流體流動阻力的測定

化工原理實驗流動阻力測定實驗一、實驗目的（1）掌握直管與閥門阻力損失的測定方法；（2）測定摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)、管壁粗糙度之間的關系；（3）測定閥門的阻力系數(shù)與開度之間關系；（4）學會倒U形壓差計和轉(zhuǎn)子流量計的使用方法。二、基本原理（1）直管阻力摩擦系數(shù)測定原理流體在圓形管內(nèi)作層流流動時=64/Re，湍流流動時與雷諾數(shù)和相對粗糙度有關，要實驗測定，本實驗要驗證不同管路與雷諾數(shù)之間的關系。m直管阻力的計算可用范寧公式實驗是對一定長度l和管徑d的水平管路進行測定，在一定流量下，利用U形壓差計測出對應的壓強差，由于管道為水平等徑管，壓強差在數(shù)值上就等于壓強降pf。由范寧公式就可求得某一雷諾數(shù)下的摩擦系數(shù)值。

本實驗要分別對光滑管和粗糙管進行測定。（2）局部阻力測定原理局部阻力計算有當量長度和阻力系數(shù)兩種方法，當量長度和阻力系數(shù)均要進行實驗測定，本實驗僅測定閥門在不同開度的阻力系數(shù)。局部阻力可由下式進行計算測定閥門在一定開度下所對應的壓強降，由上述公式根據(jù)對應的管內(nèi)流速確定阻力系數(shù)。三、實驗裝置本裝置由離心泵、各種閥門和管件、轉(zhuǎn)子流量計、U形管壓差計，不銹鋼光滑管、鍍鋅粗糙管等構(gòu)成。實驗介質(zhì)為水，水從循環(huán)水箱由離心泵送入實驗裝置，經(jīng)過管道系統(tǒng)后返回循環(huán)水箱。流量可由轉(zhuǎn)子流量計讀得，壓頭損失可由倒U壓差計或由1151壓差傳感器和數(shù)顯表測得。裝置結(jié)構(gòu)尺寸見講義。m實驗流程四、實驗步驟及注意事項熟悉系統(tǒng)流程——啟動離心泵——管道系統(tǒng)排氣（包括測壓導管排氣）——系統(tǒng)流體靜止時，倒U形壓差計兩臂指示液液位是否相等——打開閥門，調(diào)節(jié)流量為1、1.5、2.0……5.0m3/h（8~9點），測定光滑管和粗糙管的阻力（由對應的壓差計讀得，單位為mmH2O），注意調(diào)節(jié)好流量后，要等一段時間再讀數(shù)——測定閘閥全開時阻力系數(shù)（流量設定為2，3，4m3/h，測得3個阻力，以確定平均阻力系數(shù)）——關閉系統(tǒng)閥門——停泵——關閉所有儀表電源——記錄下流體的溫度、裝置號。實驗前要畫好實驗數(shù)據(jù)記錄表。結(jié)束后實驗記錄要交指導老師審閱后，才能離開現(xiàn)場。987654321閘閥阻力mmH2O粗糙管阻力mmH2O光滑管阻力mmH2O流量m3/h序號實驗數(shù)據(jù)記錄表五、實驗報告編寫（一）實驗目的（二）實驗原理（三）實驗裝置（四）實驗數(shù)據(jù)記錄表（五）實驗數(shù)據(jù)處理（六）思考題實驗數(shù)據(jù)處理直管阻力實驗數(shù)據(jù)處理：根據(jù)流量、管徑確定流速，根據(jù)管長、該流量下所對應的直管阻力（mH2O）代入下式，確定摩擦系數(shù)。根據(jù)流體溫度，查取流體的密度、黏度，計算該流量下的流動雷諾數(shù)Re。計算光滑管、粗糙管每一個流量下的摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)Re，將處理結(jié)果列入計算結(jié)果表中（表的格式見書）。

