化工原理試驗(yàn)

第3部分化工原理基本實(shí)驗(yàn)流體流動阻力的測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)學(xué)習(xí)管路阻力損失(hf)、管路摩擦系數(shù)(2、管件(閥件)局部阻力系數(shù)(Z的測定方法，并通過實(shí)驗(yàn)了解它們的變化規(guī)律，鞏固對流體阻力基本理論的認(rèn)識；(2)了解與本實(shí)驗(yàn)有關(guān)的各種流量測量儀表、壓差測量儀表的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和安裝方式，掌握其測量原理，學(xué)會其使用方法。3.1.2實(shí)驗(yàn)原理實(shí)際流體沿直管壁面流過時因粘性引起剪應(yīng)力，由此產(chǎn)生的阻力損失稱為直管阻力損失hfO流體流過管件、閥門或突然擴(kuò)大(縮小)時造成邊界層分離，由此產(chǎn)生的阻力稱為局部阻力。上述兩種阻力的測定原理如下：(1)直管阻力損失為了測定流體流過長為i、內(nèi)徑為d的直管的阻力損失，在其兩端安裝一個u形管壓差計。在壓差計的上、下游取壓面1-1與2-2間列伯努利方程：TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"T.p.u2 / .p.u2、 ,、h=gz+T+T-(gz+T+-) (3-1)f1p2 2p2對于水平等徑直管，有q=z2,u1=u2，所以h=Pi二P2 (3-2)fp流體流過直管的壓降由壓差計測定，即于是P1-P于是P1-P2二(p-p)gRi(p-p)gR

i

p(3-3)(3-4)因?yàn)閔f因?yàn)閔f6d5，所以在某一流量下摩擦系數(shù)可按下式計算:(3-5)心2d(p「p)gR

lu2(3-5)式中：P.、P——分別為直管阻力壓差計指示劑及流體的密度；R——U形壓差計讀數(shù)。根據(jù)因次分析，流體在直管內(nèi)湍流流動時摩擦系數(shù)為雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和管子相對粗糙度(/d)的函數(shù)，即工f(Re,。)=f(如,彳) (3-6)d日d(2)局部阻力根據(jù)局部阻力系數(shù)法，流體流過管件或閥門的阻力損失為(3-7)7，(P+Pgz)-(p+Pgz)(p'—P)gR'uu'2h=——1 1 2 2—二——i 二g(3-7)式中：p'、P——分別為局部阻力壓差計指示劑及流體的密度；R'——U形壓差計讀數(shù)。所以，在某一流量下閥件或者管件的局部阻力系數(shù)可按下式計算：(3-8)g_2(p'-p)gR

PUf2(3-8)根據(jù)式(3-4)?(3-8)，實(shí)驗(yàn)的組織方法是：在待測的直管段、管件(如大小頭、90o彎頭等)或者閥門(如閘閥、球閥等)兩端安裝U形管壓差計，在管路下游安裝出口閥，在直管段安裝流量計，再配以溫度計、管件、水槽等部件組成循環(huán)管路。實(shí)驗(yàn)裝置與流程本實(shí)驗(yàn)裝置由離心泵、渦輪流量計、水槽、U形壓差計等組成，其流程如圖3-1所示。圖3-1流體流動阻力實(shí)驗(yàn)裝置1—水槽；2一離心水泵；3—流量計；4—溫度計；5—閥件或管件；6一直管；7—底閥；8—控制閥；9—引水閥；10，11—排氣閥；12—平衡閥；13一總管排氣閥實(shí)驗(yàn)步驟(1)關(guān)閉控制閥，打開2個平衡閥，引水、灌泵、放氣，關(guān)閉功率表，啟動泵。(2)排出管路系統(tǒng)的氣體。a.總管排氣：先將控制閥全開，再關(guān)閉，如此反復(fù)3次，目的是排走總管中的部分氣體；然后打開總管排氣閥，開啟后再關(guān)閉，如此反復(fù)3次。b.引壓管排氣：開啟控制閥，對每個壓差計的2個排氣閥，先同時開啟再同時關(guān)閉，共反復(fù)3次。?? ??c.壓差計排氣：關(guān)閉2個平衡閥，對每個壓差計的2個排氣閥，先同時開啟后同時關(guān)閉，共反復(fù)3??????? ?? ??次。注意：在開啟排氣閥時眼睛要注視U型壓差計中的指示劑液面，防止指示劑沖出。(3)檢驗(yàn)排氣是否徹底。檢驗(yàn)方法：將控制閥全開，再全關(guān)，觀察U型壓差計讀數(shù)，若左右讀數(shù)相等，則可判斷系統(tǒng)排氣徹底;若左右讀數(shù)不等，則重復(fù)步驟(2)。(4)記錄數(shù)據(jù)。注意：a.由于系統(tǒng)的流量采用渦輪流量計計量，其小流量受到結(jié)構(gòu)的限制，所以從大流量做起，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確。b.由于Re在充分湍流區(qū)時，丸?Re的關(guān)系是水平線，所以在大流量時宜少布點(diǎn)；而Re比較小時，丸?Re的關(guān)系是曲線，所以小流量時應(yīng)多布點(diǎn)。(5)關(guān)閉出口閥，關(guān)閉功率表開關(guān)，停泵，打開平衡閥。3.1.5注意事項(1)排氣一定要徹底；(2)啟動泵前必須關(guān)閉引水閥；(3)引壓管和壓差計排氣時要同時開關(guān)排氣閥，注意安全，確保指示劑不從壓差計內(nèi)沖出；(4)合理安排實(shí)驗(yàn)點(diǎn)。數(shù)據(jù)記錄表3-1流體流動阻力測定實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表直管長度： m 管徑： mm 指示劑:閥門或管件類型： 管徑： mm 指示劑:水溫： ℃序號顯示儀讀數(shù)直管阻力壓差計局部阻力壓差計左右左右12345678910實(shí)驗(yàn)報告要求(1)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成見?Re數(shù)據(jù)表，在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪制力?Re曲線。???

(2)確定管件或閥門的阻力系數(shù)。思考題(1)如何選擇u形壓差計的指示液？(2)流量調(diào)節(jié)閥為何安裝在出口處的下端？(3)為了確定力與Re的函數(shù)關(guān)系要測定那些數(shù)據(jù)？宜選用什么儀器、儀表來測定？(4)為什么要進(jìn)行排氣操作？如何排氣？為什么操作失誤可能將U形壓差計中的水銀沖走？(5)不同管徑、不同水溫下測定的丸?Re數(shù)據(jù)能否關(guān)聯(lián)到一條曲線上，為什么？(6)以水為工作流體測定的丸?Re曲線能否用于計算空氣在直管內(nèi)的流動阻力，為什么？(7)兩段管線的管長、管徑、相對粗糙度及管內(nèi)流速均相同，一根水平放置，另一根傾斜放置。流體流過這兩段管線的阻力及管子兩端的壓差是否相同，為什么？3.2離心泵特性曲線的測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆x心泵的特性；(2)學(xué)習(xí)離心泵特性曲線的測定方法；(3)熟悉離心泵的操作方法和特性曲線的應(yīng)用;(4)正確掌握用作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)原理對一定類型的離心泵來說，泵的特性曲線主要是指在一定轉(zhuǎn)速下，泵的揚(yáng)程(He)、軸功率(Pa)和效率(n)與流量(qV)之間的關(guān)系。因?yàn)镻n=因?yàn)镻n=paPgqHe

V Pa(3.9)所以，要測定離心泵的特性曲線，最重要的是測定Hee?qV關(guān)系曲線。由于離心泵的結(jié)構(gòu)和流體本身的非理想性以及流體在流動過程中的種種阻力損失，迄今為止，還沒有人能推導(dǎo)出計算揚(yáng)程的純理論數(shù)學(xué)方程式。因此，不能通過理論方法直接獲得He?qV關(guān)系曲線。泵的工作點(diǎn)為管路特性曲線和泵特性曲線的交點(diǎn)，改變管路阻力(通過調(diào)節(jié)閥門開度)可使管路特性曲線上的工作點(diǎn)發(fā)生移動，再將一系列移動的工作點(diǎn)的軌跡連接起來，就得到泵的He?qV關(guān)系曲線，見圖3-2。圖3-2圖3-2泵的工作點(diǎn)原理圖圖3-3泵的結(jié)構(gòu)示意圖在泵的進(jìn)出口截面(圖3-3)間列機(jī)械能衡算式:h+Ph+P+U2+He=h+P+

