水槽；2.底閥；3.離心泵；4.真空表；5.注水槽；6.壓力表；7.調節(jié) 閥；8.孔板流量計；9.分流槽；10.電流表；11.調壓變壓器；12.電壓表；13.倒

43、置U形管壓差計。泵將循環(huán)水槽中的水，通過汲入導管汲入泵體的在汲入導管上端裝有真空 表，下端裝有底閥（單向閥）。底閥的作用是當注水槽向泵體內注水時，防止水 的漏出。水由泵的出口進入壓出導管。壓出導管沿程裝有壓力表、調節(jié)閥和孔板流量 計。由壓出導管流出的水，用轉向彎管送入分流槽。分流槽分為二格，其中一格 的水可流出用以計量，另一格的水可流回循環(huán)槽。根據(jù)實驗內容不同可用轉向彎 管進行切換。四、實驗方法在離心泵性能測定前，按下列步驟進行啟動操作：（1）充水。打開注水槽下的閥門，將水灌入泵內。在灌水過程中，需打開調節(jié)閥，將泵內空氣排除。當從透明端蓋中觀察到泵內已灌滿水后，將注水閥門關閉。（2）啟動。啟動

44、前，先確認泵出口調節(jié)閥關閉，變壓器調回零點，然后合 閘接通電源。緩慢調節(jié)變壓器至額定電壓（220V），泵即隨之啟動。（3）運行。泵啟動后，葉輪旋轉無振動和噪聲，電壓表、電流表、壓力表 和真空表指示穩(wěn)定，則表明運行已經(jīng)正常，即可投入實驗。實驗時，逐漸分步調節(jié)出口調節(jié)閥。每調定一次閥的開啟度，待狀況穩(wěn)定后， 即可進行以下測量：（1） 將出水轉向彎頭由分水槽的回流格撥向排水格同時， 用秒表計取時間， 用容器取一定水量。用稱量或量取體積的方法測定水的體積流率。 （這時要接好 循環(huán)水槽的自來水源）。（2）從壓強表和真空表上讀取壓強和真空度的數(shù)值。（3）記取孔板流量計的壓差計讀數(shù)。（4）從電壓表和電流表上

45、讀取電壓和電流值。實驗完畢，應先將泵出口調節(jié)閥關閉，再將調壓變壓器調回零點，最后再切 斷電源。五、實驗結果1.基本參數(shù)（1）離心泵流量：Vs _20L.mm楊程：He _5m（H2。）功率：N -120W轉速：1n = 2800r. min（2）管道吸入導管內徑：dj =20.8mm壓出導管內徑：d2 =20.8mmA、B兩截面間垂直距離：H 0 =mm（3）孔板流量計銳孔直徑：d0 =14 mm 導管內徑：dj =20.8mm（2）將實驗數(shù)據(jù)標繪成孔板流量計的流量標定曲線，并求取孔板流量計的 孔流系數(shù)。（3）將實驗數(shù)據(jù)整理結果標繪成離心泵的特性曲線。實驗十四傳熱實驗、實驗目的在工業(yè)生產(chǎn)或實驗

46、研究中，常遇到兩種流體進行熱量交換，來達到加熱或冷 卻之目的。為了加速熱量仁慈過程，往往需要將流體進行強制流動。對于在強制對流下進行的液-液熱交換過程，曾有不少學者進行過研究，并 取得了不少求算傳熱膜系數(shù)的關聯(lián)式。這些研究結果都是在實驗基礎上取得的。 對于新的物系或者新的設備，仍需要通過實驗來取得傳熱系數(shù)的數(shù)據(jù)及其計算 式。本實驗的目的，是測定在套管換熱器中進行的液-液熱交換過程的傳熱總系 數(shù)，流體在圓管內作強制湍流時的傳熱膜系數(shù)。以及確立求算傳熱系數(shù)的關聯(lián)式。 同時希望通過本實驗，對傳熱過程的實驗研究方法有所了解， 在實驗技能上受到 一定的訓練，并對傳熱過程基本原理加深理解。二、實驗原理冷熱

47、流體通過固體壁所進行的熱交換過程， 先由熱流體把熱量仁慈給固體壁 面，然后由固體壁面的一側傳向另一側， 最后再由壁面把熱量傳給冷流體。 換言 之，熱交換過程即為給熱 導熱 給熱三個串聯(lián)過程組成。若熱流體在套管熱交換器的管內流過，而冷流體在管外流過，設備兩端測試 點上的溫度如圖1所示。則在單位時間內熱流體向冷流體仁慈的熱量， 可由熱流 體的熱量衡算方式來表示：圖1套管熱交換器兩端測試點的溫度Q-maCp-T? Js4(1)就整個熱交換而言，由傳熱速率基本方程經(jīng)過數(shù)學處理，可得計算式為Q 二 KA Tm J s4(2)式中：Q傳熱速率，Js，或W;ma熱流體的質量流率，kg s ;Cp熱流體的平均

