化工流体过程综合实验
装置说明书
一、实验目的：
1.学习直管摩擦阻力f P ?,直管摩擦系数λ的测定方法。.
2.掌握直管摩擦系数λ与雷诺数Re 和相对粗糙度之间的关系及其变化规律。
3.掌握局部摩擦阻力f P ?,局部阻力系数ζ的测定方法。.
4.学习压强差的几种测量方法和提高其测量精确度的一些技巧。
5.熟悉离心泵的操作方法。
6.掌握离心泵特性曲线和管路特性曲线的测定方法、表示方法、加深对离心泵性能的了解。 二、实验内容:
1.测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数λ。
2.测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数λ与雷诺数Re 和相对粗糙度之间的关系曲线。
3.测定管路部件局部摩擦阻力f P ?和局部阻力系数ζ。
4.熟悉离心泵的结构与操作方法。
5.测定某型号离心泵在一定转速下的特性曲线。
6.测定流量调节阀某一开度下管路特性曲线。 三、实验原理:
1.直管摩擦系数λ与雷诺数Re 的测定:
直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即)/(Re,d f ελ=，对一定的相对粗糙度而言，(Re)f =λ。
流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路阻力引起的能量损失为： ρ
ρf
f P P P h ?=-=
2
1 （1）
又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式）
2
2
u d l h f
P f
λρ
==
? （2）
整理（1）（2）两式得
2
2u P l d f
??
?=ρλ （3） μ
ρ
??=u d Re （4）
式中： -d 管径，m ；
-?f P 直管阻力引起的压强降，Pa ；
-l 管长，m ；
-u 流速，m / s ；
-ρ流体的密度，kg / m 3；
-μ流体的粘度，N ·s / m 2。
在实验装置中，直管段管长l 和管径d 都已固定。若水温一定，则水的密度ρ和粘度μ也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降△P f 与流速u （流量V ）之间的关系。
根据实验数据和式（3）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（4）计算对应的Re ，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与Re 的关系曲线。
2.局部阻力系数ζ的测定 2
2'u P h f
f ζρ
=?=
'
2'2u P f
?????
? ??=ρζ
式中： -ζ局部阻力系数，无因次； -?'f P 局部阻力引起的压强降，Pa ；
-'f h 局部阻力引起的能量损失，J ／kg 。
图1 局部阻力测量取压口布置图
局部阻力引起的压强降'f P ? 可用下面的方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在其上、下游开两对测压口a-a'和b-b ＇，见图1，使
ab ＝bc ； a ＇b ＇＝b ＇c ＇
则 △P f ，a b ＝△P f ，bc ；
△P f ，a ＇b ＇= △P f ，b ＇c ＇
在a~a ＇之间列柏努利方程式：
P a －P a ＇ =2△P f ，a b +2△P f ，a ＇b ＇+△P ＇f (5)
在b~b ＇之间列柏努利方程式：
P b －P b ＇ = △P f ，bc +△P f ，b ＇c ＇+△P ＇f
= △P f ，a b +△P f ，a ＇b ＇+△P ＇f （6） 联立式(5)和(6)，则：
'f P ?＝2(P b －P b ＇)－(P a －P a ＇)
为了实验方便，称(P b －P b ＇)为近点压差，称(P a －P a ＇)为远点压差。其数值用差压传感器来测量。 3.离心泵特性曲线:
离心泵是最常见的液体输送设备。在一定的型号和转速下，离心泵的扬程H 、轴功率N 及效率η均随流量Q 而改变。通常通过实验测出H —Q 、N —Q 及η—Q 关系，并用曲线表示之，称为特性曲线。特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用泵的重要依据。泵特性曲线的具体测定方法如下： (1) H 的测定：
在泵的吸入口和排出5之间列柏努利方程
出入入出
出入入入-+++=+++f H g
u g P Z H g u g P Z 2222ρρ （7）
()出入入出入出入出-+-+-+-=f H g
u u g P P Z Z H 222ρ （8） 上式中出入-f H 是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力，与柏努力方程中其它项比较，出入-f H 值很小，故可忽略。于是上式变为：
()g
u u g
P P Z Z H 222入
出入
出入出-+
-+
-=ρ （9） 将测得的()入出Z Z -和入出P P -的值以及计算所得的出入u u ,代入上式，即可求得H 值。
(2) N 测定：
功率表测得的功率为电动机的输入功率。由于泵由电动机直接带动，传动效率可视为1，所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。即： 泵的轴功率 N=电动机的输出功率，Kw
电动机输出功率=电动机输入功率×电动机效率。 泵的轴功率=功率表读数×电动机效率，Kw 。
(3) η 测定
N
Ne
=η （10）
)(102
1000Kw HQ g HQ Ne ρ
ρ==
（11） 式中：η—泵的效率； N —泵的轴功率，Kw ； Ne-泵的有效功率Kw ； H —泵的扬程，m ；
Q —泵的流量，m 3/s ；
ρ-水的密度，Kg/m 3。
4.管路特性曲线:
当离心泵安装在特定的管路系统中工作时，实际的工作压头和流量不仅与离心泵本身的性能有关，还与管路特性有关，也就是说，在液体输送过程中，泵和
管路二者相互制约的。
管路特性曲线是指流体流经管路系统的流量与所需压头之间的关系。若将泵的特性曲线与管路特性曲线在同一坐标图上，两曲线交点即为泵的在该管路的工作点。因此，如同通过改变阀门开度来改变管路特性曲线，求出泵的特性曲线一样，可通过改变泵转速来改变泵的特性曲线，从而得出管路特性曲线。泵的压头H 计算同上。 5.流量计性能测定:
流体通过节流式流量计时在上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量的关系为：
ρ
)
(20
0下上P P A C V s -=
式中：—S V 被测流体(水)的体积流量，m 3/s ； —0C 流量系数，无因次； —0A 流量计节流孔截面积，m 2；
—下上P P -流量计上、下游两取压口之间的压强差，Pa ； —ρ被测流体(水)的密度，kg ／m 3 。