1Pg2g 2pgU2—2.+Hf,1-2(3-10)(3-11)He="-2+h-h+”-上

PgPg 212g2g(3-11)其中(3-12)其中由式(3-9)、(3-11)和(3-12)可見，實(shí)驗(yàn)的組織方法是：在泵的進(jìn)、出口管上分別安裝真空表和壓力表，確定p1和p2；安裝溫度計測量流體溫度，從而確定流體的密度p在電機(jī)上安裝功率表計量電機(jī)輸入功率Pa；安裝流量計，確定流體的流速u；通過閥門控制流量；除以上儀表外，配上管件、水槽等部件組成循環(huán)管路。實(shí)驗(yàn)裝置與流程本實(shí)驗(yàn)裝置由水槽、離心泵、控制閥、流量計等組成，其流程如圖3-4所示。圖3-4泵特性曲線實(shí)驗(yàn)裝置1—水槽；2一離心泵；3-控制閥；4—真空表；5-電功率表；6-壓力表；7—溫度計；8—渦輪流量計；9—底閥；10一排氣閥；11—引水閥；12一排污閥實(shí)驗(yàn)步驟(1)關(guān)閉電功率表開關(guān)，關(guān)閉控制閥，引水、灌泵，待泵出口壓力穩(wěn)定后，關(guān)閉引水閥反復(fù)開、關(guān)?????泵體排氣閥，氣體被排盡后，關(guān)閉排氣閥。(2)啟動泵，接通電功率表。(3)采集數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)從大流量做起，在最大流量與最小流量(含最大流量與最小流量)之間采集10組以上數(shù)據(jù)。(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，停泵，關(guān)閉電功率表開關(guān)。注意事項(1)調(diào)節(jié)閥門開度后須等待3?5min方能讀取數(shù)據(jù)。(2)最大流量由管路特性與泵特性共同決定，指控制閥全開時的值。(3)因離心泵效率極值點(diǎn)會出現(xiàn)在大流量時，所以實(shí)驗(yàn)布點(diǎn)應(yīng)遵循大流量多布點(diǎn)，小流量少布點(diǎn)的規(guī)則。(4)實(shí)驗(yàn)中若發(fā)現(xiàn)流量顯示儀讀數(shù)達(dá)不到零，則可采用先將控制閥全開，再快速關(guān)閉控制閥，使流量顯示儀讀數(shù)為零，此讀數(shù)可能不久還會上升，仍為正常現(xiàn)象，上升的數(shù)據(jù)不采集，以零計。此時其余的儀表讀數(shù)不隨顯示儀讀數(shù)而改變。數(shù)據(jù)記錄表3-2離心泵特性曲線的測定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表水溫：℃ 兩測壓口間的垂直距離： mm泵的吸入口管徑： mm泵的壓出口管徑： mm序號顯示儀讀數(shù)真空表/MPa壓力表/MPa電功率表讀數(shù)12345678910實(shí)驗(yàn)報告要求(1)在直角坐標(biāo)系中繪制離心泵的特性曲線，注意必須說明實(shí)驗(yàn)介質(zhì)、實(shí)驗(yàn)溫度、泵的類型與轉(zhuǎn)速。(2)判斷該泵較為適宜的工作范圍。思考題(1)啟動離心泵前為什么要先灌水排氣？本實(shí)驗(yàn)裝置中的離心泵在安裝方面有何特點(diǎn)？(2)啟動離心泵前為什么要先關(guān)閉出口閥，待啟動后再逐漸開大？停泵時為什么也要先關(guān)閉出口閥？(3)離心泵的特性曲線是否與連接的管路系統(tǒng)有關(guān)？(4)離心泵的流量增大時，壓力表與真空表的數(shù)值將如何變化?為什么？(5)離心泵的流量是否可以通過泵的出口閥調(diào)節(jié)，為什么？(6)在什么情況下會出現(xiàn)“汽蝕”現(xiàn)象？汽蝕現(xiàn)象與氣縛現(xiàn)象有什么區(qū)別？(7)離心泵在其進(jìn)口管上安裝調(diào)節(jié)閥門是否合理？為什么？(8)試分析必須汽蝕余量與泵的安裝高度的區(qū)別。(9)已知某離心泵的必需汽蝕余量(NPSH)r=3.0m，如果選用密度比水輕的苯作介質(zhì)，那么必需汽蝕余量如何變化？為什么？

3.3過濾實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私膺^濾機(jī)的構(gòu)造、流程、操作原理，掌握過濾的操作方法;(2)測定恒壓過濾時的過濾常數(shù)K；(3)測定洗滌速率并驗(yàn)證最終速率和洗滌速率的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)原理恒壓過濾方程為：(3-13)V2-V12+2V(V-V)=KA2(t-T1)(3-13)或 q2-q2+2q(q-q)=K(T-T) (3-13a)1 e 1 1式中：A 過濾面積，m2；K 過濾常數(shù)，m2/s；q 單位過濾面積的濾液體積，q=V/A，m3/m2；q——-t1時間所得單位過濾面積的濾液體積，m3/m2；qe 單位過濾面積的虛擬濾液體積，qe=V/A，m3/m2；V——t時間內(nèi)的濾液體積，m3；Ve——虛擬的濾液體積，它是形成相當(dāng)于濾布阻力的一層濾餅時應(yīng)得到的濾液體 積，m3；t 過濾時間，s；t1——恒壓過濾前的過濾時間，s。對式(3-13a)微分可得(3-14)(3-15)并由此算出一dt 2 2(3-14)(3-15)并由此算出一———q+—qdqKKe上式表明dT/dq與q成直線關(guān)系，其斜率為2/K，截距為2qjK。為了便于實(shí)驗(yàn)測定，用At/Aq代替dt/dq。于是，式(3-14)可改寫為At 2 2————q+—qAqK Ke已知過濾面積，對待測的物料進(jìn)行恒壓過濾，測出一系列時刻(t)的累積濾液體積(V)，系列q(q=V/A)的值，從而得出一組對應(yīng)的At與Aq之值。與At/Aq對應(yīng)的q值應(yīng)為qm，而qm應(yīng)是相鄰兩次q的平均值，即

(3.16)然后在直角坐標(biāo)系中以qm為自變量（橫軸），(3.16)距為2qe/K。由此可求出K和qe。也可將式（3-13a）化為下式進(jìn)行求解以At以At/Aq為因變量（縱軸）作一直線；直線斜率為2/K，截 1q-qi(3-17)3.3.3實(shí)驗(yàn)裝置與流程(3-17)（1）板框過濾裝置（I）板框過濾裝置由過濾器、調(diào)料桶、貯漿罐、貯水桶、量筒等組成，其流程如圖3-5所示。圖3-5板框過濾實(shí)驗(yàn)裝置1—調(diào)料桶；2—貯漿罐；3—過濾器；4一濾液計量筒；5一貯水桶；6—壓縮空氣進(jìn)口閥；7一壓力表將料漿在調(diào)料桶內(nèi)調(diào)勻后，放入貯漿罐內(nèi)，由壓縮空氣將料漿壓入過濾器中，濾液排出量用量筒進(jìn)行計量，洗滌濾餅時用壓縮空氣將貯水桶中的水壓入過濾器進(jìn)行洗滌。操作壓力由壓力定值器控制（在老師的指導(dǎo)下調(diào)節(jié)）。（2）臥式圓形過濾裝置（II）臥式圓形過濾裝置由圓形過濾器、貯漿罐、泵、量筒等組成，其流程如圖3-6所示。圖3-6臥式圓形過濾裝置1一貯漿罐；2—循環(huán)泵；3—過濾器；4一濾液計量筒；5—加料口；6一循環(huán)閥；7—過濾閥；8—壓力表；9一排污閥將配好的料漿倒入貯漿罐內(nèi)，由泵將料漿送入過濾器中，濾液排出量用量筒進(jìn)行計量。3.3.4實(shí)驗(yàn)步驟（1）裝置⑴a.熟悉過濾實(shí)驗(yàn)的裝置與流程，檢查各閥門的啟閉是否正確，然后用碳酸鎂和水配制成料漿，其濃度在5%（質(zhì)量分率）左右。b.先濕透濾布，再將它裝于濾框上。安裝時濾布孔要對準(zhǔn)過濾器的孔道，表面要拉平整，不起皺紋，板和框的排列順序?yàn)椋悍窍礈彀逡粸V框一洗滌板一濾框一…。c.將料漿導(dǎo)入貯漿罐，開啟攪拌機(jī)，使料漿濃度均勻。d.啟動壓縮機(jī)，待壓縮機(jī)運(yùn)行正常后，調(diào)節(jié)空氣減壓閥，將壓力調(diào)至指定的工作壓力（減壓閥的壓力一般控制在0.1MPa）。e.開啟過濾閥開始過濾，用二只秒表交替記時，記下間隔過濾時間和濾液量，共記錄6組以上數(shù)據(jù)。f.如欲在不同的恒定壓力下進(jìn)行過濾實(shí)驗(yàn)，其料漿濃度大體上維持不變，并重復(fù)步驟c、d、e。g.待濾渣充滿濾框時即可停止過濾（以濾液量顯著減少到一滴一滴地流出為準(zhǔn)）。h.若需測定洗滌速度，則可在過濾終了時通入洗滌水，并記錄洗滌水量和時間。i.實(shí)驗(yàn)完畢，拆卸板框過濾器，將板框過濾器內(nèi)的濾渣放回調(diào)料桶，并清洗過濾器。（2）裝置（II）a.用碳酸鎂和水配制成料漿，其濃度在5%（質(zhì)量分率）左右，其體積約占貯漿罐的2/3；b.按正確的順序安裝過濾器；c.開啟貯漿罐和循環(huán)泵的出口閥，開啟循環(huán)泵，運(yùn)行約15min；d.關(guān)閉循環(huán)閥，開啟過濾閥，用二只秒表交替記時，記下間隔過濾時間和濾液量；e.待濾渣充滿濾框時即可停止過濾（以濾液量顯著減少到一滴一滴地流出為準(zhǔn)）；f.過濾結(jié)束后，將濾餅倒回配料桶，清洗過濾器。注意事項（1）板框過濾裝置a.應(yīng)在熟悉閥門、管路系統(tǒng)和板框壓濾機(jī)的構(gòu)造后方能進(jìn)行操作。b.通過調(diào)節(jié)減壓閥開度保持整個過濾過程的壓力穩(wěn)定。c.記錄數(shù)據(jù)之前，要根據(jù)過濾面積與量筒體積的大小，選定一個合適的AV值（一般取200mL）。（2）圓形過濾裝置a.安裝過濾器時必須做到順序正確，用力均勻。b.濾布要放平整。數(shù)據(jù)記錄表3-3過濾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表過濾面積： m2濾漿MgCO3的質(zhì)量分率： %序號時間At/s濾液量V/L12348實(shí)驗(yàn)報告要求(1)以累計濾液量q對時間T作圖；(2)以AT/Aq對qm作圖求出K、qe，并寫出完整的過濾方程式;(3)求出洗滌速度，并和最終過濾速率比較。思考題(1)為什么過濾開始時濾液常常有些渾濁，待過濾一段時間后才能澄清？Aq值取大一點(diǎn)好還是取小一點(diǎn)好？Aq與哪些因素有關(guān)？(3)濾漿濃度和過濾壓力對K值有何影響？(4)恒壓過濾時，欲增加過濾速率，可行的措施有哪些？(5)當(dāng)操作壓強(qiáng)增加一倍時，其K值是否也增加一倍？要得到同樣的濾液量，其過濾時間是否應(yīng)縮短半？3.4傳熱實(shí)驗(yàn)湍流下空氣-水對流給熱系數(shù)的測定3.4.1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)測定套管式換熱器的總傳熱系數(shù)K；(2)測定圓形直管內(nèi)對流給熱系數(shù)a,并學(xué)會用實(shí)驗(yàn)方法將流體在管內(nèi)強(qiáng)制對流時的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成包括a的準(zhǔn)數(shù)方程式。實(shí)驗(yàn)原理(1)測定總傳熱系數(shù)K根據(jù)傳熱速率方程式，有KQ(3-18)K二(3-18)AAtm實(shí)驗(yàn)時，若能測定或確定Q、Atm和A，則可測定K。a.傳熱速率Q "本實(shí)驗(yàn)為水與空氣間的換熱，忽略熱損失，根據(jù)熱量衡算，有Q=qhch(T1~T2)=qc(12-ti) (3-i9)式中：5c、cph——分別為水和空氣的定壓比熱容，J/(kg?K)；q：C、qmh——分別為水和空氣的質(zhì)量流量，kg/s；T「T2——分別為空氣的進(jìn)、出口溫度，℃；t「12——分別為水的進(jìn)、出口溫度，℃。傳熱速率Q按空氣的放熱速率計算。空氣的質(zhì)量流量由下式確定：

