化工原理實(shí)驗(yàn)思考題答案

化工原理實(shí)驗(yàn)思考題答案HENsystemofficeroom【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】化 工 原 理 實(shí) 驗(yàn) 思 考 題實(shí)驗(yàn)一：柏努利方程實(shí)驗(yàn)1．關(guān)閉出口閥，旋轉(zhuǎn)測(cè)壓管小孔使其處于不同方向（垂直或正對(duì)流向），觀測(cè)并記錄各測(cè)壓管中的液柱高度H并回答以下問(wèn)題：H理意義是什么？答：在關(guān)閉出口閥情況下，各測(cè)壓管無(wú)論如何旋轉(zhuǎn)液柱高度H無(wú)任何變化。這一現(xiàn)象H動(dòng)

u22

0，流體沒(méi)有運(yùn)動(dòng)就不存在阻力，即Σh=0，W=0，此時(shí)該f e式反映流體靜止?fàn)顟B(tài)見(jiàn)（P31）。這一液位高度的物理意義是總能量（總壓頭）。A、B、C、D、E答：A、B、C、D、E（排除測(cè)量基準(zhǔn)和人為誤差）現(xiàn)象說(shuō)明各測(cè)壓管總能量相等。2．H/并回答以下問(wèn)題：H/值的物理意義是什么？答：當(dāng)測(cè)壓管小孔轉(zhuǎn)到正對(duì)流向時(shí)H/值指該測(cè)壓點(diǎn)的沖壓頭H/；當(dāng)測(cè)壓管小孔轉(zhuǎn)到H/

沖

=H/

-H/。靜HH/各值之差，并分析其原因。

動(dòng) 沖 靜H＞H/H/H/值，原因顯然是各點(diǎn)總能量相等的前提下減去上、下游相鄰測(cè)壓點(diǎn)之間的流體阻力損失Σhf致。HH/差值越大？答：離水槽越遠(yuǎn)流體阻力損失Σhf

就越大，就直管阻力公式可以看出H

lu2

l呈正比。f d 23.當(dāng)流量計(jì)閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，將測(cè)壓管小孔轉(zhuǎn)到垂直或正對(duì)流向，觀察其的液位高度u2 u2 u2 p p l u2Hc d ab cd ab H AC2 2 2 f d 2截面流速大小。答：注：Ad=(m);CAVs4uA半3600d2

0.08436000.01452

0.135 （m/s）A點(diǎn)全開(kāi)時(shí)的流速：u

Vs4

0.16

0.269 （m/s）A全 3600d2 36000.01452C點(diǎn)半開(kāi)時(shí)的流速：uCuc

Vs43600d Vs43600d

0.08436000.0122 0.16436000.0122

0.1965 （m/s）0.393 （m/s）實(shí)驗(yàn)二：雷諾實(shí)驗(yàn)1.根據(jù)雷諾實(shí)驗(yàn)測(cè)定的讀數(shù)和觀察流態(tài)現(xiàn)象，列舉層流和湍流臨界雷諾準(zhǔn)數(shù)的計(jì)算過(guò)程，并提供數(shù)據(jù)完整的原始數(shù)據(jù)表。答：根據(jù)觀察流態(tài)，層流臨界狀態(tài)時(shí)流量為90（l/h）90103體積流量： Vs

2.5105(m3/s)3600V 2.51054流速： u s 0.1514(m/s)A 0.01452雷諾準(zhǔn)數(shù)： Re

0.01450.1514998.7319731.111103根據(jù)觀察流態(tài)，湍流臨界狀態(tài)時(shí)流量為174（l/h）174103體積流量： Vs