用涡轮流量计作为标准流量计来测量流量V S 。，每一个流量在压差计上都有一对应的读数，将压差计读数△P 和流量V s 绘制成一条曲线，即流量标定曲线。同时利用上式整理数据可进一步得到C —Re 关系曲线
四、实验装置的基本情况:
1.实验装置流程示意图:
图2 流动过程综合实验流程示意图
1-水箱；2-水泵；3-入口真空表；4-出口压力表；5、16-缓冲罐；6、14-测局部阻力近端阀；7、15-测局部阻力远端阀；8、17-粗糙管测压阀；9、21-光滑管测压阀；10-局部阻力阀；11-文丘里流量计（孔板流量计）；12-压力传感器；13-涡流流量计；18、32-阀门；20-粗糙管阀；22-小转子流量计；23-大转子流量计；24阀门；25-水箱放水阀；26-倒U型管放空阀；27- 倒U型管；28、30-倒U型管排水阀；29、31-倒U型管平衡阀
实验装置流程简介
1.流体阻力测量：
水泵2将储水槽1中的水抽出，送入实验系统，经玻璃转子流量计22、23测量流量，然后送入被测直管段测量流体流动阻力，经回流管流回储水槽1。被测直管段流体流动阻力ΔP可根据其数值大小分别采用变送器12或空气—水倒置Ｕ型管来测量。
2.流量计、离心泵性能测定：
水泵2将水槽1内的水输送到实验系统，流体经涡轮流量计13计量，用流
量调节阀32调节流量，回到储水槽。同时测量文丘里流量计两端的压差，离心泵进出口压强、离心泵电机输入功率并记录。
3.管路特性测量：
用流量调节阀32调节流量到某一位置，改变电机频率，测定涡轮流量计的频率、泵入口压强、泵出口压强并记录。
2.实验设备主要技术参数：
表1
表2
3.实验装置面板图：
图3 实验装置仪表面板图
五、实验方法及步骤：
1．流体阻力测量
（1）向储水槽内注水至水满为止。(最好使用蒸馏水，以保持流体清洁) （2）光滑管阻力测定：
①关闭粗糙管路阀门8,17,20，将光滑管路阀门9,19,21全开，在流量为零条件下，打开通向倒置U型管的进水阀29,31，检查导压管内是否有气泡存在。若倒置U型管内液柱高度差不为零，则表明导压管内存在气泡。需要进行赶气泡操
作。导压系统如图4所示操作方法如下：
加大流量，打开U型管进出水阀门29,31，使倒置U型管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若观察气泡已赶净，将流量调节阀24关闭，U型管进出水阀29,31关闭，慢慢旋开倒置U型管上部的放空阀26后，分别缓慢打开阀门28、30，使液柱降至中点上下时马上关闭，管内形成气—水柱，此时管内液柱高度差不一定为零。然后关闭放空阀26，打开U型管进出水阀29,31，此时U型管两液柱的高度差应为零（1—2mm的高度差可以忽略），如不为零则表明管路中仍有气泡存在，需要重复进行赶气泡操作。
图4 导压系统示意图
3、4-排水阀； 11- U型管进水阀；12-压力传感器；
26- U型管放空阀；27-U型管
②该装置两个转子流量计并联连接，根据流量大小选择不同量程的流量计测量流量。
③差压变送器与倒置U型管亦是并联连接，用于测量压差，小流量时用∪型管压差计测量，大流量时用差压变送器测量。应在最大流量和最小流量之间进行实验操作，一般测取15～20组数据。
注：在测大流量的压差时应关闭U型管的进出水阀29,31，防止水利用U型管形成回路影响实验数据。
(3) 粗糙管阻力测定：
关闭光滑管阀，将粗糙管阀全开，从小流量到最大流量，测取15~20组数据。
(4) 测取水箱水温。待数据测量完毕，关闭流量调节阀，停泵。
(5) 粗糙管、局部阻力测量方法同前。
2．流量计、离心泵性能测定
（1）向储水槽内注入蒸馏水。检查流量调节阀32，压力表4的开关及真空表3的开关是否关闭(应关闭)。
（2）启动离心泵，缓慢打开调节阀32至全开。待系统内流体稳定，即系统内已没有气体，打开压力表和真空表的开关，方可测取数据。
（3）用阀门32调节流量，从流量为零至最大或流量从最大到零，测取 10～15组数据，同时记录涡轮流量计频率、文丘里流量计的压差、泵入口压强、泵出口压强、功率表读数，并记录水温。
（4）实验结束后，关闭流量调节阀，停泵，切断电源。
3．管路特性的测量
（1）测量管路特性曲线测定时，先置流量调节阀32为某一开度，调节离心泵电机频率（调节范围50—20Hz），测取 8～10组数据，同时记录电机频率、泵入口压强、泵出口压强、流量计读数，并记录水温。
（2）实验结束后，关闭流量调节阀，停泵，切断电源。
3.管路特性的测定：
当离心泵安装在特定的管路系统中工作时，实际的工作压头和流量不仅与离心泵本身的性能有关，还与管路特性有关，也就是说，在液体输送过程中，泵和管路二者是相互制约的。
管路特性曲线是指流体流经管路系统的流量与所需压头之间的关系。若将泵的特性曲线与管路特性曲线绘制在同一坐标图上，两曲线交点即为泵在该管路的工作点。因此，如同通过改变阀门开度来改变管路特性曲线，求出泵的特性曲线一样，可通过改变泵转速来改变泵的特性曲线，从而得出管路特性曲线。泵的压头H计算方法同上。
六、实验注意事项
1．直流数字表操作方法请仔细阅读说明书，待熟悉其性能和使用方法后再进行使用操作。
2．启动离心泵之前以及从光滑管阻力测量过渡到其它测量之前，都必须检查所有流量调节阀是否关闭。
3．利用压力传感器测量大流量下△P时,应切断空气—水倒置∪型玻璃管的阀门
否则将影响测量数值的准确。
4．在实验过程中每调节一个流量之后应待流量和直管压降的数据稳定以后方可记录数据。
5. 若之前较长时间未做实验，启动离心泵时应先盘轴转动，否则易烧坏电机。
6. 该装置电路采用五线三相制配电，实验设备应良好接地。
7. 使用变频调速器时一定注意FWD指示灯亮，切忌按REV指示灯亮时电机反转。
8. 启动离心泵前，必须关闭流量调节阀，关闭压力表和真空表的开关，以免损坏测量仪表。
9. 实验水质要清洁，以免影响涡轮流量计运行。
附：实验数据表
表2 离心泵性能测定实验数据记录
一、实验目的： 1.学习直管摩擦阻力f P ?,直管摩擦系数λ的测定方法。. 2.掌握直管摩擦系数λ与雷诺数Re 和相对粗糙度之间的关系及其变化规律。 3.掌握局部摩擦阻力f P ?,局部阻力系数ζ的测定方法。. 4.学习压强差的几种测量方法和提高其测量精确度的一些技巧。 5.熟悉离心泵的操作方法。 6.掌握离心泵特性曲线和管路特性曲线的测定方法、表示方法、加深对离心泵性能的了解。 二、实验内容: 1.测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数λ。 2.测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数λ与雷诺数Re 和相对粗糙度之间的关系曲线。 3.测定管路部件局部摩擦阻力f P ?和局部阻力系数ζ。 4.熟悉离心泵的结构与操作方法。 5.测定某型号离心泵在一定转速下的特性曲线。 6.测定流量调节阀某一开度下管路特性曲线。 三、实验原理: 1.直管摩擦系数λ与雷诺数Re 的测定: 直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即)/(Re,d f ελ=，对一定的相对粗糙度而言，(Re)f =λ。 流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路阻力引起的能量损失为： ρ ρf f P P P h ?=-= 2 1 （1） 又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式） 2 2 u d l h f P f λρ == ? （2） 整理（1）（2）两式得 22u P l d f ???= ρλ （3）