注意：在實驗報告中僅寫出一組實驗數(shù)據(jù)的計算過程，其他只要在計算結(jié)果表中表達出來即可。

將計算結(jié)果在~Re圖上標點，并連成曲線。897654321

ReRe閘閥阻力系數(shù)粗糙管光滑管流量m3/h序號數(shù)據(jù)處理結(jié)果表log（Re）log（）光滑管粗糙管全開閘閥阻力系數(shù)實驗數(shù)據(jù)處理：根據(jù)流量、管徑確定流速，根據(jù)該流量下所對應的閘閥阻力（mH2O）代入下式，確定阻力系數(shù)。計算三個流量下的阻力系數(shù)，并將其平均得全開閘閥平均阻力系數(shù)。對流給熱系數(shù)測定實驗一、實驗目的（一）觀察水蒸氣在水平管外壁上的冷凝現(xiàn)象；（二）測定水或空氣在圓形管內(nèi)強制對流的給熱系數(shù)和傳熱系數(shù)，并得出其隨流量的變化規(guī)律。（三）掌握熱電阻測溫方法二、基本原理根據(jù)牛頓冷卻定律對冷流體可寫出即式中由此可見只要測得t1、t2、tw、流量Vs、換熱管內(nèi)徑以及管長L，再由流體的平均溫度確定流體的密度，分別求得Q，Si，（tw-t）m，代入牛頓冷卻定律即可求得給熱系數(shù)i。然后再由下式計算其理論值進行比較。再由已知的t1、t2、Q，Si，并根據(jù)測得的加熱蒸汽溫度T，確定傳熱平均溫度差tm，代入傳熱速率方程即可確定Ki，與所測到的給熱系數(shù)i進行比較，分析管內(nèi)流體給熱熱阻占總熱阻的比例。若將管壁熱阻忽略，也可求出水蒸氣冷凝的給熱系數(shù)o

。三、給熱系數(shù)測定實驗裝置與流程四、實驗步驟與注意事項

（一）水蒸氣~空氣體系

1、打開總電源開關，儀表電源開關（由老師啟動蒸汽發(fā)生器和打開蒸汽總閥6；

2、開啟變頻器，啟動旋渦氣泵；全開氣泵出口閥10；

3、排盡蒸汽管內(nèi)原積存的冷凝水，排盡后，關閉冷凝水排放閥8，打開蒸汽調(diào)節(jié)閥7，再打開換熱器冷凝水排放閥9，使冷凝水不斷地排進地溝，打開不凝氣排放閥。

4、調(diào)節(jié)蒸汽調(diào)節(jié)閥7，使蒸汽壓力穩(wěn)定在0.05MPa以下（也可用不凝氣排放閥微調(diào)），蒸汽壓力穩(wěn)定的條件下，由大到小調(diào)節(jié)閥10改變空氣流量，測定3~6組數(shù)據(jù)，為了保證所測數(shù)據(jù)的準確性，每組數(shù)據(jù)之間穩(wěn)定時間不得低于5min。記錄數(shù)據(jù)列表。

5、停車，首先關閉閥7，停氣泵、關閉發(fā)生器、儀表、電源。（二）水蒸氣~水體系

1、打開總電源開關，儀表電源開關（由老師啟動蒸汽發(fā)生器和打開蒸汽總閥6）；

2、啟動泵，開泵出口閥，使水進入管內(nèi)以排除管內(nèi)空氣；

3、排盡蒸汽管內(nèi)原積存的冷凝水，排盡后，關閉冷凝水排放閥8，打開蒸汽調(diào)節(jié)閥7，再打開換熱器冷凝水排放閥9，使冷凝水不斷地排進地溝，打開不凝氣排放閥。

4、調(diào)節(jié)蒸汽調(diào)節(jié)閥7，使蒸汽壓力穩(wěn)定在0.05MPa以下（也可用不凝氣排放閥微調(diào)），蒸汽壓力穩(wěn)定的條件下，由大到小調(diào)節(jié)閥10改變水流量，測定3~6組數(shù)據(jù)，為了保證所測數(shù)據(jù)的準確性，每組數(shù)據(jù)之間穩(wěn)定時間不得低于5min。記錄數(shù)據(jù)列表。

5、實驗終了，首先關閉閥7，停泵、關閉發(fā)生器、儀表、電源。五、實驗報告編寫（一）實驗目的（二）實驗原理（三）實驗裝置（四）實驗數(shù)據(jù)記錄表（五）實驗數(shù)據(jù)處理（六）思考題實驗數(shù)據(jù)處理由所測得的Vs，t1、t2，確定流體密度，計算Q由所測得的t1、t2、tw，計算，（tw-t）m由所講義提供的換熱管長、管徑確定Si確定該流量下的給熱系數(shù)i由t1、t2，確定流體密度、黏度、導熱系數(shù)、普蘭特準數(shù)，計算i的理論值。由t1、t2、T確定平均溫度差tm