4.83105(m3/s)3600V 4.831054流速： u s 0.29269(m/s)A 0.01452雷諾準(zhǔn)數(shù)： Re

0.01450.29269998.7338151.111103所述。2．根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察到的流態(tài)，層流和湍流臨界雷諾準(zhǔn)數(shù)值與公認(rèn)值有無(wú)差距？原因何在？墨水的注入量控制不當(dāng)以及人為干擾產(chǎn)生的震動(dòng)等。3．根據(jù)雷諾準(zhǔn)數(shù)表示式，你認(rèn)為在什么條件下可以只用流速來(lái)判斷流動(dòng)型態(tài)（如層流、湍流）？、ρ、可知，在同一臺(tái)實(shí)驗(yàn)裝置（d，且管子不變），水的溫度不變（即水的密度和黏度不變）不變時(shí)，可以依據(jù)前次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷流態(tài)。實(shí)驗(yàn)三管道流體阻力的測(cè)定RR與阻力的關(guān)系為：H（J/kg）

f f f20℃，水銀的密度ρ=13590（kg/m3）水的密度ρ=（kg/m3）Hg H2O證明如下：

H A BRf B

g13590998.2R998.2

g12.6R gf什么？答：測(cè)得的壓差不代表流體通過(guò)流量計(jì)的永久阻力損失。流量計(jì)測(cè)得的壓差面由流體流經(jīng)孔板產(chǎn)生的永久阻力1生一定的阻力。2實(shí)驗(yàn)裝置各壓差計(jì)上的“平衡閥”（旁通閥）有何作用？在什么狀況下進(jìn)行開(kāi)啟或關(guān)閉操作？答：平衡閥用以調(diào)節(jié)壓差計(jì)兩臂液柱的平衡。在實(shí)驗(yàn)裝置啟動(dòng)運(yùn)行或結(jié)束實(shí)驗(yàn)時(shí)，平衡閥應(yīng)該處在開(kāi)啟狀態(tài)；在實(shí)驗(yàn)裝置檢驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)空氣是否排凈或測(cè)量阻力數(shù)據(jù)是平衡閥應(yīng)該處在關(guān)閉狀態(tài)。1Hf

和摩擦系數(shù)H和局部阻力系數(shù)ζ的計(jì)算過(guò)程，并提供數(shù)據(jù)完整f的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表及用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)繪制一般湍流區(qū)內(nèi)u~R關(guān)系曲線。答：計(jì)算條件 差壓計(jì)指示液及水的密度：ρHg實(shí)驗(yàn)溫度 20℃ ρH2O

13950kg/m3 ρCCl4kg/m3

1596kg/m3實(shí)驗(yàn)裝置提供的有關(guān)系數(shù)： a= Hf

；摩擦系數(shù)λ值。f

；局部阻力系數(shù)ζ值。t（℃）20d（m）L1（m）L2（m）阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖表 2007年t（℃）20d（m）L1（m）L2（m）實(shí)驗(yàn)條件R(cmHg) u(m/s)R(cmHg) u(m/s)Rf1(cmCCl4)Hf1(J/kg)Rf2(cmHg)Hf2(J/kg）ρ(kg/m3)μ(cp) Reλζ如何檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置中的空氣已經(jīng)排凈?答：排空氣操作后，在離心泵運(yùn)行的狀態(tài)下，關(guān)閉管路中的流量調(diào)節(jié)閥和各壓差計(jì)上的平衡閥，觀察各壓差計(jì)上的讀數(shù)為0是時(shí)，表示系統(tǒng)內(nèi)的空氣已經(jīng)排凈。實(shí)驗(yàn)四離心泵特性曲線的測(cè)定Q（m3/s）下的實(shí)際揚(yáng)程iH；軸功率N；總效率η的計(jì)算過(guò)程，并提供數(shù)據(jù)完整的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算結(jié)果表和繪制特性曲線圖。答：計(jì)算條件： 進(jìn)出口壓力、真空表間的垂直距離h=（m）；按η=1計(jì)d1

=（m） d2

O 傳=（m）1194η與電機(jī)輸入功率（W）曲線圖，查得電機(jī)效率據(jù)表你列如下。計(jì)算示例：

（%）數(shù)電a.