μ ρ ??= u d Re （4） 式中： -d 管径，m ； -?f P 直管阻力引起的压强降，Pa ； -l 管长，m ； -u 流速，m / s ； -ρ流体的密度，kg / m 3； -μ流体的粘度，N ·s / m 2。 在实验装置中，直管段管长l 和管径d 都已固定。若水温一定，则水的密度ρ和粘度μ也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降△P f 与流速u （流量V ）之间的关系。 根据实验数据和式（3）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（4）计算对应的Re ，整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与Re 的关系曲线。 2．局部阻力系数ζ的测定 22 'u P h f f ζρ =?= ' 2'2u P f ?????? ??=ρζ 式中： -ζ局部阻力系数，无因次； -?'f P 局部阻力引起的压强降，Pa ； -'f h 局部阻力引起的能量损失，J ／kg 。 图-1 局部阻力测量取压口布置图 局部阻力引起的压强降'f P ? 可用下面方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在上、下游各开两对测压口a-a'和b-b ＇如图-1，使 ab ＝bc ； a ＇b ＇＝b ＇c ＇，则 △P f ，a b ＝△P f ，bc ； △P f ，a ＇b ＇= △P f ，b ＇c ＇ 在a~a ＇之间列柏努利方程式 P a －P a ＇ =2△P f ，a b +2△P f ，a ＇b ＇+△P ＇f (5) 在b~b ＇之间列柏努利方程式： P b －P b ＇ = △P f ，bc +△P f ，b ＇c ＇+△P ＇f = △P f ，a b +△P f ，a ＇b ＇+△P ＇f （6） 联立式(5)和(6)，则：'f P ?＝2(P b －P b ＇)－(P a －P a ＇)
传热综合实验（一） 实验时间2020年5月14日成绩________指导老师_______________ 一、实验目的 1.通过对简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数α i 的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。 2.应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe m Pr0.4中常数A、m的值。 二、实验原理 （1）传热过程基本原理 传热是指由于温度差引起的能量转移，又称热传递。由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在时，热量就必然发生从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。 总传热系数K是评价换热器性能的一个重要参数，也是对换热器进行传热计算的依据。对于已有的换热器，可以通过测定有关数据，如设备尺寸、流体的流量和温度等，然后由传热速率方程式（1-1）计算K值。传热速率方程式是换热器传热计算的基本关系。在该方程式中，冷、热流体的温度差△T是传热过程的推动力，它随传热过程冷热流体的温度变化而改变。 传热速率方程式Q=K×S×ΔTm（1-1） 所以对于总传热系数K=Cp×W×(T2-T1)/(S×ΔTm) (1-2) 式中： Q----热量(W)； S----传热面积(m2)； △Tm----冷热流体的平均温差(℃)；△Tm=Tw-Tm K----总传热系数(W/(m2·℃))； C P ----比热容 (J/(kg·K))； W----空气质量流量(kg/s)； △T=T 2-T 1 ----冷物流温度差(℃)。 换热器的面积：S i=πd i L i（1-3）式中：d i—内管管内径，m； L i —传热管测量段的实际长度，m； 平均空气质量流量W m=V mρm 3600（1-4）
化工原理绪论、流体流动、流体输送机械 、填空题 一个生产工艺是由若干个 各单元操作的操作原理及设备计算都是以 四个概念为依据的。 常见的单位制有 一个过程在一定条件下能否进行，以及进行到什么程度，只有通过 断。 单位时间过程的变化率称为 问答题 7. 什么是单元操作？主要包括哪些基本操作? 8. 提高过程速率的途径是什么？ 第一章流体流动 填空题 流体垂直作用于单位面积上的力，称为 两种。 当管中流体形成稳定流动时，管中必定充满流体，即流体必定是 因。另外，管壁粗糙度和管子的长度、直径均对流体阻力 流体在管道中的流动状态可分为 点运动方式上的区别是 判断液体处于同一水平面上的各点压强是否相等的依据是 流体若由低压头处流向高压头处时，所加入外加功的作用是 在测量流体的流量时，随流量的增加孔板流量计两侧的压差将 ________ ，若改用转 子流量计，随流量增加转子两侧压差值 ___________________ 。 选择题 构成的。 由于在计量各个物理量时采用了不同的 ，因而产生了不同的单位制。 来判 单位体积流体的质量称为 ，它与 互为倒数。 单位时间流经管道任一截面的流体量称为 ,其表示方法有 的。 产生流体阻力的根本原因是 ；而 是产生流体阻力的第二位原 .两种类型，二者在部质 10 . 液体的密度随温度的升高而
11 表压值是从压强表上读得的，它表示的是 D 大气压强 13 - 气体在等截面的管道中流动时，如质量流量不变则其质量流速 14 - 粘度愈大的流体其流动阻力 15 - 柏努利方程式既可说明流体流动时的基本规律也能说明流体静止时的基本规律, 响却越来越明显。 18 - 当液体部任一点的压强有变化时，将使液体部其它各点的压强 二' 判断题 19 - 气体的粘度随压力的升高而增大。 （） 20 - 层流层的厚度随流体湍动程度的增加而增加。 21 -流体在管路中作稳定流动时，任一截面处流体的流速、密度与截面积的乘积均相等。 22 ■当液体部某点压强一定时，则液体的密度越大，此点距液面的高度也越大。 23 -流体阻力的主要表现之一是静压强下降。 24 ■ 真空度为定值时，大气压强越大，则绝对压强越大。 A 增大 B 减小 C 不变 不一定 A 比大气压强高出的部分 B 设备的真实压力 比大气压强低的部分 12 ■ 流体的流动类型可以用 的大小来判定。 A 流速 B 雷诺准数 C 流量 摩擦系数 A 随温度大小变化 B 随压力大小变化 C 不变 D 随流速大小变化 A 愈大 B 愈小 C 二者无关系 D 不会变化 表明静止流体任一点流体的 是常数。 A 总能量 B 静压能与动压能的和 C 压强 静压 台匕 冃匕 16 -流体的流动状态是由多方面因素决定的, 增大，都使流体向 向移动， 增大，使流体向 方向移动。 A 湍流 B 滞流 C 过渡流 D 稳流 17 ■ 湍流流动的流体随 Re 值的增大，摩擦系数与 关系不大，而 的影 A 雷诺准数 B 粘度 C 管壁粗糙度 D 流体阻力 A 发生变化 B 发生同样大小的变化 C 不变化 D 发生不同情况的变