，進而確定傳熱系數(shù)Ki。計算每一個流量下的給熱系數(shù)和總傳熱系數(shù)，將處理結(jié)果列入計算結(jié)果表中（表的格式見書）。

注意：在實驗報告中僅寫出一組實驗數(shù)據(jù)的計算過程，其他只要在計算結(jié)果表中表達出來即可。確定蒸汽冷凝的給熱系數(shù)o確定流體被加熱給熱熱阻占總熱阻的比例do—換熱管外徑。t1t2TtW1321ptW2流量m3/h序號實驗數(shù)據(jù)記錄表實驗值理論值K321流量m3/h序號數(shù)據(jù)處理結(jié)果表精餾塔塔板效率測定實驗一、實驗目的（一）了解連續(xù)精餾塔的基本結(jié)構(gòu)及流程；（二）掌握連續(xù)精餾塔的操作方法；（三）學會板式精餾塔全塔效率的測定方法；（四）了解氣相色譜儀的使用方法。二、基本原理全塔效率ET=NT/NP，NT為所需理論塔板數(shù)，它可通過物系的平衡關系、通過實驗測定的塔頂餾出液組成xD、料液組成xF、熱狀態(tài)q、殘液組成xW以及回流比R用圖解法求得。NP為塔內(nèi)實際塔板數(shù)，可見各套裝置的銘牌。三、實驗裝置和流程

裝置采用不銹鋼篩板塔，塔內(nèi)徑和塔板數(shù)見銘牌，塔釜采用電加熱，塔頂冷凝器為列管換熱器，1、2號裝置加料泵采用離心泵，3、4、5號裝置采用電磁微量計量泵。其流程見右圖。四、實驗步驟與注意事項（一）實驗步驟1、配制16%~19%（質(zhì)量分數(shù)）的酒精料液加入塔釜中，加入量到液位計2/3處。2、檢查各閥門的位置是否處于關閉狀態(tài)，啟動儀表電源，再啟動電加熱電源（開始電壓為150V），使釜液緩慢升溫。打開冷卻水進口閥控制流量在400~500L/h，以冷凝塔內(nèi)上升的蒸汽，并將回流閥全開，以實現(xiàn)全回流操作。當回流管內(nèi)有液體流動時，可將電壓調(diào)到180V。3、當塔頂溫度、回流量和塔釜溫度穩(wěn)定后，分別在塔頂和塔底取樣進行色譜分析，以獲得餾出液和殘液組成。4、獲得準確xD和xW后，先關閉電加熱電源，再停掉儀表電源，待到塔板上沒有液體流動時，關閉冷卻水閥，關閉所有閥門，實驗結(jié)束。（二）注意事項1、塔頂放空閥一定要打開；2、料液加到塔釜液位計2/3處才能開始加熱，否則回由于釜液位太低而燒壞電加熱絲。五、實驗報告編寫（一）實驗目的（二）實驗原理（三）實驗裝置（四）實驗數(shù)據(jù)記錄（列表）

包括：實驗裝置號；實際塔板數(shù)NP；色譜分析所得塔頂和塔底組成aD和aW測定值（質(zhì)量分數(shù)）。（五）實驗數(shù)據(jù)處理（六）思考題實驗數(shù)據(jù)處理1、將所得塔頂和塔底組成換算為摩爾分數(shù)xD和xW

；2、在教科書上查取在101.3kPa壓力下乙醇~水物系的平衡數(shù)據(jù)；3、在x~y圖上畫出乙醇~水物系的平衡曲線，并畫圖求出在全回流操作條件下，分離要求為xD和xW情況時所需的理論塔板數(shù)NT（不包括塔釜）。4、利用ET=NT/NP

求出塔板效率ET。xDxWNPNTET裝置號aWaDp=101.3kPaxDxxWy理論塔板數(shù)NT=7-1=6層吸收系數(shù)測定實驗一、實驗目的1、了解填料塔裝置的基本結(jié)構(gòu)及流程；2、熟悉填料塔的操作控制；3、掌握總體積吸收系數(shù)的測定方法；4、了解氣體空塔速度和液體噴淋密度對總體積吸收系數(shù)的影響；5、了解氣相色譜儀的使用方法。二、基本原理本實驗采用用水吸收空氣中的CO2