=格數(shù)1

×C=48×40=1920（W） 計(jì)算結(jié)果表你列如下。1d2 d2uQ 11 4

u Q 12 42.304103 9.6110444b流速計(jì)算 5.8167103 5.8167103443.2

m3/s

m3/sPP u2u2H h 2 1 2 10 g 2gc.揚(yáng)程計(jì)算

0.1251.151052.5104

7.7123.2216.9m

10009.81 2

He1

gQ 1031N N

1 N1 電機(jī)1

電機(jī)

傳 16.99.815.8167d.軸功率計(jì)算

192079.9% e.總效率計(jì)算 1534.08

1534.08同理其他數(shù)據(jù)按以上公式計(jì)算得表內(nèi)結(jié)果：

62.86%次序參數(shù)流量積算儀讀數(shù)流量次序參數(shù)流量積算儀讀數(shù)流量Q 壓力表讀數(shù)真空表讀數(shù)功率表電機(jī)輸入功電機(jī)效率 揚(yáng)程H（l/s）（MPa）（MPa）（格數(shù)）（W）η（%）（MHO）軸功率N 泵總效（W） η（%）電 2（m3/h）11920218803184041800517806166071520813609124010108011940離心泵啟動(dòng)前為何要引水灌泵？若灌泵后仍不能正常運(yùn)行，你認(rèn)為是什么原因？倘若灌泵后仍不能正常運(yùn)行，原因有幾個(gè)方面：a底閥銹蝕不能自動(dòng)打開(kāi)，b污物堵塞，c水面上方至泵腔明顯的空氣泄漏點(diǎn)，d揚(yáng)程。答：根據(jù)示意圖按柏努利方程分析可知：z、z保持不變，大氣PP0

0 1/(g)不變。u2 u2兩截面間的動(dòng)能0 和1 將同步提2g 2g高。0-0、1-1WH。e e由于流體的能量損失與動(dòng)能成 正比，流量越大u22

越大，Hf

響應(yīng)增大，因此P1減g

小，即P1

減?。ㄕ婵斩仍龃螅?。能否在離心泵的進(jìn)口管處安裝調(diào)節(jié)閥？為什么？出現(xiàn)增加葉輪汽蝕可能性。5．兩臺(tái)同型號(hào)的離心泵并聯(lián)，其流量能否增加一倍？若兩泵串聯(lián)，其揚(yáng)程能否增加一倍？答：由于流量的增大使管路阻力增加，因此兩臺(tái)同型號(hào)的離心泵并聯(lián)后的總流量必然低于原單臺(tái)泵流量的兩倍。兩臺(tái)泵串聯(lián)操作的總壓頭必然低于單臺(tái)泵壓頭的兩倍。實(shí)驗(yàn)五板框壓濾機(jī)過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定K1

K2VeVe；過(guò)濾介質(zhì)的當(dāng)量過(guò)濾時(shí)間。并提供數(shù)1 2 1 2據(jù)完整的原始數(shù)據(jù)表。答：a.原始數(shù)據(jù)記錄表過(guò)濾介質(zhì)（濾布）直徑d=120mm，數(shù)量2塊。0.122總過(guò)濾面積：A2 2.2621024