化工原理实验讲义化工与环境学院化学工程与控制系化工原理实验室
编写说明 近几年来，本实验室的实验装置中的大部分都进行了更新或改造。过去编写的实验讲义已经不能适应目前的状况，兄弟院校的相关实验教程也由于装置、内容、重点等方面的差异而有一定的局限。所以有必要重新编写一本适用的实验讲义。这有助于提高实验教学质量，改善教学效果。 本实验讲义的大部分内容，曾经以补充讲义电子版的形式提供给2003和2004级两个年级的本科生700多名同学试用，取得了比较满意的效果。此次正式交付印刷，又增补了一些必要的基础知识，各个实验项目的思考题，以及选修实验项目的内容。第一、第二章由毋俊生执笔，其余章节由邓文生，康惠宝执笔，全书由刘文芳排版编辑。本次又根据2011年更换的设备，对流体阻力测定、干燥实验、雷诺实验部分进行了修订，并对其它部分的一些笔误进行了更正。虽然编者都具有较长期指导本实验课程的经历，但受知识结构、理解深度、认识水平等方面的局限，不当之处在所难免。期望使用本讲义的老师和同学提出您的意见、建议和指正。 2007年7月编 2012年4月修订
目录 第 1 章化工基础实验技术 (2) 1.1 温度的测量 (2) 1.2 压力的测量 (3) 1.3 流量的测量 (5) 第 2 章实验数据分布及基本数据处理 (9) 2.1 实验数据的分布 (9) 2.2 实验数据的基本处理 (9) 2.3 实验报告的基本要求 (10) 第 3 章化工原理基本实验 (12) 3.1 流体流动阻力的测定 (12) 3.2 离心泵特性曲线的测定 (16) 3.3 对流传热系数的测定 (20) 3.4 填料塔压降曲线和吸收系数的测定 (23) 3.5 精馏塔效率的测定 (28) 3.6 干燥速率曲线的测定 (32) 3.7 扩散系数的测定 (35) 3.8 液—液萃取塔的操作 (39) 第 4 章演示实验 (42) 4.1 雷诺实验 (42) 4.2 机械能守恒与转换 (45) 4.3 边界层形成与分离 (47) 第 5 章化工流动过程综合实验 (48)
《化工原理实验》 讲稿 二0一四年二月
1.雷诺实验 一、实验目的 1.观察层流、湍流的流态及其转化特征； 2.测定临街雷诺准数，掌握圆管流动形态的判别准则； 3.观察紊流（或湍流）产生过程，理解紊流产生机理。 二、实验原理 1. 液体在运动时，存在着两种根本不同的流动状态。当液体流速较小时，惯性力较小，粘滞力对质点起控制作用，使各流层的液体质点互不混杂，液流呈层流运动。当液体流速逐渐增大，质点惯性力也逐渐增大，粘滞力对质点的控制逐渐减弱，当流速达到一定程度时，各流层的液体形成涡体并能脱离原流层，液流质点即互相混杂，液流呈紊流运动。这种从层流到紊流的运动状态，反应了液流内部结构从量变到质变的一个变化过程。 2.当初始状态流速较大时，从紊流到层流的过渡流速为下临界流速，对应的雷诺准数为下临界雷诺数，反之为上临界流速和上临界雷诺数。 μ ρu d = Re （1） 式中 d ——导管直径，m ； ρ——流体密度，kg ·m 3-； μ——流体粘度，Pa ·s ； u ——流体流速，m ·s 1-； 大量实验测得：当雷诺准数小于某一下临界值时，流体流动型态恒为层流；当雷诺数大于某一上临界值时，流体流型恒为湍流。在上临界值与下临界值之间，则为不稳定的过渡区域。对于圆形导管，下临界雷诺数为2000，上临界雷诺数为10000。一般情况下，上临界雷诺数为4000时，即可形成湍流。 应当指出，层流与湍流之间并非是突然的转变，而是两者之间相隔一个不稳定过渡区域，因此，临界雷诺数测定值和流型的转变，在一定程度上受一些不稳定的其他因素的影响。 三、实验装置 (雷诺实验仪CEA —F01型) 雷诺试验装置主要由稳压溢流水槽、试验导管和转子流量计等部分组成，如图1所示。自来水不断注入并稳压溢流水槽。稳压溢流水槽的水流经试验导管和流量计，最后排入下水道。稳压溢流水槽的溢流水，也直接排入下水道。
气—气传热综合实验讲义 一、实验目的： 1．通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数 i的测定方法，加 m 0.4中常数 A、m 的值； 2．通过对管程内部插有螺旋线圈和采用螺旋扁管为内管的空气—水蒸气强化套管换热器的 m 传热的基本理论和基本方式； 3．了解套管换热器的管内压降p和 Nu之间的关系； 二、实验内容： 实验一： ①测定 5~6 个不同流速下简单套管换热器的对流传热系数 i。 m 0.4 ③测定 5~6 个不同流速下简单套管换热器的管内压降p1。 实验二： ①测定 5~6 个不同流速下强化套管换热器的对流传热系数 i。 m ③测定 5~6 个不同流速下强化套管换热器的管内压降p 2。并在同一坐标系下绘制普通管 p1 ~Nu 与强化管p 2 ~Nu 的关系曲线。比较实验结果。 ④同一流量下，按实验一所得准数关联式求得 Nu0，计算传热强化比 Nu/Nu0。 三、实验原理 实验一普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 1. 对流传热系数 i的测定
对流传热系数 i可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定。 深对其概念和影响因素的理解，并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu = A * Re * Pr 实验研究，测定其准数关联式Nu = B * Re中常数B、m 的值和强化比Nu / Nu 0，了解强化②对α i的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=ARe Pr 中常数A、m 的值。 ②对α i的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=BRe 中常数B、m 的值。
i＝Q i t m S i （2-1） 2 Q i—管内传热速率，W； 2 t mi—内管壁面温度与内管流体温度的平均温差，℃。 平均温差由下式确定： t mi t w ( )（2-2） 2 式中：t i1，t i2—冷流体的入口、出口温度，℃； t w—壁面平均温度，℃； 因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度 和壁面平均温度近似相等，用 t w来表示。 管内换热面积： S i d i L i（2-3） 式中：d i—内管管内径，m； L i—传热管测量段的实际长度，m； 由热量衡算式： Q i W i c pi (t i 2 t i1)（2-4） 其中质量流量由下式求得： W i（2-5） 3600 3 cp i—冷流体的定压比热，kJ / (kg·℃)； 3 cp i和ρi可根据定性温度 t m查得， t m为冷流体进出口平均温度。t i1、t i2、 2 tw、V i可采取一定的测量手段得到。