(3-20)q=Pq(3-20)mc V式中：qVp空氣的體積流量，m式中：qVp空氣處于流量計前狀態(tài)時的密度，kg/m3。式中:b.P=1.293xpa式中:b.P=1.293xpa 當(dāng)?shù)卮髿鈮?，Pa；t——轉(zhuǎn)子流量計前空氣的溫度，R——流量計前空氣的表壓，Pa。傳熱平均推動力Atm℃；p+R273.15—a X 101325273.15+1(3-21)(3-22)(4-t2)-(T2-tj(3-22)T-tln^—2-T-11c.傳熱面積c.傳熱面積(3-23)式中：L(3-23)式中：L——傳熱管長度d——傳熱管外徑，m。A=ndL(2)測定空氣與管壁間的對流給熱系數(shù)在空氣一水換熱系統(tǒng)中，若忽略管壁與污垢的熱阻，則總傳熱系數(shù)K與空氣、水側(cè)的對流給熱系數(shù)氣、氣之間的關(guān)系為：(3-24)由于水側(cè)的對流給熱系數(shù)遠(yuǎn)大于空氣側(cè)的對流給熱系數(shù)，即ac?a「故ah工K (3-25)⑶求a與Re的定量關(guān)系式由因次分析法可知，流體無相變時管內(nèi)強(qiáng)制湍流給熱的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式為Nu=ARmPn (3-26)er(3-26a)a,dup c從(3-26a)=A(丁)m(X)n式中：u 空氣的流速，m/s；入——定性溫度下空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m?K)；p 定性溫度下空氣的密度，kg/m3；〃 定性溫度下空氣的粘度，Pa-s；A、m、n——待定系數(shù)及指數(shù)。本實(shí)驗(yàn)中，由于空氣被冷卻，取n=0.3,所以式(3-26)可化簡為Nu/Po.3=ARm (3-27)上式兩邊同時取對數(shù)，有(3-28)lg(Nu/P0.3)=1gA+m1gR(3-28)在雙對數(shù)坐標(biāo)中以Nu/P0.3對Re作圖，由直線的斜率與截距之值求取系數(shù)A與指數(shù)m,進(jìn)而得到對r流給熱系數(shù)a與Re間的經(jīng)驗(yàn)公式。實(shí)驗(yàn)裝置與流程本實(shí)驗(yàn)裝置由套管換熱器、風(fēng)機(jī)、電加熱器等組成，其流程見圖3-7。由風(fēng)機(jī)送入風(fēng)管的空氣經(jīng)電加熱器加熱后，進(jìn)入套管換熱器的內(nèi)管，與套管環(huán)隙內(nèi)的大量水換熱后排至大氣中。圖3-7空氣-水套管式換熱設(shè)備流程圖1—風(fēng)機(jī)；2—空氣流量調(diào)節(jié)閥；3—空氣轉(zhuǎn)子流量計；4—電加熱器；5一套管換熱器；6—水流量調(diào)節(jié)閥；7—水轉(zhuǎn)子流量計；8、9—U形壓差計；10一溫度計實(shí)驗(yàn)步驟(1)檢查空氣流量調(diào)節(jié)閥是否全關(guān)。(2)打開冷卻水流量調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)水的流量至指定值(水的流量大于100L/h)。(3)開啟風(fēng)機(jī)，打開空氣流量調(diào)節(jié)閥，將流量調(diào)至最大；開啟兩組電加熱器，待空氣溫度升到設(shè)定值(一般為80℃)后穩(wěn)定10min。(4)保持水的流量不變，從大到小調(diào)節(jié)空氣的流量，測定6?8組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。(5)數(shù)據(jù)記錄完畢后，先關(guān)電加熱器，后關(guān)空氣流量調(diào)節(jié)閥，停風(fēng)機(jī)，最后關(guān)冷卻水流量調(diào)節(jié)閥。??????注意事項(1)調(diào)節(jié)空氣流量時要做到心中有數(shù)，保證空氣流動處于湍流狀態(tài)(空氣流量不應(yīng)低于12m3/h)。(2)每改變一次空氣流量，應(yīng)等到讀數(shù)穩(wěn)定后再測取數(shù)據(jù)。(3)合理分布實(shí)驗(yàn)點(diǎn)。數(shù)據(jù)記錄表3-4空氣-水套管換熱實(shí)驗(yàn)記錄表內(nèi)管規(guī)格： mm管長： m 流量計前壓差計所用指示劑：室溫：℃ 當(dāng)?shù)卮髿鈮海?Pa序號空氣流量水流量流量計前壓差一溫度/℃空氣空氣冷水冷水進(jìn)風(fēng)/m3.h-1/m3.h-1計讀數(shù)/cm進(jìn)口出口進(jìn)口出口溫度13456實(shí)驗(yàn)報告要求(1)在雙對數(shù)坐標(biāo)系中繪出Nu/Pr0.3?Re的關(guān)系圖。(2)整理出空氣在圓管中做強(qiáng)制湍流流動時的對流給熱系數(shù)半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。

(3)將實(shí)驗(yàn)得到的半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式與公認(rèn)的關(guān)聯(lián)式進(jìn)行比較。思考題(1)為什么本實(shí)驗(yàn)裝置的總傳熱系數(shù)近似等于空氣側(cè)的對流給熱系數(shù)？(2)空氣的速度和溫度對空氣側(cè)的對流給熱系數(shù)有何影響？在不同的溫度下，是否會得出不同的準(zhǔn)數(shù)方程？(3)換熱器的壓降與空氣流量之間的變化關(guān)系如何？(4)水流量的大小會不會影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果？(5)本實(shí)驗(yàn)中壁溫是接近水的平均溫度，還是接近空氣的平均溫度？為什么？3.4.2強(qiáng)制湍流下空氣-蒸汽對數(shù)給熱系數(shù)的測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)測定套管式換熱器的總傳熱系數(shù)K；(2)比較圓形光滑管和螺紋管的傳熱效率；(3)測定圓形直管內(nèi)對流給熱系數(shù)a，并學(xué)會用實(shí)驗(yàn)方法將流體在管內(nèi)強(qiáng)制對流時的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成包括a的準(zhǔn)數(shù)方程。實(shí)驗(yàn)原理(1)測定總傳熱系數(shù)K根據(jù)傳熱速率方程，有QQ(3-29)K二(3-29)AAtm實(shí)驗(yàn)時，若能測定或確定Q、Atm和A，則可測定K。a.傳熱速率Q "本實(shí)驗(yàn)為蒸汽與空氣之間的換熱，忽略熱損失，根據(jù)熱量衡算，有Q=qhrh=qc(12-1]) (3-30)式中： cpc——空氣的定壓比熱容，J/(kg?K)；qmc、；：——分別為空氣和蒸汽的質(zhì)量流量，kg/s；mct「t2——分別為空氣的進(jìn)、出口溫度，℃。傳熱速率Q按空氣的吸熱速率計算。空氣的質(zhì)量流量由式(3-31)確定：(3-31)q=Pq(3-31)mc v式中：qV 空氣的體積流量，m3/s；p 空氣處于流量計前狀態(tài)時的密度，kg/m3?？諝獾捏w積流量用轉(zhuǎn)子流量計測量，空氣的密度可按理想氣體狀態(tài)方程計算:P=1.293xP=1.293x?^±Rx101325273.15273.15+1(3-32)式中：pa 當(dāng)?shù)卮髿鈮?，Pa；t——轉(zhuǎn)子流量計前空氣的溫度，℃；R——流量計前空氣的表壓，Pa。b.傳熱平均推動力Atm

ln三Tln三T—t一t2(3-33)c.傳熱面積A=ndL (3-34)式中：L傳熱管長度，m；d傳熱管外徑，m。(2)測定空氣與管壁之間的對流給熱系數(shù)在蒸汽一空氣換熱系統(tǒng)中，若忽略管壁與污垢的熱阻，則總傳熱系數(shù)人與空氣、蒸汽側(cè)的對流給熱系數(shù)ac、ah之間的關(guān)系為：(3-35)由于水側(cè)的對流給熱系數(shù)遠(yuǎn)大于空氣側(cè)的對流給熱系數(shù)，即ac?ah,故ac工K (3-36)⑶求a與Re的定量關(guān)系式由因次分析法可知，流體無相變時管內(nèi)強(qiáng)制湍流給熱的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式為Nu=ARmPn (3-37)er(3-37a)a,dup c從(3-37a)二A(—)m(X)n式中：u 空氣的流速，m/s；入——定性溫度下空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m?K)；p 定性溫度下空氣的密度，kg/m3；〃 定性溫度下空氣的粘度，kg/(m?s)；A、m、n——待定系數(shù)及指數(shù)。本實(shí)驗(yàn)中，空氣被加熱，取n=0.4,則式(3-37)可化簡為Nu/Po.4=ARm (3-38)上式兩邊同時取對數(shù)，有l(wèi)g(Nu/P0.4)=lgA+mlgR (3-39)在雙對數(shù)坐標(biāo)中以Nu/P0.4對Re作圖，由直線的斜率與截距之值可求取系數(shù)A與指數(shù)m,進(jìn)而得到r對流給熱系數(shù)a與Re的經(jīng)驗(yàn)公式。實(shí)驗(yàn)裝置與流程本實(shí)驗(yàn)裝置由2套套管式換熱器組成，其中一套內(nèi)管是光滑管，另一套內(nèi)管是螺紋管。圖3-8所示為其中的一套。圖3-8蒸汽-空氣套管換熱設(shè)備流程圖