（m2） 2==×10-4過(guò)濾常數(shù)計(jì)算：100kPa組 120kPa組K=2/S·A2=2/·×10-2)2 K=2/S·A2=2/·×10-41 2=（m3/s） =（m3/s）過(guò)濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積：V=I/S=－=－（m3） V=I/S=－=－（m3）e e過(guò)濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液時(shí)間：θ=V2/K·A2=－·×10-4 θ=V2/K·A2=－·×10-4e e e e項(xiàng)目次序?qū)?驗(yàn) 組數(shù)項(xiàng)目次序?qū)?驗(yàn) 組數(shù)ⅠⅡ壓力（表壓）kPa=100kPa1=120kPa2（l）（l）（l）（s）（s）濾液體積相鄰V差算術(shù)平均過(guò)濾時(shí)間 Δθ 過(guò)濾時(shí)間 Δθ VΔV值?θ（s）（s/l）θ（s）（s/l）100000234567891011121314151617181920在過(guò)濾初始階段，為什么可見(jiàn)濾液是由渾濁變清？答：過(guò)濾介質(zhì)中微孔通道的直徑可能大于懸浮液中部分顆粒直徑，因此，過(guò)濾初期會(huì)有一些小顆粒穿過(guò)而使濾液渾濁，但是顆粒會(huì)在孔道中迅速地發(fā)生“架橋”現(xiàn)象，使小于孔道直徑的細(xì)小顆粒也能被攔截，并開(kāi)始形成濾餅，由此濾液變清，過(guò)濾才有效進(jìn)行。請(qǐng)闡述板框壓濾機(jī)的優(yōu)、缺點(diǎn)和適用場(chǎng)合。答：板框壓濾機(jī)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、占地面積較小過(guò)濾面積較小，操作強(qiáng)度高，適應(yīng)能力強(qiáng)。缺點(diǎn)；間歇操作，生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，濾布損耗也比較快。適應(yīng)與中小規(guī)模的生產(chǎn)場(chǎng)合。實(shí)驗(yàn)板框壓濾機(jī)的操作分哪幾個(gè)階段？答:按實(shí)驗(yàn)要求配制濾漿 濾漿攪拌 開(kāi)泵將濾漿打入衡壓罐并攪拌 組裝框壓濾機(jī) 衡壓罐加壓將濾漿按實(shí)驗(yàn)設(shè)定的壓力打入板框壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾對(duì)設(shè)定的單位濾液量進(jìn)行計(jì)時(shí)并記錄 過(guò)濾結(jié)束用衡壓水罐的水對(duì)濾餅進(jìn)行清洗 打開(kāi)板框壓濾機(jī)取濾餅并對(duì)板框壓濾機(jī)及管路進(jìn)行清洗。若操作壓力提高一倍，過(guò)濾效率是否增加一倍？答:不。根據(jù)單位過(guò)濾面積獲得的濾液體積計(jì)算公式可知：q2K2kp1s，pk—濾漿特性常數(shù)，因此相同濾漿和時(shí)間qp不成倍數(shù)。

，結(jié)論：過(guò)濾效率與壓力成正比但實(shí)驗(yàn)六管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流傳熱膜系數(shù)的測(cè)定1.WNu的計(jì)算過(guò)程。注：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表tw為空氣進(jìn)口側(cè)換熱管壁溫，tw為空氣出口側(cè)換熱管壁溫2 1答：計(jì)算條件 質(zhì)量流量W（kg/s）； 換熱管內(nèi)徑d=－2×=×10－3m換熱管長(zhǎng)度 l=; 換熱管流通截面積 S（×10－3）2×=×10－4換熱面積A·d·lπ××10－3×=（m2）1T=80℃、T=℃；熱空氣進(jìn)、出口的算術(shù)平均溫度（定性溫1 2度）：T（80＋）÷2=（℃）平均=×10－5（Pa·s）Cpkg.℃導(dǎo)熱系數(shù)λ=×10-2(W/m·K)空氣進(jìn)、出口側(cè)對(duì)應(yīng)的換熱管管壁溫度t=℃、t=20℃w1 w2由于質(zhì)量流速u(mài)WS

質(zhì)量流量/流通截面，因此：du dW 25.81030.023求：該流量狀態(tài)下的雷諾值：Re

i i 55618i S 5.231042.04105QWCp(TT)0.0231008(8052.5)W該流量狀態(tài)下的努塞爾準(zhǔn)數(shù)：W