1.为测量内直径由d1= 40 mm到d2= 80 mm的突然扩大的局部阻力系数，在扩大两侧装一 U型压差计，指示液为CCl4， 43 CCl 1600kg/m ρ=。当水的流量为2.78×10-3 m3/s时，压 差计读数R为165 mm，如本题附图所示。忽略两侧压口间的直管阻力，试求实际测得局部阻力系数。 计算题1附图 2在一管路系统中,用一台离心泵将密度为1000 kg/m3的清水从敞口地面水池输送到高位密封贮槽(表压为10m H2O柱),两端液面的位差Δz= 10m,管路总长l=50 m(包括所有局部阻力的当量长度),管内径均为40 mm,摩擦系数λ=0.02。试求： （1）该管路的特性曲线方程； （2）若离心泵的特性曲线方程为H=40-200 q V2(H为压头，m ；q V为流量，m3/min),则该管路的输送量为多少m3/min？扬程为多少m? 若此时泵的效率为0.6，泵的轴功率为多少W？ 2在一管路系统中,用一台离心泵将密度为1000 kg/m3的清水从敞口地面水池输送到高位密封贮槽(表压为10m H2O柱),两端液面的位差Δz= 10m,管内径均为40 mm, 管路的输送量为0.217 m3/min离心泵的特性曲线方程为H=40-200 q V2 (H为压头，m ；q V为流量，m3/min), 试求： 1、管路的特性曲线方程；扬程为多少m? 若此时泵的效率为0.6，泵的轴功率为多少W？ 2、若阀门开度减小，使得局部阻力系数增大了70，（假设在完全湍流区），求此时管路中 流体流量？ 3如本题附图所示，用泵将水由低位槽打到高位槽(均敞口，且液面保持不变)。已知两槽液面距离为20 m，管路全部阻力损失为5 m水柱（包括管路进出口局部阻力损失），泵出口管路内径为50 mm，AB管段长为6 m，其上装有U管压强计，压强计读数R为40 mmHg，R'为1200 mmHg，H为1 mH2O，设摩擦系数为0.02。指示剂为水银。求:
哈工大 2006 年 秋 季学期 化工综合实验 A 答案 试 题 一 填空（每题1分，共10分） 1.雷诺实验的目的是为了测定流体流动的型态，临界雷诺数 。 2.在流动阻力测定实验中，对于固定的管道其摩擦系数是 雷诺数 的函数。 3.传热实验中由于忽略了污垢和管壁热阻，因此总的传热系数和热水的传热膜系数数值关系近似为 1/2，一半 。 4.吸收实验测定二氧化碳在水中的浓度时，空白实验取 10 mL 的氢氧化钡用标准盐酸溶液滴定。 5.蒸馏实验中，分析塔顶和塔釜样品乙醇和丙醇的摩尔分数时，我们使用 阿贝折光仪 测得的实验数据。 6.干燥实验湿空气的相对湿度可以通过 湿球温度计 温度计测得，对干燥而言空气的湿度对于干燥操作影响很大。 7.离心泵特性曲线是在一定的条件下用清水测定的，主要有 压头-流量，效率-流量和功率-流量 组成。 8.转子流量计有用于测量空气和水的流量之分，使用时需要校正流量曲线，其正确的安装方法是 垂直向上 。 第 1 页 （共 4 页）
9.伯努力实验中,某一个截面的动压头等于该截面的冲压头与静压头之差。 10.在化工综合实验中，为了简化实验，便于数据处理，得到准数关联式。我们采用了量纲分析法，因次分析法 二简答题（20分） 1.U型压差计中指示液的选择原则是什么？（3分） 答：（1）指示液与管路流体互不相溶； （2）为了提高实验的精度，根据待测压差可能的最大值选择密度合理的指示液，待测压差较大的就应选择密度较大的指示液。 2.离心泵实验操作时，为何用控制出口阀的开度调节流量？（3分） 答：一个输送系统是由泵和管路共同构成，其工作状况也是由泵的特性与管路特性共同决定。控制出口阀的开度调节流量好处在于：（1）方便；（2）改变管路特性。 第2 页（共4 页）
北 京 化 工 大 学 实 验 报 告 课程名称： 化工原理实验 实验日期： 2008.10.29 班 级： 化工0602 姓 名：许兵兵 学 号： 200611048 同 组 人 ：汤全鑫 阮大江 阳笑天 流体流动阻力的测定 摘要 ● 测定层流状态下直管段的摩擦阻力系数（光滑管、粗糙管和层流管）。 ● 测定湍流状态不同（ε/d）条件下直管段的摩擦阻力系数（突然扩大管）。 ● 测定湍流状态下管道局部的阻力系数的局部阻力损失。 ● 本次实验数据的处理与图形的拟合利用Matlab 完成。 关键词 流体流动阻力 雷诺数 阻力系数 实验数据 Matlab 一、实验目的 1、掌握直管摩擦阻力系数的测量的一般方法； 2、测定直管的摩擦阻力系数λ以及突扩管的局部阻力系数ζ； 3、测定层流管的摩擦阻力 4、验证湍流区内λ、Re 和相对粗糙度的函数关系 5、将所得光滑管的Re -λ方程与Blasius 方程相比较。 二、实验原理 不可压缩流体（如水），在圆形直管中作稳定流动时，由于粘性和涡流的作用产生摩擦阻力；流体在流过突然扩大和弯头等管件时，由于流体运动的速度和方向突然发生变化，产生局部阻力。影响流体流动阻力的因素较多，在工程研究中，利用因次分析法简化实验，引入无因此数群 雷 诺 数： μρ du = Re 相对粗糙度： d ε 管路长径比： d l 可导出： 2)(Re,2u d d l p ??=?εφρ 这样，可通过实验方法直接测定直管摩擦阻力系数与压头损失之间的关系： 22u d l p H f ? ?=?=λρ
因此，通过改变流体的流速可测定出不同Re 下的摩擦阻力系数，即可得出一定相对粗糙度的管子的λ—Re 关系。 在湍流区内，λ = f（Re ，ε/ d ），对于光滑管大量实验证明，当Re 在3×103至105的范围内，λ与Re 的关系遵循Blasius 关系式，即： 25 .0Re 3163.0=λ 对于层流时的摩擦阻力系数，由哈根—泊谡叶公式和范宁公式，对比可得： Re 64=λ 局部阻力： f H =2 2 u ?ξ [J/kg] 三、装置和流程 四、操作步骤 1、启动水泵，打开光滑管路的开关阀及压降的切换阀，关闭其它管路的开关阀和切换阀； 2、排尽体系空气，使流体在管中连续流动。检验空气是否排尽的方法是看当流量为零时候U 形压差计的两液面是否水平； 3、调节倒U 型压差计阀门1、2、3、 4、5的开关，使引压管线内流体连续、液柱等高； 4、打开流量调节阀，由大到小改变10次流量（Re min ＞4000）,记录光滑管压降、孔板压降数据； 5、完成10组数据测量后，验证其中两组数据，确保无误后，关闭该组阀门； 6、测量粗糙管（10组）、突然扩大管（6组）数据时，方法及操作同上； 7、测量层流管压降时，首先连通阀门6、7、8、9、10所在任意一条回流管线，其次打开进入高位水灌的上水阀门11，关闭出口流量调节阀16； 8、当高位水灌有溢流时，打开层流管的压降切换阀，对引压管线进行排气操作； 9、打开倒U 型压差计阀门5，使液柱上升到n 型压差计示数为0的位置附近，然后关闭该阀门，检 图1 流体阻力实验装置流程图 1． 水箱 2．离心泵 3．孔板流量计 4．管路切换阀 5．测量管路 6．稳流罐 7．流量调节阀
化工传热综合实验装置 说明书 天津大学化工基础实验中心 2011．7 强化传热又被学术界称为第二代传热技术，它能减小初设计的传热面积，从而减小换热器的体积和重量，提高现有换热器换热能力，减小换热阻力，降低换热器动力消耗，使换热器在较低温差下就可以工作，从而有效地利用能源，节省资金。强化传热的方法有多种，本实验装置采用的是在换热器内管插入螺旋线圈