1一離心風(fēng)機(jī)；2—空氣流量調(diào)節(jié)閥；3—空氣轉(zhuǎn)子流量計；4、11一壓差計；5一溫度計;6一套管式換熱器；7—蒸汽流量調(diào)節(jié)閥；8—壓力表；9—放空閥；10一疏水閥由風(fēng)機(jī)送來的空氣經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥2進(jìn)入換熱器6的內(nèi)管，與蒸汽換熱后排空。由蒸汽發(fā)生器來的蒸汽經(jīng)蒸汽流量調(diào)節(jié)閥7進(jìn)入換熱器的環(huán)隙空間，冷凝液由疏水閥10排出，不凝性氣體經(jīng)放空閥9放空。實(shí)驗(yàn)步驟(1)打開自動蒸汽發(fā)生器的補(bǔ)水閥，依次打開傳熱實(shí)驗(yàn)裝置儀表盤上的總電源開關(guān)、儀表開關(guān)和鍋爐開關(guān)。(2)打開自動蒸汽發(fā)生器儀表盤的電源開關(guān)，選擇自動控制，開啟蒸汽發(fā)生器水泵開關(guān)，打開電加熱器電源，開三組電加熱器。(3)待產(chǎn)生蒸汽后調(diào)節(jié)蒸汽流量調(diào)節(jié)閥至一額定蒸汽壓(一般為0.1MPa),再打開疏水閥。(4)啟動風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)空氣流量從大到小，測定6?8組數(shù)據(jù)。(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先關(guān)蒸汽發(fā)生器的電源，再打開套管環(huán)隙的排氣閥進(jìn)行排氣，最后停風(fēng)機(jī)，清理現(xiàn)場。注意事項(1)調(diào)節(jié)空氣流量時要做到心中有數(shù)，保證空氣流動處于湍流狀態(tài)，其流量不應(yīng)低于12m3/h。(2)每改變一次空氣流量，應(yīng)等到讀數(shù)穩(wěn)定后再測取數(shù)據(jù)。(3)實(shí)驗(yàn)中空氣流量間隔應(yīng)適宜，以保證數(shù)據(jù)點(diǎn)分布均勻。(4)在操作過程中間隔打開放氣閥，以排除不凝性氣體。數(shù)據(jù)記錄表3-5蒸汽-空氣套管換熱實(shí)驗(yàn)記錄表內(nèi)管規(guī)格： mm管長： m流量計前壓差計所用指示劑：室溫：℃當(dāng)?shù)卮髿鈮海篜a 序號空氣流量流量計前壓差 溫處 /m3.h-1 計讀數(shù)/cm空氣進(jìn)口 空氣出口 蒸汽12345678實(shí)驗(yàn)報告要求(1)在雙對數(shù)坐標(biāo)系中繪出Nu/Pr0.4?Re的關(guān)系圖。(2)整理出空氣在圓管中做強(qiáng)制湍流流動時的對流給熱系數(shù)半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。(3)將實(shí)驗(yàn)得到的半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式與公認(rèn)的關(guān)聯(lián)式進(jìn)行比較。思考題(1)為什么本實(shí)驗(yàn)裝置的總傳熱系數(shù)近似等于空氣側(cè)的對流給熱系數(shù)？(2)如果環(huán)隙間飽和蒸汽的壓強(qiáng)發(fā)生變化，那么管內(nèi)空氣側(cè)對流給熱系數(shù)的測量是否會受到影響？(3)空氣的速度和溫度對空氣側(cè)的對流給熱系數(shù)有何影響？在不同的溫度下，是否會得出不同的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式？(4)當(dāng)空氣流速增大時空氣離開換熱器的溫度將升高還是降低？為什么？(5)本實(shí)驗(yàn)中空氣和蒸汽的流向?qū)鳠嵝Ч惺裁从绊?？要不要考慮它們的相對流動方向？(6)本實(shí)驗(yàn)中壁溫是接近蒸汽的溫度，還是接近空氣的平均溫度？為什么？3.5氨吸收實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馓盍衔昭b置的基本流程及設(shè)備結(jié)構(gòu)；(2)掌握總體積傳質(zhì)系數(shù)的測定方法，了解單膜控制過程的特點(diǎn)；實(shí)驗(yàn)原理要決定填料塔的塔高，總傳質(zhì)系數(shù)是有待確定的參量，而實(shí)驗(yàn)測定是其來源之一，另外在測定生產(chǎn)中塔的性能時，也需要測定總傳質(zhì)系數(shù)。在吸收過程為單膜控制時，單膜傳質(zhì)系數(shù)近似等于總傳質(zhì)系數(shù)，因而可用總傳質(zhì)系數(shù)的測定，代替單膜傳質(zhì)系數(shù)的測定，從而可建立單膜傳質(zhì)系數(shù)的實(shí)驗(yàn)關(guān)系式。由于填料的有效氣液接觸面積a的值很難直接測定，常將它與傳質(zhì)系數(shù)的乘積如Ka、Ka視為一體，作為一個完整的物理量來看待，這個乘積稱為“體積傳質(zhì)系數(shù)”。當(dāng)吸收溶液的濃度小于10%時，氣液平衡關(guān)系服從亨利定律，則氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)為Ka=G*-y2) (3-40)y h-Aym式中 h——填料層高度，m；匕、y——分別為入塔氣與尾氣中氨的摩爾分?jǐn)?shù)；G—單位塔截面的混合氣體的摩爾流量，kmol/(m2?h)；Aym——?dú)庀嗥骄苿恿?；Kya——填料的氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m3?h)。實(shí)驗(yàn)裝置與流程如圖3-9所示。圖3-9吸收裝置流程圖1—填料吸收塔；2一噴頭；3—填料；4—柵板；5一風(fēng)機(jī)；6一旁路調(diào)節(jié)閥；7—空氣緩沖罐；8—空氣轉(zhuǎn)子流量計；9,15—溫度計；10,17,28—表壓計；11—氨瓶；12—鋼瓶壓力表；13一氨壓力表；14一氨緩沖罐；16一氨流量調(diào)節(jié)閥；18一氨氣轉(zhuǎn)子流量計；19一尾氣調(diào)壓閥；20—取樣管；21—穩(wěn)壓瓶；22—旋塞；23—吸收盒；24—濕式氣體流量計；25—水流量調(diào)節(jié)閥；26—水轉(zhuǎn)子流量計；27—液封；29一壓差計由葉氏鼓風(fēng)機(jī)5輸送的空氣進(jìn)入緩沖罐7,經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計8后與從液氨鋼瓶減壓后經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計18的氨氣混合，進(jìn)入吸收塔1的底部，在塔內(nèi)與水進(jìn)行傳質(zhì)后，從塔頂排出。吸收劑水經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計26至噴頭2入塔。吸收液經(jīng)塔底U形管27排出，尾氣組成用氣體分析器(或氣相色譜儀)測定；空氣、氨氣和水的流量由轉(zhuǎn)子流量計測定；空氣、氨氣塔頂混合氣的壓強(qiáng)以及填料層壓降，分別由各自的液柱壓差計測定，空氣或水的溫度由溫度計顯示。實(shí)驗(yàn)步驟(1)確定操作條件，包括被吸收溶質(zhì)流量、空氣量及噴淋量等。(2)準(zhǔn)備好尾氣分析器，尾氣分析器由吸收盒和濕式氣體流量計組成。用少許蒸餾水洗凈吸收盒后，用移液管移取1mL的一定濃度稀硫酸加入吸收盒，然后加入少量蒸餾水至刻度線處，再滴入1?2滴甲基紅指示劑，最后將吸收盒連入尾氣分析管路。(3)全開旁通閥，啟動風(fēng)機(jī)，通過調(diào)節(jié)旁通閥來控制空氣流量。(4)在教師指導(dǎo)下，開啟氨氣系統(tǒng)。第一步，放松減壓閥的彈簧，使減壓閥處于關(guān)閉狀態(tài)，再打開氨氣瓶上的截止閥，此時氨氣瓶處的壓力表應(yīng)有示值；第二步，先關(guān)好氨氣轉(zhuǎn)子流量計前的調(diào)節(jié)閥，再緩緩壓緊減壓閥的彈簧，使閥門打開，調(diào)節(jié)減壓閥開???????????????度使減壓閥低壓側(cè)壓力表示值為0.04?0.06MPa；第三步，開啟氨氣流量調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)氨氣流量，使塔底混合氣中氨濃度在5%左右，并維持恒定。注意：氨氣流量調(diào)節(jié)閥不宜開得過快，以防流量計前的壓差計中水銀被沖掉。(5)待操作穩(wěn)定后記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。(6)尾氣分析操作。打開玻璃旋塞之前，先記錄濕式空氣流量計的初示值，然后開啟玻璃旋塞，讓尾氣通過吸收盒。當(dāng)吸收液的顏色由紅變黃時，立即關(guān)閉玻璃旋塞，讀取濕示空氣流量計的終示值。注意：旋塞開度應(yīng)適當(dāng)，使氣泡均勻上升，以免硫酸被氣泡帶走，造成反應(yīng)不完全。(7)保持水的噴淋量不變，改變空氣流量(混合氣體濃度仍在5%左右)按同樣步驟測定K產(chǎn)，也可保持空氣流量不變，改變噴淋量，測定Kya。(8)操作完成后，依次關(guān)閉氨氣系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)和供水系統(tǒng)。3.5.5實(shí)驗(yàn)記錄表3-6氨吸收實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表填料種類:填料層高度:填料種類:塔內(nèi)徑:填料規(guī)格:大氣壓強(qiáng):