，混合氣中CO2的濃度控制在10%以下，可按低濃度吸收處理。又CO2在水中溶解度很小，過程可看為液膜控制過程。本實驗主要測定HOL和KXa。

Z=HOLNOL要求得體積吸收總系數(shù)KXa，就必須先求HOL，在已知填料層高度Z的條件下，若要求得HOL

，NOL應為已知，NOL與L/V、Y1、X1、X2、m等參數(shù)有關，實驗過程要設法測定這些參數(shù)。三、實驗裝置四、實驗步驟1、打開儀表電源和風機電源開關；2、打開進水總閥，供水量控制在500L/h左右，讓水進入塔內(nèi)使填料充分潤濕；3、控制塔底出水閥開度，使塔底液位穩(wěn)定在一個位置，以防止塔底液封過高溢滿或過低而泄氣；4、打開CO2鋼瓶的總閥，調(diào)節(jié)減壓閥并使其壓力穩(wěn)定在200kPa5、打開尾氣閥、打開空氣進氣閥，調(diào)節(jié)空氣流量在2m3/h，并打開二氧化碳進氣閥，調(diào)節(jié)流量在100mL/h；6、調(diào)節(jié)尾氣閥開度，使塔內(nèi)壓力穩(wěn)定在實驗值；7、操作穩(wěn)定后，讀取各流量計的數(shù)值，以及操作溫度、壓力等參數(shù)，通過六通閥在線取樣，利用色譜分析出塔頂、塔底氣相組成aW2、aW1；8、增大水量到700~800L/h，重復5、6、7步驟。9、實驗完畢，先關閉CO2鋼瓶的總閥，再關閉風機電源開關，關閉儀表電源開關，清理場地。五、注意事項1、操作過程中要注意調(diào)整并保持各操作參量穩(wěn)定不變；2、操作條件改變后，要有一個較長的穩(wěn)定時間，一定要穩(wěn)定后才能讀取有關數(shù)據(jù)。六、實驗報告編寫（一）實驗目的（二）實驗原理（三）實驗裝置（四）實驗數(shù)據(jù)記錄實驗數(shù)據(jù)包括：實驗裝置號、填料層高度、塔徑、吸收劑（水）流量、操作溫度、壓強、空氣流量、CO2流量、色譜分析所得塔頂和塔底氣相組成測定值（質(zhì)量分數(shù)）。（五）實驗數(shù)據(jù)處理（六）思考題實驗裝置號

塔徑

D

填料層高度

Z

?？諝饬髁?/p>

Vhm3/hCO2流量mL/h水流量

Lh

m3/h塔底氣相組成aW1塔底氣相組成aW2溫度

TK壓強

pkPa實驗數(shù)據(jù)處理將塔底、塔頂氣相質(zhì)量分率換算為摩爾比將氣、液相體積流量換算為摩爾摩爾流量kmol/hkmol/hX2=0，由物料衡算確定X1由操作溫度到教科書附錄查取CO2在水中溶解的亨利系數(shù)E值，由操作壓力確定相平衡常數(shù)m，再進一步確定吸收因子A值根據(jù)填料層高度確定液相傳質(zhì)單元高度HOL確定液相傳質(zhì)單元數(shù)NOL由液相傳質(zhì)單元高度HOL確定體積吸收總系數(shù)KXa計算結(jié)果列表實驗裝置號

塔徑

D

填料層高度

Z

?？諝饬髁?/p>

V

kmol/h水流量

L

kmol/h塔底氣相組成Y1塔底氣相組成Y2溫度

TK壓強

pkPa

KXakmol/m3h離心泵性能特性曲線測定實驗

一、實驗目的了解離心泵結(jié)構(gòu)與特性，學會離心泵的操作；測定恒定轉(zhuǎn)速條件下離心泵的有效揚程(H)、軸功率(N)、以及總效率（η）與有效流量(Q)之間的曲線關系；學會馬達天平法測定離心泵軸功率的方法；了解壓力傳感器和變頻器的工作原理和使用方法；學會化工原理實驗軟件庫（組態(tài)軟件MCGS和VB實驗數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)）的使用。二、基本原理離心泵的特性曲線是選擇和使用離心泵的重要依據(jù)之一，其特性曲線是在恒定轉(zhuǎn)速下?lián)P程H、軸功率N及效率η與流量Q之間的關系曲線，它是流體在泵內(nèi)流動規(guī)律的外部表現(xiàn)形式。由于泵內(nèi)部流動情況復雜，不能用數(shù)學方法計算這一特性曲線，只能依靠實驗測定。1)流量Q的測定與計算采用渦輪流量計測量流量，智能流量積算儀顯示流量值Qm3/h。2)揚程H的測定與計算在泵進、出口取截面列柏努利方程：