的方法来达到强化传热的目的。 螺旋线圈内部结构如图-1所示，线圈由直径3mm 以下的铜丝和钢丝按一定节距绕成。在普通套管换热器内将金属螺旋线圈插入并固定，即构成强化传热管。靠近管壁区域，流体一方面受到螺旋线圈的作用而发生旋转，一方面还周期性地受到线圈螺旋金属丝的扰动，使湍流程度增大，减小层流内层厚度，从而达到强化传热的 目的。由于绕制线圈的金属丝直径很细，流体旋流强度较弱，所以流动阻力小，有利于节省能源。螺旋线圈以线圈节距H 与管内径d 的比值为技术参数，另外，管长与管径之比（管径比）是影响传热效果和阻力系数的重要因素。强化传热的机理较为复杂，经过多年实验研究，人们总结出了m B Nu Re 的经验公式，其中B 和m 值的大小因螺旋丝尺寸不同而变化。 按照实验方法操作，确定不同流量下Rei 与Nu 的数值，再通过线性回归最终确定B 和m 的数值。 单纯研究强化手段的强化效果（不考虑阻力的影响），可以用强化比的概念作为评判指标，它的形式是：Nu /Nu 0，其中Nu 是强化管的努塞尔准数，Nu 0是普通管的努塞尔准数，显然，强化比Nu /Nu 0＞1，且比值越大，强化效果越好。 1.传热综合实验装置流程图见图-2，仪表面板示意图见图-3。 图-1 螺旋线圈内部结构
第二章 流体输送机械 离心泵特性 【2-1】某离心泵用15℃的水进行性能实验，水的体积流量为540m 3/h ，泵出口压力表读数为350kPa ，泵入口真空表读数为30kPa 。若压力表与真空表测压截面间的垂直距离为350mm ，吸入管与压出管内径分别为350mm 及310 mm ，试求泵的扬程。 解 水在15℃时./39957kg m ρ=，流量/V q m h =3540 压力表350M p kPa =，真空表30V p kPa =-（表压） 压力表与真空表测压点垂直距离00.35h m = 管径..12035031d m d m ==， 流速 / ./(.) 122 1 540360015603544V q u m s d ππ == =? . ../.2 2 1212035156199031d u u m s d ???? ==?= ? ????? 扬程 2 2 2102M V p p u u Ηh ρg g --=++ ()(.)(.)....?--?-=++ ??3322 35010301019915603599579812981 ....m =++=0353890078393 水柱 【2-2】原来用于输送水的离心泵现改为输送密度为1400kg/m 3的水溶液，其他性质可视为与水相同。若管路状况不变，泵前后两个开口容器的液面间的高度不变，试说明：(1)泵的压头（扬程）有无变化；(2)若在泵出口装一压力表，其读数有无变化；(3)泵的轴功率有无变化。 解 (1)液体密度增大，离心泵的压头（扬程）不变。（见教材） (2)液体密度增大，则出口压力表读数将增大。 (3)液体密度ρ增大，则轴功率V q gH P ρη = 将增大。 【2-3】某台离心泵在转速为1450r/min 时，水的流量为18m 3/h ，扬程为20m(H 2O)。试求：(1)泵的有效功率，水的密度为1000kg/m 3; (2)若将泵的转速调节到1250r/min 时，泵的流量与扬程将变为多少？ 解 (1)已知/,/V q m h H m kg m ρ===331820 1000水柱， 有效功率 .e V P q gH W ρ== ???=18 1000981209813600
流体综合实验 实验目的 1）能进行光滑管、粗糙管、闸阀局部阻力测定实验，测出湍流区阻力系数与雷诺数关系曲线图； 2）能进行离心泵特性曲线测定实验，测出扬程与流量、功率与流量以及离心泵效率与流量的关系曲线图； 3）学习工业上流量、功率、转速、压力和温度等参数的测量方法，使学生了解涡轮流量计、电动调节阀以及相关仪表的原理和操作； 离心泵特性测定实验 一、基本原理 离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程H、轴功率N及效率η与泵的流量Q之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用理论方法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。 1．扬程H的测定与计算 取离心泵进口真空表和出口压力表处为1、2两截面，列机械能衡算方程： （1－1）由于两截面间的管子较短，通常可忽略阻力项fhΣ，速度平方差也很小，故也可忽略，则有 （1－2）式中：H=Z2-Z1，表示泵出口和进口间的位差，m； ρ——流体密度，kg/m3 ； g——重力加速度m/s2； p 1、p 2 ——分别为泵进、出口的真空度和表压，Pa；
H 1、H 2 ——分别为泵进、出口的真空度和表压对应的压头，m； u 1、u 2 ——分别为泵进、出口的流速，m/s； z 1、z 2 ——分别为真空表、压力表的安装高度，m。 由上式可知，只要直接读出真空表和压力表上的数值，及两表的安装高度差，就可计算出泵的扬程。 2．轴功率N的测量与计算 N=N电×k （W）（1－3） 其中，N 电 为电功率表显示值，k代表电机传动效率，可取k=0.95 3．效率η的计算 泵的效率η是泵的有效功率Ne与轴功率N的比值。有效功率Ne是单位时间内流体经过泵时所获得的实际功率，轴功率N是单位时间内泵轴从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。 泵的有效功率Ne可用下式计算： N e=HQρg （1－4）故泵效率为 （1－5）四、实验步骤及注意事项 （一）实验步骤： １．实验准备： （1）实验用水准备：清洗水箱，并加装实验用水。 （2）离心泵排气：通过灌泵漏斗给离心泵灌水，排出泵内气体。 2、开始实验： （1）仪表自检情况，打开泵进口阀，关闭泵出口阀，试开离心泵，检查电机运转时声音是否正常，，离心泵运转的方向是否正确。 （2）开启离心泵，当泵的转速达到额定转速后，打开出口阀。 （3）实验时，通过组态软件或仪表逐渐改变出口流量调节阀的开度，使泵出口流量从1000L/h 逐渐增大到4000L/h，每次增加500L/h。在每一个流量下，待系统稳定流动5分钟后，读 取相应数据。离心泵特性实验主要需获取的实验数据为：流量Q、泵进口压力p 1 、泵出