塔內(nèi)徑:參數(shù)項目空氣流量流量計前表壓々@血1^^空氣溫度/℃流量計示值/m3?h-i氨氣流量流量計前表壓々@血1^^氨氣溫度/℃流量計示值/m3?h-i氨氣含純氨白分率/%水流量水的溫度/℃流量計示值/L-h-i尾氣流量H2so4濃度mol/LH2sO4體積/mL尾氣體積/L塔壓強(qiáng)塔頂表壓/Pa(mmH2O)填料層壓降/Pa(mmH2O)3.5.6數(shù)據(jù)處理(1)計算空氣流量為了求空氣的摩爾流量，應(yīng)先按下式將空氣在實(shí)驗(yàn)條件下的體積流量換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量K0。V=V工：pp2 (3-41)o 2p0\TT2式中：T0,p0一分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的溫度和壓強(qiáng)，T『273K,p0=101330Pa；T1、p1——分別為標(biāo)定狀態(tài)下空氣的溫度和壓強(qiáng)，T1=293K,p1=101330Pa；T2、p2——分別為使用狀態(tài)下空氣的溫度和壓強(qiáng)，kPa；V0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣流量，m3/h；V2—使用狀態(tài)下的空氣流量，m3/h；(2)計算被測溶質(zhì)氨氣的流量V，=V，-T-邛1P2P01 (3-42)0 2p°\■TT2p02式中：V'——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下被測溶質(zhì)的流量，m3/h；0V2——使用狀態(tài)下被測溶質(zhì)的流量,m3/h；P01——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的密度,kg/mP01——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的密度,kg/m3,Poi=1.2928kg/m3；P02一操作狀態(tài)下空氣的密度,kg/m3,對純度為98%的氨氣Po2=0.7810kg/m3。(3)計算入塔氣體通過塔截面的摩爾流量G=v+(3)計算入塔氣體通過塔截面的摩爾流量G=v+V0)兀22.4x—D24(3-43)式中：D——填料塔的內(nèi)徑，m；G——空氣的摩爾流率，kmol/(m2?h)(4)計算y1、y2y「0.98V'(V+Vy「0.98V'(V+V0)(3-44)y22cV s-s-(3-45)2cV+ss 022.4T2式中：式中：c——硫酸的摩爾濃度，mol/L；P0標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓力，pP0標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓力，p0=101.33kPa；Pm當(dāng)?shù)仄骄髿鈮?，kPa；T0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的溫度，K；T0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的溫度，K；使用狀態(tài)下空氣的溫度，K；-濕式流量計讀數(shù)，L；硫酸體積，L；(5)計算Aym1 1e ln(二y2-y(3-46)式中：ye與液相中溶質(zhì)成平衡的氣相溶質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)，下標(biāo)“1”、“2”分別表示塔底和塔頂位置。a.平衡濃度的計算式中：ye與液相中溶質(zhì)成平衡的氣相溶質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)，下標(biāo)“1”、“2”分別表示塔底和塔頂位置。a.平衡濃度的計算y=mx(3-47)(3-48)式中：E—亨利系數(shù)，Pa；p——當(dāng)?shù)卮髿鈮?塔頂表壓+1塔內(nèi)壓降，Pa；2%——溶液中氨的摩爾分?jǐn)?shù)；m——相平衡常數(shù)。氨水濃度在5%以下時E與t的關(guān)系見表3-7。表3-7氨水濃度在5%以下時E與t的關(guān)系t/℃01020253040E/Pa29690508687883595960126660196380b.吸收液濃度的計算因?yàn)?L(%—%J=G(乂—y2)因系用純水吸收，％2=0，故%1=G(y1-y2)/L (3-49)式中:L 水的摩爾流率，kmol/(m2-h)；%1——塔底溶液的摩爾分?jǐn)?shù)。(6)計算KJG(y—y)Ka=：i2 (3-50)y h-Aym3.5.7實(shí)驗(yàn)報告要求(1)將原始數(shù)據(jù)列表；(2)計算總體積傳質(zhì)系數(shù)Kya；(3)給出實(shí)驗(yàn)計算結(jié)果與計算過程。3.5.8思考題(1)葉式風(fēng)機(jī)為什么要用旁通閥調(diào)節(jié)流量？(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析用水吸收氨的過程是氣膜控制還是液膜控制？(3)在填料吸收塔塔底為什么必須有液封裝置？液封裝置是如何設(shè)計的？(4)要提高氨水濃度(不改變進(jìn)氣濃度)有什么方法？又會帶來什么問題？

(5)溶劑量和氣體量的變化對傳質(zhì)系數(shù)有什么影響？j2如何變化(從推動力和阻力兩方面分析其原因)？(6)試計算實(shí)驗(yàn)條件下填料塔的實(shí)際液氣比是最小液氣比的多少倍？(7)工業(yè)上，吸收在低溫加壓下進(jìn)行，而解吸在高溫、常壓下進(jìn)行，為什么？(8)填料塔的結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)？全回流精餾實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)熟悉精餾的工藝流程，掌握精餾實(shí)驗(yàn)的操作方法。了解篩板精餾塔的結(jié)構(gòu)，觀察塔板上的氣液接觸狀況。(3)測定全回流時精餾塔的全塔效率(或單板效率)。實(shí)驗(yàn)原理精餾塔是分離均相混合物的重要設(shè)備。一般用全塔效率衡量板式精餾塔的分離性能。全塔效率的定義為：「NE=— (3-51)Np式中：E——總板效率；nt——理論板層數(shù)；NP——實(shí)際板層數(shù)。理論板層數(shù)NT可用M-T圖解法求解。由式(3-51)可見，要測定精餾塔的全塔效率，關(guān)鍵是確定理論塔板數(shù)。要求出全回流操作時特定分離要求的理論塔板數(shù)，必須確定物系的相平衡關(guān)系和塔頂、塔釜產(chǎn)品組成。本實(shí)驗(yàn)的物系為乙醇一水二元混合物，常壓下該物系的氣液相平衡數(shù)據(jù)可從文獻(xiàn)查取，所以本實(shí)驗(yàn)的主要工作是測定塔頂流出液組成xD和釜液組成xw。若相鄰兩塊塔板設(shè)有液體取樣口則可通過測定液相組成xn-jnxn測定第n塊板在全回流時的單板效若相鄰兩塊塔板設(shè)有液體取樣口EmLxLEmLxLx-x*n-1 n(3-52)因全回流時，操作線方程為(3-53)上兩式中：％」——離開第n-1板的液相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；%n——離開第n板的液相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；yn——離開第n板的氣相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；%*——與y成平衡的液相摩爾分?jǐn)?shù)。n nn實(shí)驗(yàn)裝置與流程實(shí)驗(yàn)裝置為一小型篩板精餾塔,見圖3-10。圖3-10全回流精館塔1—塔釜取樣口；2—蒸餾釜；3一料液液位計；4—加料口；5，10—溫度計；6—塔體；7—冷凝器；8—塔頂取樣口；9一不凝氣排放閥；11—水轉(zhuǎn)子流量計原料液在蒸餾釜2中被加熱汽化進(jìn)入塔體6,與回流液在塔板上進(jìn)行熱、質(zhì)交換后進(jìn)入塔頂冷凝器7,冷凝為液體后，又全部回流到塔內(nèi)。實(shí)驗(yàn)步驟(1)熟悉精餾裝置的流程和結(jié)構(gòu)，以及所需的控制儀器表盤的布置情況。(2)檢查蒸餾釜中料液量是否適當(dāng)。釜內(nèi)液面高度控制在液面計的2/3左右。(3)接通電源，用調(diào)壓器調(diào)節(jié)加熱器的功率(控制電流為3?4A)加熱釜液。當(dāng)塔板上有冷凝液時，打開塔頂冷凝器的冷卻水調(diào)節(jié)閥，冷卻水的量以能將蒸汽全部冷凝為宜。(4)打開塔頂不凝氣排放排出不凝性氣體。(5)當(dāng)操作穩(wěn)定(指塔板上鼓泡正常、塔釜與塔頂溫度穩(wěn)定)時，準(zhǔn)備取樣。(6)取樣前先用少量試樣沖洗燒瓶，取樣后用插有溫度計的塞子塞嚴(yán)燒瓶口，用流水間接冷卻樣品至20℃,再用比重天平測量樣品的相對密度，一般取樣二次(塔頂、塔釜各一次)。(7)以上步驟經(jīng)教師檢查無誤后，加大電流至5A左右，觀察塔內(nèi)的液泛現(xiàn)象；然后將電流緩慢減小，觀察漏液現(xiàn)象；最后將電流減小至零，切斷電源，待塔內(nèi)無回流液時關(guān)閉冷卻水閥門，清理現(xiàn)場。若精餾塔塔板上設(shè)有液體取樣口，在操作穩(wěn)定后，取樣分析相鄰兩板液體組成xn和Xn-1，再按公式(3-52)計算單板效率。注意事項(1)塔頂、塔釜產(chǎn)品樣品需同時取樣。(2)樣品采集量約占燒瓶體積的2/3。(3)用插有溫度計的塞子塞嚴(yán)錐形瓶口時要觀察溫度計的量程。用于測量塔釜樣品的溫度計量程宜為100c或以上，以避免炸裂溫度計。(4)使用比重天平測量樣品的相對密度時要注意：a.測錘不能碰量筒壁；b.測錘必須全部浸沒于液體中；？c.同一規(guī)格的祛碼只能用一個。3.6.1.6數(shù)據(jù)記錄表3-8全回流精餾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表塔內(nèi)徑： mm 板間距： mm操作方法釜液組成餾出液組成實(shí)際塔板數(shù)NT密度/kg-m-3%W密度/kk-m-3%D3.1.6.7實(shí)驗(yàn)報告要求(1)在直角坐標(biāo)體系中繪制％-y圖，用圖解法求理論板數(shù);(2)求出全塔效率(或單板效率)。3.6.1.8思考題(1)什么是全回流，全回流時的操作特征是什么？在生產(chǎn)中有什么實(shí)際意義？如何測定全回流時板式塔的全塔效率？(2)如何判斷塔的操作已達(dá)到穩(wěn)定？影響精餾操作穩(wěn)定的因素有哪些？(3)影響全塔效率的因素有哪些？(4)進(jìn)料量對理論塔板數(shù)有無影響？為什么？(5)回流溫度對塔的操作有何影響？(6)板式塔有哪些不正常操作現(xiàn)象？對本實(shí)驗(yàn)裝置，如何處理液泛或塔板漏液現(xiàn)象?3.6.2部分回流精餾實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)熟悉精餾的工藝流程，掌握精餾實(shí)驗(yàn)的操作方法。(2)了解篩板精餾塔的結(jié)構(gòu)，觀察塔板上的氣液接觸狀況。(3)測定部分回流時精餾塔的全塔效率(或單板效率)。????實(shí)驗(yàn)原理精餾塔是分離均相混合物的重要設(shè)備。一般用全塔效率衡量板式精餾塔的分離性能。全塔效率的定義見式(3-51)。由式(3-51)可見，要測定精餾塔的全塔效率，關(guān)鍵是確定理論塔板數(shù)。本實(shí)驗(yàn)的物系為乙醇一水二元混合物，常壓下該物系的氣液相平衡數(shù)據(jù)可從文獻(xiàn)查取。根據(jù)逐板計算法或圖解法得知，若能獲得精餾段與提餾段的操作方程、產(chǎn)品的分離要求則可確定部分回流操作時的理論塔板數(shù)。精餾段的操作方程為：(3-54)(3-55)(3-56)Rx