637.341 2t T t1 1 w1

t

46.533.58033.5 t m

1tln

2 46.5 39.65（℃)1ln146.5

oC

t 32.52t T t2 2 w2

Q

637.34

136.82 （W/）52.5 20

1 A

0.117539.6532.5 0C 1 m2．ReαW聯(lián)？α的因素太多，如：流體的種類和相變化；流體的特性（λ、μ、ρc流體溫度；流體的流動(dòng)狀態(tài)；流體流動(dòng)的原因；傳熱面的pWαRe情況下的α的關(guān)聯(lián)式。3．分析強(qiáng)化傳熱過(guò)程有哪些途徑？在不改變本系統(tǒng)中套管式換熱器型式的前提下，如何提高其傳熱速率？（P2294-43）可知，強(qiáng)化傳熱的m途徑有：1）既單位體積的傳熱面積）；2）增大傳熱溫差（提高載熱體m的溫度或降低冷流體的溫度；若兩流體溫度一定時(shí)，盡量采用逆流）；3）主要K值的計(jì)算公式可知（P227在上述各項(xiàng)熱阻中，應(yīng)重點(diǎn)降低主要熱阻數(shù)值。在不改變本系統(tǒng)中套管式換熱器型式的前提下，強(qiáng)化傳熱速率途徑可用螺紋管或翅片管代替原有的光滑管（P276）α增1大（即主要熱阻降低），K值有明顯的提高。實(shí)驗(yàn)七填料吸收塔的操作及體積吸收系數(shù)的測(cè)定1．根據(jù)實(shí)驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)提供原始數(shù)據(jù)表，列舉某一狀態(tài)下填料層壓力降的計(jì)算示例，表列完整的計(jì)算結(jié)果，并繪制答：原始數(shù)據(jù)記錄表大氣壓1030hPa 塔徑70mm 填料層高度39cm標(biāo)準(zhǔn)酸濃度 mol/l 環(huán)境度22℃1）噴淋密度：0表1～2空氣流量（m3/h）空氣壓力R（l/h）.2）噴淋密度：25 （cmCCl）4全塔壓差R全（cmHO）2流量計(jì)后空氣溫度（℃）填料層壓降ΔP226931183301382（Pa/m）4683空塔氣速u(mài)（m/s）U型差壓計(jì)讀左R數(shù)右R28（cmCCl）4空 空氣溫度 流量計(jì)氣 前流量計(jì) 38 38后

（m3/h）示U型差壓計(jì)讀左R 20數(shù) 右R氨 （cmCCl）4氣 氨氣溫度流量計(jì)讀數(shù)V示

325 325（l/h）尾氣溫度初（l）出 濕式流量計(jì)讀數(shù)V塔 （l） 尾

625標(biāo)準(zhǔn)硫酸溶液濃度M氣 a（mol/l）標(biāo)準(zhǔn)硫酸溶液用量Va（ml）塔底溶塔底溶液溫度（℃）液塔頂壓強(qiáng)U型差壓計(jì)讀數(shù)左右RR（表（cmHO）壓）2全塔壓U型差壓計(jì)讀左R強(qiáng)ΔP數(shù)（cmHO）右R用水量水流量計(jì)讀數(shù)V用水量水流量計(jì)讀數(shù)V示（l/h）2數(shù)據(jù)處理：塔內(nèi)流通截面 4

d20.78540.0720.003847m2P

R g水填料層單位壓降

Z0.00310009.810.39

同理各壓降計(jì)算結(jié)果見(jiàn)上1～2

u空塔氣速

75.46Pa/mQ3600536000.003847

同理各空塔氣速計(jì)算結(jié)果1～2

0.361m/sP R 頂 頂 水

gP0塔頂壓力 27.722.910210009.81103000103470.88PaP R g全 全 水全塔壓力 27.325.610210009.81166.77Pa塔底壓力 P底

P P頂

103470.88166.77103637.65PaP P

103470.88103637.65 系統(tǒng)總壓 P

頂2 底

2 103554.3Pa塔底溶液絕對(duì)溫度 T25.5273.15298.65K求亨利系數(shù)

lgE11.64819225.21237TE