实验四 1.实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响? 无影响。因为Q=αA△t m，不论冷流体和蒸汽是迸流还是逆流流动，由 于蒸汽的温度不变，故△t m不变，而α和A不受冷流体和蒸汽的流向的影响， 所以传热效果不变。 2.蒸汽冷凝过程中，若存在不冷凝气体，对传热有何影响、应采取什么 措施？ 不冷凝气体的存在相当于增加了一项热阻，降低了传热速率。冷凝器 必须设置排气口，以排除不冷凝气体。 3.实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响？如何及时排走冷 凝水？ 冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了一项热阻，降低了传热速 率。在外管最低处设置排水口，及时排走冷凝水。 4.实验中，所测定的壁温是靠近蒸汽侧还是冷流体侧温度？为什么？传热系数k 接近于哪种流体的 壁温是靠近蒸汽侧温度。因为蒸汽的给热系数远大于冷流体的给热系 数，而壁温接近于给热系数大的一侧流体的温度，所以壁温是靠近蒸汽侧温度。而总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数 5.如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α关联式有何影响？ 基本无影响。因为α∝(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4，当蒸汽压强增加时，r 和△t 均增加，其它参数不变，故(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4变化不大，所以认为蒸汽压强 对α关联式无影响。
实验五固体流态化实验 1.从观察到的现象，判断属于何种流化？ 2.实际流化时，p为什么会波动？ 3.由小到大改变流量与由大到小改变流量测定的流化曲线是否重合，为什么？ 4流体分布板的作用是什么？ 实验六精馏 1．精馏塔操作中，塔釜压力为什么是一个重要操作参数，塔釜压力与哪些因素有关? 答（1）因为塔釜压力与塔板压力降有关。塔板压力降由气体通过板上孔口或通道时为克服局部阻力和通过板上液层时为克服该液层的静压力而引起，因而塔板压力降与气体流量（即塔内蒸汽量）有很大关系。气体流量过大时，会造成过量液沫夹带以致产生液泛，这时塔板压力降会急剧加大，塔釜压力随之升高，因此本实验中塔釜压力可作为调节塔釜加热状况的重要参考依据。（2）塔釜温度、流体的粘度、进料组成、回流量。 2．板式塔气液两相的流动特点是什么? 答：液相为连续相，气相为分散相。 3．操作中增加回流比的方法是什么，能否采用减少塔顶出料量D的方法? 答：（1）减少成品酒精的采出量或增大进料量，以增大回流比；（2）加大蒸气量，增加塔顶冷凝水量，以提高凝液量，增大回流比。 5．本实验中进料状态为冷态进料，当进料量太大时，为什么会出现精馏段干板，甚至出现塔顶既没有回流也没有出料的现象，应如何调节?
化工原理绪论、流体流动、流体输送机械 一、填空题 1．一个生产工艺是由若干个__________ 和___________构成的。 2．各单元操作的操作原理及设备计算都是以__________、___________、___________、和___________四个概念为依据的。 3．常见的单位制有____________、_____________和_______________。 4．由于在计量各个物理量时采用了不同的__________，因而产生了不同的单位制。 5．一个过程在一定条件下能否进行，以及进行到什么程度，只有通过__________来判断。 6．单位时间内过程的变化率称为___________。 二问答题 7．什么是单元操作？主要包括哪些基本操作？ 8．提高过程速率的途径是什么？ 9．第一章流体流动 一填空题 1．单位体积流体的质量称为________，它与________互为倒数。 2．流体垂直作用于单位面积上的力，称为____________。 3．单位时间内流经管道任一截面的流体量称为________，其表示方法有________和________两种。 4．当管中流体形成稳定流动时，管中必定充满流体，即流体必定是_________的。 5．产生流体阻力的根本原因是________；而___________是产生流体阻力的第二位原因。另外，管壁粗糙度和管子的长度、直径均对流体阻力_______________。 6．流体在管道中的流动状态可分为______ 和__________两种类型，二者在内部质点运动方式上的区别是_____________________________________。 7．判断液体内处于同一水平面上的各点压强是否相等的依据是_________、___________、________________。 8．流体若由低压头处流向高压头处时，所加入外加功的作用是______________________________。 9．在测量流体的流量时，随流量的增加孔板流量计两侧的压差将_______，若改用转子流量计，随流量增加转子两侧压差值________。 一、选择题 10．液体的密度随温度的升高而_________。
实验四 化工流体过程综合实验 一、 实验目的 1?掌握光滑直管、粗糙直管阻力系数的测量方法，并绘制光滑管及粗糙管的 '-R e 曲线，将 其与摩擦系数图进行比较； 2?掌握阀门的局部阻力系数的测量方法； 3?了解各种流量计（节流式、转子、涡轮）的结构、性能及特点，掌握其使用方法；掌握节 流式流量计标定方法，会测定并绘制文丘里、孔板、喷嘴流量计流量标定曲线（流量 -压差 关系）及流量系数和雷诺数之间的关系（ C 。- R e 关系）； 4?了解离心泵的结构、操作方法，掌握离心泵特性曲线测定方法，并能绘制相应曲线。 二、 实验内容 1?测定光滑直管和粗糙直管摩擦阻力系数，绘制光滑管及粗糙管的 ? - Re 曲线； 2?测定阀门的局部阻力系数； 3?测定并绘制文丘里、孔板、喷嘴流量计（三选一）流量标定曲线（流量 -压差关系）及流 量系数和雷诺数之间的关系（ C 。- R e 关系）； 4?测量离心泵的特性曲线，并绘制相应曲线，确定其最佳工作范围。 三、 实验原理、方法和手段 1. 流体阻力实验 a. 直管摩擦系数，与雷诺数Re 的测定： 直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即 ?二f （Re, ；/d ），对一定的相 对粗糙度而言，，=f （Re ）。 流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路阻力引起的能量损失为: 又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式） h f Pi - P 2 P
i_u 2 d 2 整理⑴⑵两式得 h f P f
2d ■:Pf u 2 d -管径，m ; ：Pf -直管阻力引起的压强降，Pa ; I -管长，m ; u -流速，m / s ; 3 『-流体的密度，kg / m ; 亠-流体的粘度，N ?s / m 2。 在实验装置中，直管段管长 I 和管径d 都已固定。若水温一定，则水的密度 p 和粘度卩也是 定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降 , ；p f 与流速u （流量V ）之间 的关系。 根据实验数据和式⑶可计算出不同流速下的直管摩擦系数 入用式⑷计算对应的 Re ,从 而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出 入与Re 的关系曲线。 b. 局部阻力系数'的测定： 式中： ■ -局部阻力系数，无因次； p 'f -局部阻力引起的压强降，Pa ; h 'f -局部阻力引起的能量损失， J /kg 。 式中: hf =