y= x+—d—(3-54)(3-55)(3-56)n+1R+1nR+1提餾段的操作方程為:LWxyn+廣笆一干q線方程為:qxy= x--F-q-1q-1顯然，點(diǎn)(xw,xw)位于提餾段操作線上。因?yàn)閝線方程為精餾段與提餾段操作方程的交點(diǎn)軌跡方程，所以也可以用q線方程與精餾段操作方程的交點(diǎn)(xq,yq)和點(diǎn)(xw,xw)確定提餾段操作方程，即y=' ^x+(\ ^-1)x (3-57)n+1 x-xx-xw由式(3-54)、(3-56)和(3-57)可見，若能通過實(shí)驗(yàn)測定塔頂、塔釜產(chǎn)品的組成、原料的組成和原料的溫度(q由原料的組成與溫度確定)、回流比，則可確定精餾段與提餾段的操作方程。若相鄰兩塊塔板設(shè)有液體取樣口，則可通過測定液相組成xn-1和xn測定第n塊板在部分回流時的單板效率EmL。EmL的定義見式(3-52)。實(shí)驗(yàn)裝置與流程圖3-11部分回流精餾塔1一蒸餾釜；2—電加熱電源；3—塔體；4—冷凝器；5一料液槽；6一料液輸送泵；7—分配器;8一產(chǎn)品貯槽；9、11、12—轉(zhuǎn)子流量計；10—進(jìn)料閥；13一壓力表；14一釜液出料閥料液由料液槽5經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計9、閥10進(jìn)入精餾塔，蒸汽由蒸餾釜1上升至塔頂，上升過程中與回流液進(jìn)行熱量、質(zhì)量傳遞，再進(jìn)入冷凝器4、回流分配器7,其中一部分冷凝液作為產(chǎn)品進(jìn)入貯槽，另一部分回流至塔內(nèi)。與此同時，釜內(nèi)液體的一部分經(jīng)閥14流出。實(shí)驗(yàn)步驟（1）正常操作步驟a.熟悉精餾流程和主要控制點(diǎn)。b.在料液槽內(nèi)配制5%（體積分?jǐn)?shù)）的乙醇水溶液，其液位應(yīng)高于供料泵。啟動輸液泵將料液注入蒸餾釜，釜內(nèi)液位應(yīng)在液位計兩標(biāo)記線之間。c.接通電源加熱釜液，啟動恒定加熱器，用調(diào)壓器調(diào)節(jié)可調(diào)加熱器的功率:控制電流為3?4A）,開啟塔頂冷凝器的冷卻水進(jìn)口閥。密切注視加熱釜的溫度和表盤上的溫度和壓力，當(dāng)壓力不斷上升時，應(yīng)適當(dāng)開啟塔頂排氣閥，及時將塔內(nèi)不凝性氣體排出，操作壓力應(yīng)穩(wěn)定在0.026?0.030MPa（表壓）。d.待加熱釜內(nèi)釜液沸騰后，進(jìn)行回流操作約20?30min。此時，靈敏板溫度約為80?81℃,塔頂溫度約為79?80℃,塔板鼓泡正常。如果溫度過高，可降低可調(diào)加熱器的功率。待操作穩(wěn)定后，測定全回流時的全塔效率。e.關(guān)小回流閥，開啟餾出液產(chǎn)品出口閥，進(jìn)行部分回流操作，注意要預(yù)先選擇好回流比和一個加料口（不能同時選用兩個加料口），待有產(chǎn)品后，再加以適當(dāng)調(diào)節(jié)。f.在料液槽內(nèi)配制約20%（體積分?jǐn)?shù)）的料液，啟動進(jìn)料泵進(jìn)料（4?6L/h）。并控制塔釜液位在正常標(biāo)記范圍內(nèi)，如液位過低，可加大進(jìn)料；如液位過高，可開大塔底出口閥14。操作中要隨時注意塔內(nèi)壓力、靈敏板溫度等操作參數(shù)的變化并及時加以調(diào)節(jié)。g.待操作穩(wěn)定后，同時對餾出液、釜液進(jìn)行取樣（取樣量均為140?150mL,以保證液體相對密度計能正常測量），并按表3-9中的內(nèi)容做好記錄。繼續(xù)調(diào)節(jié)有關(guān)參數(shù)直至餾出液濃度高于75%（體積百分率），釜?dú)堃壕凭珴舛鹊陀?%,操作才算達(dá)到要求。h.實(shí)驗(yàn)完畢后，關(guān)閉總電源，打開玻璃觀察罩考克和回流管路上的考克，將餾出液排盡。.清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場。（2）操作過程中的不正?，F(xiàn)象，其原因分析和處理方法a.塔頂溫度高于正常值，塔釜溫度低于正常值，餾出液和釜液組成不合要求。這是因?yàn)樗宸蛛x能力不夠，應(yīng)加大回流比。b.塔釜溫度變化不大，塔頂溫度逐漸升高，餾出液組成降低。這是因?yàn)镈xD>FxF-叫，又可細(xì)Dx-x分為：a.—>一—w，即塔頂采出率過大；b.xF下降過多。處理辦法是：對情況a應(yīng)適當(dāng)使D下降、Fx一x FDWW上升，待塔頂溫度逐步降至正常時，再調(diào)節(jié)各操作參數(shù)使精餾過程處于DxD=FxF-叫下進(jìn)行；對情況b則應(yīng)使進(jìn)料板下移或使R上升。c.塔頂溫度變化不大，塔釜溫度逐漸下降，釜液組成升高。這是因?yàn)镈xD<FxF一叫，又可細(xì)分Dx-x為：a. <一—的；b.xF上升太快。處理方法是：對情況a與現(xiàn)象②中的a相反，對情況b可使進(jìn)料Fx一x FDW板上移或加大塔釜電熱器功率，并使D上升，W下降。d.塔板漏液，塔釜壓力降低，塔板上液面下降或消失，這是因?yàn)樯仙羝坎粔?，?yīng)適當(dāng)加大塔釜電熱器功率。e.液沫夾帶嚴(yán)重，餾出液和釜?dú)堃翰环弦螅獕毫ζ?，這是因?yàn)樯仙羝亢鸵后w回流量過大，應(yīng)減少塔釜電加熱器功率和回流量。f.液體逐板下降不暢，塔釜壓力陡升，造成淹塔，這是因?yàn)橐缌饕悍?，夾帶液泛，應(yīng)減少回流量和上升蒸汽量。g.塔釜壓力逐漸升高，塔頂冷凝效果降低，這是因?yàn)樗?nèi)不凝性氣體積聚，應(yīng)排放不凝氣。數(shù)據(jù)記錄表3-9部分回流精餾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表塔內(nèi)徑： mm 實(shí)際塔板數(shù)：回流比R： 塔釜壓力p： MPa溫度/℃流量/Lh，密度（25℃時）/M”料液餾出液釜液3.6.2.6實(shí)驗(yàn)報告要求按全回流精餾的基本原理，用圖解法確定理論塔板數(shù)，并計算全塔效率。3.6.2.7思考題（1）是否精餾塔越高，產(chǎn)量越大?（2）精餾塔加高能否得到無水酒精？（3）結(jié)合本實(shí)驗(yàn)說明影響精餾操作穩(wěn)定的因素有哪些？（4）操作中加大回流比應(yīng)如何進(jìn)行？有何利弊？（5）精餾塔在操作過程中，由于塔頂采出率太大而造成產(chǎn)品不合格時，要恢復(fù)正常的最快最有效的方法是什么？（6）冷液進(jìn)料對精餾塔操作有何影響？進(jìn)料口位置如何確定？（7）當(dāng)回流比R<Rmii時，精餾塔是否還能進(jìn)行操作？（8）何謂“靈敏板”？影響塔板上的溫度（或濃度）的因素有哪些？3.7干燥實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解氣流常壓干燥設(shè)備的基本流程和工作原理；（2）測定物料（紙板或其他）在恒定干燥工況下的干燥速率曲線，并確定臨界含水量，及恒速干燥階段的傳質(zhì)系數(shù)kH和降速階段的比例系數(shù)KX；實(shí)驗(yàn)原理干燥操作是采用某種方式將熱量傳給濕物料，使?jié)裎锪现械乃制蛛x的操作。干燥操作同時伴有傳熱和傳質(zhì)，其過程比較復(fù)雜。目前仍依靠實(shí)驗(yàn)測定物料的干燥速率曲線，并作為干燥器設(shè)計的依據(jù)。物料的干燥速率曲線是指干燥速率與物料的含水量的關(guān)系曲線。在恒定干燥條件下的干燥干燥速率曲線如圖3-12所示?？梢?，干燥過程分為三個階段：預(yù)熱階段（I）,此階段物料表面的溫度很快接近于熱空氣的濕球溫度tww；恒速干燥階段（H）,此階段物料表面溫度ew維持不變，干燥速率不變和降速率干燥階段（m）。在降速段，物料表面已無液態(tài)水存在。由于物料內(nèi)部的擴(kuò)散速速率小于物料表面水分的汽化速率，干燥速率會逐漸降低，直至達(dá)到平衡含水量，干燥速率則逐漸降至零。恒速干燥與降速干燥的交點(diǎn)處物料的含水量稱為臨界含水量（以xc表示），通常預(yù)熱階段所需干燥時間可以忽略。圖3-12干燥速率曲線干燥速率是指單位時間從被干燥物料的單位汽化表面積上所汽化的水分量。它可以表示為:zdW(3-58)N= (3-58)AAdt式中：N. 干燥速率,kg/（m2?s）；■A.A——被干燥物料的汽化表面積,m2；T——干燥時間,S；W——從干燥物料中汽化的水分量,kg。為了便于處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),將式(3-58)改寫為:(3-59)(3-59)(1)干燥速率曲線式(3-59)中的濕物料質(zhì)量差可由相鄰兩次質(zhì)量差得到:(1)干燥速率曲線式(3-59)中的濕物料質(zhì)量差可由相鄰兩次質(zhì)量差得到:AW=G-G1與之對應(yīng)的物料干基含水量為X：