(1)p1,p2：分別為泵進、出口的壓強N/m2,Pa ρ：液體密度kg/m3u1,u2：分別為泵進、出口的流速m/s g：重力加速度m/s2當泵進、出口管徑一樣，且壓力表和真空表安裝在同一高度，上式簡化為：

(2)由式（2）可知：只要直接讀出真空表和壓力表上的數(shù)值，就可以計算出泵的揚程。本實驗中，還采用壓力傳感器來測量泵進口、出口的真空度和壓力，由巡檢儀顯示真空度和壓力值。3)軸功率N的測量與計算軸功率可按下式計算：N=Mω=M（3）式中，N—泵的軸功率，WM—泵的轉(zhuǎn)矩，N.mω—泵的旋轉(zhuǎn)角速度，1/sn—泵的轉(zhuǎn)速，r/minP—測功臂上所加砝碼的質(zhì)量,KgL—測功臂長，m；L=0.4867m（馬達天平法）由式（3）可知：要測定泵的軸功率，需要同時測定泵軸的轉(zhuǎn)矩M和轉(zhuǎn)速n，泵軸的轉(zhuǎn)矩采用馬達天平法測量，泵軸的轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)速表直接讀出。4）效率η的計算泵的效率η為泵的有效功率Ne與軸功率N的比值。有效功率Ne是流體單位時間內(nèi)自泵得到的功，軸功率N是單位時間內(nèi)泵從電機得到的功，兩者差異反映了水力損失、容積損失和機械損失的大小。泵的有效功率Ne可用下式計算：Ne=HQρg

（4）故η=Ne/N=HQρg/N（5）三、實驗裝置流程圖離心泵性能特性曲線測定實驗儀控柜面板圖

四、實驗步驟1）儀表上電：打開總電源開關，打開儀表電源開關；打開三相空氣開關，把離心泵電源轉(zhuǎn)換開關旋到直接位置，即為由電源直接啟動，這時離心泵停止按鈕燈亮。2）打開離心泵出口閥門，打開離心泵灌水閥，對水泵進行灌水，注意在打開灌水閥時要慢慢打開，不要開的太大，否則會損壞真空表的。灌好水后關閉泵的出口閥與灌水閥門。3）實驗軟件的開啟：打開“離心泵性能特性曲線測定實驗.MCG”組態(tài)軟件，，進入組態(tài)環(huán)境，按“F5”鍵進入軟件運行環(huán)境。按提示輸入班級、姓名、學號、裝置號后按“確定”進入“離心泵性能特性測定實驗軟件”界面，點擊“恒定轉(zhuǎn)速下的離心泵性能特性曲線測定”按鈕，進入實驗界面。4）當一切準備就緒后，按下離心泵啟動按鈕，啟動離心泵，這時離心泵啟動按鈕綠燈亮。啟動離心泵后把出水閥開到最大，開始進行離心泵實驗。5）流量調(diào)節(jié)：（1）手動調(diào)節(jié)：通過泵出口閘閥調(diào)節(jié)流量；（2）自動調(diào)節(jié)：通過

四、實驗步驟儀控柜面板中流量自動調(diào)節(jié)儀表來調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥的開度，以實現(xiàn)流量的手自動控制：①儀表手動調(diào)節(jié)：在儀表面板上進行，按照萬迅儀表說明書第20頁的操作方式將儀表調(diào)到手動操作模式，按上下鍵（^、v）進行調(diào)節(jié)，輸出信號的增大或減小來控制調(diào)節(jié)閥開度的增大或減小，達到調(diào)節(jié)流量的目的；②儀表自動調(diào)節(jié)：在“恒定轉(zhuǎn)速下的離心泵性能特性曲線測定”實驗界面中，單擊“電動調(diào)節(jié)閥開度”，輸入調(diào)節(jié)閥開度值即可自動由調(diào)節(jié)閥控制流量。6）手動調(diào)節(jié)實驗方法：調(diào)節(jié)出口閘閥開度，使閥門全開。等流量穩(wěn)定時，在馬達天平上添加砝碼使平衡臂與準星對準讀取砝碼重量p。在儀表臺上讀出電機轉(zhuǎn)速n，流量v，水溫t，真空表讀數(shù)p1和出口壓力表讀數(shù)p2并記錄；關小閥門減小流量，重復以上操作，測得另一流量下對應的各個數(shù)據(jù)，一般