传 热 综 合 实 验 一、实验目的 1.通过对本换热器的实验研究，可以掌握对流传热系数αi 的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。。 2.应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARemPr 0.4 中常数A 、m 的值。 3.通过对管程内部插有螺旋线圈的空气-水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关 联式Nu=BRe m 中常数B 、m 的值和强化比Nu/Nu0，了解强化传热的基本理论和基本方式。 二、实验原理 对于流体在圆形直管中作强制湍流时的对流传热系数的准数关联式可以表示成： n m C Nu Pr Re = （1） 系数C 与指数m 和n 则需由实验加以确定。对于气体，Pr 基本上不随温度而变，可视为一常数，因此，式（1）可简化为： m A Nu Re = （2） 式中： λαd Nu 2= μ ρ du =Re 通过实验测得不同流速下孔板流量计的压差，空气的进、出口温度和换热器的壁温（因 为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内、外壁温度与壁面的平均温度近似相等），根据所测的数据，经过查物性数据和计算，可求出不同流量下的Nu 和Re ，然后用线性回归方法确定关联式m A Nu Re =中常数A 、m 的值。 三、 设备主要技术数据 1. 传热管参数: 表1 实验装置结构参数 2.空气流量计 (1) 由孔板与压力传感器及数字显示仪表组成空气流量计。空气流量由公式[1]计算。 （第1套）6203.00)(113.18P V t ??=………………………………………………………………[1] （第2套）6203.00)(113.18P V t ??=………………………………………………………………[1] 其中， 0t V - 20℃ 下的体积流量，m 3/h ； P ?-孔板两端压差，Kpa
化工原理绪论、流体流动与流体输送机械(doc 9页)
化工原理绪论、流体流动、流体输送机械 一、填空题 1．一个生产工艺是由若干个__________ 和 ___________构成的。 2．各单元操作的操作原理及设备计算都是以 __________、___________、___________、和___________四个概念为依据的。 3．常见的单位制有____________、 _____________和_______________。 4．由于在计量各个物理量时采用了不同的 __________，因而产生了不同的单位制。5．一个过程在一定条件下能否进行，以及进行 到什么程度，只有通过__________来判断。6．单位时间内过程的变化率称为 ___________。 二问答题 7．什么是单元操作？主要包括哪些基本操 作？
1．
2．在测量流体的流量时，随流量的增加孔板流 量计两侧的压差将_______，若改用转子流 量计，随流量增加转子两侧压差值 ________。 一、选择题 3．液体的密度随温度的升高而_________。 A 增大 B 减小 C 不变 D 不一定 4．表压值是从压强表上读得的，它表示的是 _________。 A 比大气压强高出的部分 B 设备 的真实压力 C 比大气压强低的部分 D 大气压强 5．流体的流动类型可以用___________的大小 来判定。 A 流速 B 雷诺准数 C 流量 D 摩擦系数 6．气体在等截面的管道中流动时，如质量流量 不变则其质量流速_________。 A 随温度大小变化 B 随压力大小变 化 C 不变 D 随流速大小变化7．粘度愈大的流体其流动阻力__________。 A 愈大 B 愈小 C 二者无关系 D 不会变化 8．柏努利方程式既可说明流体流动时的基本 规律也能说明流体静止时的基本规律，它表
流体流动阻力的测定 1.在测量前为什么要将设备中的空气排尽？怎样才能迅速地排尽？为什么？如何检验管路中的空气已经被排除干净？ 答：启动离心泵用大流量水循环把残留在系统内的空气带走。关闭出口阀后，打开U 形管顶部的阀门，利用空气压强使U 形管两支管水往下降，当两支管液柱水平，证明系统中空气已被排除干净。 2.以水为介质所测得的？~Re关系能否适用于其他流体？ 答：能用，因为雷诺准数是一个无因次数群，它允许d、u、、变化 3?在不同的设备上（包括不同管径），不同水温下测定的?~Re数据能否关联在同一条曲线上？ 答:不能，因为Re二du p仏与管的直径有关 离心泵特性曲线的测定 1.试从所测实验数据分析，离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门？本实验中，为了得到较好的实验效果，实验流量范围下限应小到零，上限应到最大，为什么？ 答：关闭阀门的原因从试验数据上分析：开阀门意味着扬程极小，这意味着电机功率极大，会烧坏电机 （2）启动离心泵之前为什么要引水灌泵？如果灌泵后依然启动不起来，你认为可能的原因是什么？ 答：离心泵不灌水很难排掉泵内的空气，导致泵空转而不能排水；泵不启动可能是电路问题或是泵本身已损坏，即使电机的三相电接反了，泵也会启动的。 （3）泵启动后，出口阀如果不开，压力表读数是否会逐渐上升？随着流量的增大，泵进、出口压力表分别有什么变化？为什么？ 答：当泵不被损坏时，真空表和压力表读数会恒定不变，水泵不排水空转不受
外网特性曲线影响造成的 恒压过滤常数的测定 1.为什么过滤开始时，滤液常常有混浊，而过段时间后才变清？ 答：开始过滤时，滤饼还未形成，空隙较大的滤布使较小的颗粒得以漏过，使滤液浑浊，但当形成较密的滤饼后，颗粒无法通过，滤液变清。? 2.实验数据中第一点有无偏低或偏高现象？怎样解释？如何对待第一点数据？ 答：一般来说，第一组实验的第一点△ A A q会偏高。因为我们是从看到计量桶出现第一滴滤液时开始计时，在计量桶上升1cm 时停止计时，但是在有液体流出前管道里还会产生少量滤液，而试验中管道里的液体体积产生所需要的时间并没有进入计算，从而造成所得曲线第一点往往有较大偏差。 3?当操作压力增加一倍，其K值是否也增加一倍？要得到同样重量的过滤液，其过滤时间是否缩短了一半？ 答：影响过滤速率的主要因素有过滤压差、过滤介质的性质、构成滤饼的 颗粒特性，滤饼的厚度。由公式K=2I A P1-s, T=qe/K可知，当过滤压强提高一倍时，K增大，T减小，qe是由介质决定，与压强无关。 传热膜系数的测定 1.将实验得到的半经验特征数关联式和公认式进行比较，分析造成偏差的原因。 答：答：壁温接近于蒸气的温度。 可推出此次实验中总的传热系数方程为 其中K是总的传热系数，a是空气的传热系数，02是水蒸气的传热系数，3是铜管的厚度，入是铜的导热系数，R1、R2为污垢热阻。因R1、R2和金属壁的热阻较小，可忽略不计，则Tw- tw,于是可推导出，显然，壁温Tw接近于给热系数较大一侧的流体温度，对于此实验，可知壁温接近于水蒸气的温度。