m(3-60)(3-61)(3-61)其中(3-62)X=GZG

iG

c(3-62)式中：Gc——絕干物料質(zhì)量。(2)傳質(zhì)系數(shù)因干燥過程既是傳熱過程也是一個傳質(zhì)過程，則干燥速率可表示為:dW_dQdW_dQAdtrA?dt，，… ―a， 、=k(H—H)=——(t—t)hw rwW(3-63)式中：a——空氣與濕物料表面的對流傳熱系數(shù)，kW/(m2.℃)；H——空氣濕度,kg水/kg干空氣;HW——tW時空氣的飽和濕度，kg水/kg干空氣；kH 傳質(zhì)系數(shù),kg/(m2?s)；rW——tW時水的汽化潛熱，kJ/kg；t——熱空氣溫度,℃；tW——濕物料表面的溫度(即空氣的濕球溫度)，℃。因在恒定干燥條件下空氣的溫度、濕度以及空氣與物料的接觸方式均保持不變，故隨空氣條件而定的a和kH亦保持恒定。(3-64)?(3-65)a=0.0143G0.8(3-64)?(3-65)其中:G=pqjF式中：G 空氣的質(zhì)量流速,kg/(m2?s)；qV——預(yù)熱前空氣的體積流量,m3/s；p--預(yù)熱前空氣的密度,kg/m3；F——干燥室的流通截面積，m2。裝置與流程干燥實(shí)驗(yàn)多采用干燥器在恒定干燥條件下干燥塊狀物料，其流程見圖3-12。圖3-13干燥實(shí)驗(yàn)設(shè)備流程圖1—風(fēng)機(jī)；2—可控電加熱器；3—干燥室；4一試樣；5—托架；6—熱電偶溫度計；7—渦輪流量計；8一干球溫度計；9—濕球溫度計；10—電子天平；11一室后溫度計；12—風(fēng)機(jī)出口端片式閥；13一蝶閥；14—風(fēng)機(jī)進(jìn)口端片式閥空氣由風(fēng)機(jī)1輸送，經(jīng)渦輪流量計7,電加熱器2后進(jìn)入干燥室3,對試樣4進(jìn)行干燥,干燥后的廢氣再經(jīng)風(fēng)機(jī)循環(huán)使用。由通過溫控儀控制干燥室前溫度為80℃左右。干燥室前方裝有干球及濕球溫度計，干燥室后也裝有干球溫度計，用以測量干燥室內(nèi)空氣的熱狀況。風(fēng)機(jī)出口端的溫度計用以測量流經(jīng)渦輪流量計的空氣溫度，空氣流量用蝶閥13調(diào)節(jié)，任何時候該閥都不能全關(guān)，否則電加熱器會因空氣不流動過熱??????????而損壞。風(fēng)機(jī)進(jìn)口端的片式閥用于控制系統(tǒng)所吸入的新鮮空氣，而出口端的片式閥門則用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)向外排出的廢氣量。實(shí)驗(yàn)步驟(1)處理試樣。量取試樣尺寸(長、寬、高)，并記錄絕干物料質(zhì)量，將試樣加水15g左右，讓水分均勻擴(kuò)散至整個試樣，然后稱取濕試樣重量。(2)往濕球溫度計內(nèi)加水，啟動風(fēng)機(jī)送風(fēng)，調(diào)節(jié)閥門，使渦輪流量計示值在80m3/h以上。(3)接通兩組電加熱器加熱空氣。(4)測取數(shù)據(jù)。待干燥條件恒定(流量穩(wěn)定，干燥室前溫度達(dá)到設(shè)定值)后，將濕物料放入干燥室內(nèi)支架上，確定物料的起始干燥質(zhì)量，啟動第一個秒表計時，當(dāng)電子天平所示物料的質(zhì)量減輕1g時，停第一個秒表，同時啟動第二個秒表；如此往復(fù)進(jìn)行直至試樣接近平衡水分為止，通常至少應(yīng)取10組以上數(shù)據(jù)。(5)實(shí)驗(yàn)完畢后，依次關(guān)電加熱器，風(fēng)機(jī)和總電源，最后將試樣從干燥室中取出。數(shù)據(jù)記錄表3-10干燥實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理表試樣絕干質(zhì)量Gc:g試樣尺寸:mm試樣初始質(zhì)量：g干燥室前溫度：℃濕球溫度:℃空氣的流量：m3/h預(yù)熱前空氣溫度：℃濕質(zhì)量時間間隔濕質(zhì)量差序號G/gAt/sAW/g01234567893.7.6報告要求(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪出NA~X曲線，注明干燥條件；(2)計算傳質(zhì)系數(shù)k；H3.7.8思考題(1)在70?80℃的空氣流中干燥溫物料，經(jīng)過相當(dāng)長的時間，能否得到絕干物料？為什么？通常要獲得絕干物料采用什么辦法？(2)測定干燥速率曲線有何意義？它對于設(shè)計干燥器及指導(dǎo)生產(chǎn)有些什么幫助？(3)使用廢氣循環(huán)對干燥作業(yè)有什么好處？干燥熱敏性物料或易變形、開裂的物料為什么多使用廢氣循環(huán)？怎樣調(diào)節(jié)新鮮空氣和廢氣的比例？(4)為什么在操作過程中要先開鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)后再開電加熱器？(5)如何提高干燥速率？就兩個階段分別說明理由。(6)在等速階段和降速階段中分別除去的是什么性質(zhì)的水分？(7)如果改變氣流溫度(或改變氣流速率、物料厚度)，干燥速率曲線有何變化？(8)為什么說同一物料如干燥速率增加，則臨界含水量增大？在一定干燥速率下物料越薄，則臨界含水量越?。?9)何謂恒定干燥條件？恒定干燥條件下的干燥速率有何規(guī)律?10.為什么同一濕度的空氣，溫度較高有利于干燥操作的進(jìn)行？第4部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計算機(jī)處理用Excel處理化工原理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Excel基礎(chǔ)知識(1)在單元格中輸入公式【例】試計算3.14159/28義56*10-3義103方法：在任意單元格中輸入“=3.14159/28*5-6*163*16-3"，結(jié)果為1753。注意：a.一定不要忘記輸入等號“二”；b.公式中需用括號時，只允許用“()”，不允許用“?！被颉翱凇薄Ｌ嵝眩篴.若公式中包括函數(shù)，可通過“插入”菜單下的選“函數(shù)”命令得到；b.1e3必103；1e-3必10-3。(2)處理化工原理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時常用的函數(shù)POWER(number,power)必numberPowero提示：可以用"”運(yùn)算符代替函數(shù)POWER來表示對底數(shù)乘方的幕次，例如5-2oSQRT(number)^nnumber,EXP(number)廖enumberLN(number)必ln(number),L0G10(number)必lg(number)(3)在單元格中輸入符號【例】在單元格A1中輸入符號“人”方法一：打開“插入”菜單一選“符號”命令插入希臘字母人。提醒：無論要輸入什么符號，都可以通入“插入”菜單下的“符號”或“特殊符號”命令得到。方法二：打開任意一種中文輸入法，用鼠標(biāo)單擊鍵盤按鈕，選擇希臘字母，得到希臘字母鍵盤，用鼠標(biāo)單擊入鍵。Excel處理基本化工原理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)示例流體流動阻力實(shí)驗(yàn)(1)原始數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)如圖4.1所示。

圖4.1圖4.1流體流動阻力實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)(2)數(shù)據(jù)處理-物性數(shù)據(jù)查附錄一得18.5℃下水的密度與粘度分別為998.5kg/m3和1.0429mPa.s-數(shù)據(jù)處理的計算過程a.插入2個新工作表插入2個新工作表并分別命名為“中間運(yùn)算表”和“結(jié)果表”，將“原始數(shù)據(jù)表”中第7至18行內(nèi)容復(fù)制至“中間運(yùn)算表”。b.中間運(yùn)算過程在C4:P4單元格區(qū)域內(nèi)輸入公式。-在單元格G4中輸入公式“二C4-D4”一一計算直管壓差計讀數(shù)(R)；-在單元格H4中輸入公式“二E4-F4”一一計算局部壓差計讀數(shù)(R2)；-在單元格I4中輸入公式“=B4/324.15”一一計算管路流量(9/=F/5)；-在單元格J4中輸入公式“=4*I4*1e-3/3.14159/(0.021"2)”一一計算流體在直管內(nèi)的流速(u-4q/(兀d2)；V-在單元格K4中輸入公式”=4*I4*1e-3/3.14159/(0.032"2)”一一計算流體在與閘閥相連的直管中的流速(u-4q/(兀d2))；V-在單元格L4中輸入公式“二(13600-998.5)*G4/998.5”——計算流體流過長為2m,內(nèi)徑為21mm直管的阻力損失(hf1-Ap/p=(pi-p)gR1/p)；計算流體流過閘閥的阻力損失-在單元格M4中輸入公式“二(1477.5-998.5)*H4/998.5”計算流體流過閘閥的阻力損失（hf2=（pgAz+Ap）/p=（p「P）gR2/P）；三在單元格N4中輸入公式“二L4*0.021/2*2/（J，2）*1e2” ——計算摩擦系數(shù)（九=h-（d/1）-（2/u2））；11 1 1三在單元格04中輸入公式“=M4*2/（K4"2）”一一計算局部阻力系數(shù)（C=2h/u2）；f2 2三在單元格P4中輸入公式“=0.021*J4*998.5/1.0429e-3*1e-4”——計算流體在直管中流動的雷諾準(zhǔn)數(shù)（R=絲上）。e從選定I4:P4單元格區(qū)域（如圖4.2所示），再用鼠標(biāo)拖動P4單元格下的填充柄（單元格右下方的“+”號）至P13,復(fù)制單元格內(nèi)容，結(jié)果見圖4.3。圖4.2選定單元格I4:P4圖4.3復(fù)制I4:P4單元格內(nèi)容后的結(jié)果c.運(yùn)算結(jié)果將“中間運(yùn)算表”中A4:A13,N4:N13,04:013,P4:P13單元格區(qū)域內(nèi)容復(fù)制至“結(jié)果表”，并添加E列與F列，其中E2=B2*1e4,F2=C2*100,運(yùn)算結(jié)果見圖4.4。圖4.4流體流動阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果表三實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖形表示一一繪制人-Re雙對數(shù)坐標(biāo)圖a.打開圖表向?qū)нx定E2:F11單元格區(qū)域，點(diǎn)擊工具欄上的“圖表向?qū)А保▓D4.5）,得到“圖表向?qū)?4步驟之1—圖表類型”對話框（圖4.6）。b.倉建人-Re圖三點(diǎn)擊“下一步”，得到“圖表向?qū)б?步驟之2—圖表源數(shù)據(jù)”對話框（圖4.7）。若系列產(chǎn)生在“行”，改為系列產(chǎn)生在“列”。三點(diǎn)擊“下一步”，得到“圖表向?qū)б?步驟之3—圖表選項”對話框（圖4.8）,在數(shù)值x值下輸入Re,在數(shù)值y值下輸入人。三點(diǎn)擊“下一步”，得到“圖表向?qū)б?步驟之4—圖表位置”對話框（圖4.9）,點(diǎn)擊“完成”，得到直角坐標(biāo)下的“人-Re”圖（圖4.10）。圖4.5圖表向?qū)D4.6圖表向?qū)е襟E一 圖4.7圖表向?qū)е襟E二圖4.8圖表向?qū)е襟E三 圖4.9圖表向?qū)е襟E四圖4.11結(jié)果圖圖4.10A~圖4.11結(jié)果圖③修飾入?Re圖清除網(wǎng)格線和繪圖區(qū)填充效果一一選定“數(shù)值Y軸主要網(wǎng)格線”，點(diǎn)擊Del鍵，選定繪圖區(qū)，點(diǎn)Del鍵，結(jié)果見圖4.11。將X、Y軸的刻度由直角坐標(biāo)改為對數(shù)坐標(biāo)一一選定X軸，點(diǎn)右鍵，選擇坐標(biāo)軸格式得到“坐標(biāo)軸格式”對話框，根據(jù)Re的數(shù)值范圍改變“最小值”、“最大值”，并將“主要刻度”改為“10”，并選中“對數(shù)刻度”，從而將X軸的刻度由直角坐標(biāo)改為對數(shù)坐標(biāo)（圖4.12）。同理將y軸的刻度由直角坐標(biāo)改為對數(shù)坐標(biāo)，改變坐標(biāo)軸后得到結(jié)果圖（圖4.13）。圖4.12坐標(biāo)軸格式對話框 圖4.13將x、y軸改為對數(shù)刻度用繪圖工具繪制曲線一一打開“繪圖工具欄”（方法：點(diǎn)擊菜單上的“視圖”一選擇“工具欄”f選擇“繪圖”命令，單擊“自選圖形”一指向“線條”一再單擊“曲線”命令圖4.14）,繪制曲線（方法：單擊要開始繪制曲線的位置，再繼續(xù)移動鼠標(biāo)，然后單擊要添加曲線的任意位置。若要結(jié)束繪制曲線，請隨時雙擊鼠標(biāo)），得到最終結(jié)果圖（圖4.15）。圖4.14打開曲線工具 圖4.15人~Re關(guān)系圖4.1.2.2離心泵特性曲線測定實(shí)驗(yàn)（1）原始數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)如圖4.16所示。圖4.16離心泵性能測定實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)（2）數(shù)據(jù)處理物性數(shù)據(jù)查附錄一得18.6℃下水的密度為998.2kg/m3o實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的計算過程a.插入2個新工作表插入2個新工作表并分別命名為“中間結(jié)果”和“結(jié)果與圖”將“原始數(shù)據(jù)”中第6至22行內(nèi)容復(fù)制至“中間結(jié)果”表。b.中間運(yùn)算過程在F4:L4單元格區(qū)域內(nèi)輸入公式。在單元格F4中輸入公式“=B4/320.40”一一計算流量（q=F/t）；V在單元格J4中輸入公式”=4*F4*1e-3/3.14159/（0.04"2）”一一計算流體在吸入管路中的流速（u=4q/冗d2）；計算流體在壓出管路中的流速在單元格H4中輸入公式“=4*F4*1e-3/3.14159/(0.032"2)”計算流體在壓出管路中的流速(u=4q/冗d2)；三在單元格I4中輸入公式“=(C4+D4)*1e6/998.2/9.81+(H4"2-G4"2)/2/9.81”——計算揚(yáng)程p+pu2—u2= 壓+——).Pg 2g 'b在單元格J4中輸入公式"=15*E4*1e-3”——計算軸功率Pa；行在單元格K4中輸入公式“二998.2*9.81*F4*1e-3*I4*1e-3”——計算有效功率（H=PgqVHe）；^在單元格L4中輸入公式“=K4/J4*100”——計算效率g=Pe/Pa）；選定G4:L4單元格區(qū)域，再用鼠標(biāo)拖動L4單元格下的填充柄至L18。完成單元格內(nèi)容的復(fù)制，運(yùn)算結(jié)果見圖4.17。圖4.17離心泵性能測定運(yùn)算結(jié)果 圖4.18離心泵的性能參數(shù)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖形表示a.準(zhǔn)備繪圖要用的原始數(shù)據(jù)將“中間結(jié)果”工作表中的F、I、J、L列數(shù)據(jù)復(fù)制至“結(jié)果與圖”工作表（圖4.18）。b.創(chuàng)建泵特性曲線選擇單元格區(qū)域B4:E18,按圖表向?qū)ё鲌D（圖4.19）。圖4.19泵特性曲線草圖 圖4.20次坐標(biāo)軸的選定c.修飾泵特性曲線b將軸功率置于次坐標(biāo)軸一一選定系列2（軸功率?流量關(guān)系曲線），單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“數(shù)據(jù)系列格式”，得到“數(shù)據(jù)系列格式”對話框（圖4.20），打開“坐標(biāo)軸”選項，選擇“次坐標(biāo)軸”，得到圖4.21。圖4.21將Pa-qV曲線置于次坐標(biāo)軸后的結(jié)果b添加標(biāo)題一一將鼠標(biāo)置于“繪圖區(qū)”，菜單欄上顯示“圖表”菜單一點(diǎn)擊“圖表選項”命令，得到“圖表選項”對話框（圖4.22）。圖4.22添加標(biāo)題b添加實(shí)驗(yàn)條件、圖例，得到泵特性曲線結(jié)果圖（圖4.23）。圖4.23泵特性曲線結(jié)果圖4.1.2.3過濾實(shí)驗(yàn)（1）原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)見圖4.24。圖4.24過濾實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)