48、比熱容，是Jkg1 K* ;T 熱流體的溫度，K;T 冷流體的溫度，K;Tw 固體壁面溫度，K;K 傳熱總系數(shù)，W-m 2 K JA 熱交換面積，m2;-Tm兩流體間的平均溫度差，K o(符號下標1和2分別表示熱交換器兩端的數(shù)值)若盯和汀2分別為熱交換器兩端冷熱流體之間的溫度差，即汀1 二 Ti -T；(3);汀2 二 T2 -T2(4)則平均溫度差可按下式計算:(6)。由(1)2時，肱(5);當誥勁.t2和(2)兩式聯(lián)立求解，可得傳熱總系數(shù)的計算式:JlT2.Ti In.T2(7)(8)KmsCp T1 -T2K MTm就固體壁面兩側的給熱過程來說，給熱速率基本方程為Q = ： 1Aw T

49、-TwQ pAwTw -T根據(jù)熱交換兩端的邊界條件，經(jīng)數(shù)學推導，同理可得管內給熱過程的給熱速 率計算式Q = ： 1Qw(9)式中：?1與分別有示固體壁兩側的傳熱膜系數(shù)，W- m 2 k;2Aw與Aw 分別表示固體壁兩側的內壁表面積和外壁表面積，m ;T2與Tw分別表示固體壁兩側的內壁面溫度和外壁面溫度，K;UTm 熱流體與內壁面之間的平均溫度差；K o熱流體與管內壁面之間的平均溫度差可按下式計算：當 _Tw12 時 ，T - 丁1 _Tw1 _ T2 _Tw2( 10)(T2 -Tw2 )In 6 _Tw1 )(T2 -Tw2 )當 T1 -幾 2 時 T = T1 -Tw1 - T2 -T

50、w2( 11)T2 _Tw2mT1 -Tw1(T2 - Tw2 )學習好資料歡迎下載由（1）和（9）式聯(lián)立求解可得管內傳熱膜系數(shù)的計算式為msC p T1 -T2Awl =Tm2 1W- m 2 K 1式中:Nu努塞爾準數(shù)（Nusselt numbe）;同理也可得到管外給熱過程的傳熱膜系數(shù)的類同公式。流體在圓形直管內作強制對流時，傳熱膜系數(shù)：與各項影響因素（如：管內 徑d,m ；管內流速u , ms ；流體密度，kg m 3;流體粘度二，Pas；定壓比 熱溶，Cp , J kg J K J和流體導熱系數(shù) , WmK _1 ）之間的關系可關聯(lián)成如 下準數(shù)關聯(lián)式：(13)Nu =aRem Prnd

51、uC pJ 、Re =雷諾準數(shù)(Reynolds numbe) ; Pr =普蘭特準數(shù)(Prandtl number）。上列關聯(lián)式中系數(shù)a和指數(shù)m,n的具體數(shù)值，通過實驗來測定。實驗測得a、 m、n數(shù)值后，則傳熱膜系數(shù)即可由該式計算。例如：當流體在圓形直管內作強制湍流時，Re 10000 ; Pr=0.7160 ; l/d 50。 則流體被冷卻時，:值可按下列公式求算：Nu =0.023Re0 Pr0.3 (13.a) 流體被加熱時N0.023Re08 Pr0.4 (14.a)當流體在套管環(huán)隙內作強制湍流時，上列各式中 d用當量直徑de替代即可 各項物性常數(shù)均取流體進出口平均溫度下的數(shù)值。、實

52、驗裝置（CEA H01型實驗儀）本實驗裝置主要由套管熱交換器、恒溫循環(huán)水槽、高位穩(wěn)壓水槽以及一系列 測量和控制儀表所組成，裝置流程如圖 2所示圖2套管換熱器液-液熱交換實驗裝置流程套管熱交換器由一根 12X 1.5mm勺黃銅管作為內管，20X 2.0mm勺有機玻 璃管作為套管所構成。套管熱交換器外面再套一根 32 X 2.5mmt機玻璃管作為 保溫管。套管熱交換器兩端測溫點之間距離(測試段距離)為 1000mm。每個檢 測端面上在管內、管外和管壁內設置三支銅-康銅熱電偶， 并通過轉換開關與數(shù) 字電壓表相連接，用以測量管內、管外的流體溫度和管內壁的溫度。熱水由循環(huán)水泵從恒溫水槽送入管內， 然后經(jīng)轉子流量計再返回槽內。恒溫 循環(huán)水柄中用電熱器補充熱水在熱交換器中移去的熱量，并控制恒溫。冷水由自來水管直接送入高位穩(wěn)壓水槽再由穩(wěn)壓水槽流經(jīng)轉子流量計和套管的環(huán)隙空間。高位穩(wěn)壓水槽排出的溢流水和由換熱管排出被加熱后的水，均排入下水道。四、實驗方法實驗前準備工作(1) 向恒溫循環(huán)水槽灌入蒸餾水或軟水，直至溢流管有水溢出為止