(2)數(shù)據(jù)處理T-T1， 2依據(jù)：—=—(q+q)+~^qq-qK1Ke1a.中間運(yùn)算過程與結(jié)果行在單元格D5中輸入：“=C5+D4”，并將該公式復(fù)制至“D6：D11”；求累積濾液體積;行在單元格E5中輸入：“=B5+E4”，并將該公式復(fù)制至“E6：E11”；行在單元格F5中輸入："二D5*1e-6/$B$2”，并將該公式復(fù)制至“F6：F11”；-在單元格G6中輸入：“二F6+$F$5”，并將該公式復(fù)制至“G7：G11”；?在單元格H6中輸入：”=(E6-$E$5)/(F6-$F$5)”，并將該公式復(fù)制至“H7：H11”。實(shí)施以上步驟后得到圖4.25。圖4.25恒壓過濾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果b.創(chuàng)建(T-T1)/(q-qi)~(q+%)圖以G6：H11單元格區(qū)域內(nèi)容作圖，結(jié)果見圖4.26。圖4.26創(chuàng)建(t-T1)/(q-q1)?(q+q1)關(guān)系曲線c.添加趨勢線與趨勢方程行單擊數(shù)據(jù)系列，菜單欄上顯示“圖表”菜單一點(diǎn)擊該菜單下的“添加趨勢線”命令，得到“添加趨勢線”對話框(圖4.27)。-在“類型”選項卡上，單擊“線性”選項；打開“選項”選項卡，選中“顯示公式”與“顯示R平方值”選項，如圖4.28所示；單擊“確定”按鈕，得到圖4.29。-將y改成(T-T1)/(q-qJx改成(q+qj得到最終結(jié)果圖(圖生3。)。圖4.28添加趨勢線之選項卡圖圖4.28添加趨勢線之選項卡圖4.30經(jīng)修飾后的過濾實(shí)驗(yàn)最終結(jié)果圖圖4.29添加趨勢線后的過濾實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖d.求恒壓過濾常數(shù)T-T1 2 T-T因一二-(q+q)+-q,而實(shí)驗(yàn)結(jié)果為一=77924(q+q)+865.07,所以q-qK1Ke q-q 111—=77924,—q=865.07，解得：K=1.283x10-5m2/s,,q=5.551x10-3ma/m2oK Ke 晨方法二：At2 2依據(jù)：——=q+qAqK Kea.中間運(yùn)算過程與結(jié)果三在單元格D31中輸入：“=C31*1e-6/$B$28”，并將該公式復(fù)制至“D32：D37”；三在單元格E31中輸入：“=D31+E30"，并將該公式復(fù)制至“E32：E37”；三在單元格F32中輸入：“=(E32+E31)*0.5"，并將該公式復(fù)制至“F33：F37”；三在單元格G32中輸入：“二B32/D32"，并將該公式復(fù)制至“G33：G37”；實(shí)施以上步驟后得到圖4.31。圖4.31用方法二計算所得過濾實(shí)驗(yàn)計算結(jié)果b.創(chuàng)建At/Aq?q圖，添加趨勢線與趨勢方程(圖4.32)圖4.32用方法二計算所得過濾實(shí)驗(yàn)最終結(jié)果圖c.求恒壓過濾常數(shù)TOC\o"1-5"\h\zAt2 2 .At 2因--=—q+—q，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果為--=163329q+644.05，所以—=163329，\o"CurrentDocument"AqKKe Aq K2一q=644.05，解得：K=1.225x10-5m2/s，，q=3.943x10-3旗加。Ke e4.1.2.4空氣-水套管換熱實(shí)驗(yàn)(1)原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)如圖4.33所示。圖4.33空氣-水套管換熱實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)(2)數(shù)據(jù)處理物性數(shù)據(jù)行空氣的粘度廠5.0153+4.8062x102T-1.0967x105T2[u：uPa-s；T：K]空氣的導(dǎo)熱系數(shù)X=0.00512+7.234x10-5T-9.2207x10-9T21％W/(m,K),T：K]空氣的熱容+2.0656x10-12T4 [cp：J/(mol?K)；T：K]計算過程a.計算空氣的質(zhì)量流量，主體溫度下的粘度、導(dǎo)熱系數(shù)、熱容、對數(shù)平均推動力及傳熱速率

三在單元格J9中輸入“=(101000+69-09)*13.6)*0.029/8.314/(273.15+69)”——計算空氣的密度(p=pM/RT)；在單元格K9中輸入”=89町9/3600”一一計算空氣的質(zhì)量流量(q=Pq)m V在單元格L9中輸入“=39+19)*0.5”——計算空氣的主體溫度('=0，5(t1+t2))；行在單元格M9中輸入“=19+273.15”一一將空氣的溫度單位由攝氏度轉(zhuǎn)化為開爾文；在單元格N9中輸入“=5.0153+0.048062*乂9-0.000010967*乂9A2”——計算空氣的粘度；在單元格O9中輸入“=0.00512+7.2342e-5*M9-9.2207e-9*M9A2”——計算空氣的導(dǎo)熱系數(shù)；在單元格P9中輸入“二(29.381-4.6652e-3*M9+1.5957e-5*M9A2-1.0258e-8*M9A3+2.0656e-12*M9A4)/29”——計算空氣的熱容；在單元格Q9中輸入“二K9*P9*(H9-I9)”——計算傳熱速率(Q=qm2cp2(12—tj)；在單元格R9中輸入“=((H9-F9)-(I9-E9))/LN((H9-F9)/(I9-E9))”——計算對數(shù)平均推動力(T(T—t)—(T—t))；T2Tl選定J9:R9單元格區(qū)域，再用鼠標(biāo)拖動J9單元格下的填充柄至J13,完成單元格內(nèi)容的復(fù)制，運(yùn)算結(jié)果見圖4.34。圖4.34空氣-水套管換熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中間結(jié)果1b.計算空氣側(cè)對流給熱系數(shù)、雷諾準(zhǔn)數(shù)、努塞爾準(zhǔn)數(shù)-在單元格H20中輸入“=F20*1e3/(3.14159*0.026*2*G20)”——計算空氣側(cè)對流給熱系數(shù)-在單元格I20中輸入“=￡20*103區(qū)20*16-6/020”——計算空氣的普蘭特準(zhǔn)數(shù)(P=。//九)；-在單元格J20中輸入“=H20*0.026/D20”——計算空氣的努塞爾準(zhǔn)數(shù)(Nu=ad/九)；-在單元格K20中輸入“=4*B20/(3.14159*0.026*C