粒子图像测速技术（PIV ）1．PIV 简介 粒子图像测速技术(PIV)作为一种全新的无扰、瞬态、全场速度测量方法， 在流体力学及空气动力学研究领域具有极高的学术意义和实用价值。粒子图像测速技术（PIV ）是一种用多次摄像以记录流场中粒子的位置，并分析摄得的图像，从而测出流动速度的方法。PIV 是流场显示技术的新发展。 它是在传统流动显示技术基础上, 利用图形图像处理技术发展起来的一种新的流动测量技术。综合了单点测量技术和显示测量技术的优点, 克服了两种测量技术的弱点而成的, 既具备了单点测量技术的精度和分辨率, 又能获得平面流场 显示的整体结构和瞬态图像。图1. 粒子图像测速技术2．PIV 的原理 PIV 技术原理简单，就是在流场中撤入示踪粒子，以粒子速度代表其所在流场内相应位置处流体的运动速度．应用强光(片形光束)照射流场中的一个测试平面，用成像的方法(照像或摄像)记录下2次或多次曝光的粒子位置，用图像分析技术得到各点粒子的位移，由此位移和曝光的时间间隔便可得到流场中各点的流速矢量，并计算出其他运动参量(包括流场速度矢量图、速度分量图、流线图、漩度图等)。因采用的记录设备不同, 又分别称FPIV ( 用胶片作记录) 和数字式图像测速DPIV （用CCD 相机作记录)。3．PIV 系统组成PIV 系统通常由三部分组成, 每一部分的要求都相当严格。
图2. 粒子图像测速系统结构 （1）直接反映流场流动的示踪粒子。除要满足一般要求( 无毒、无腐蚀、无磨蚀、化学性质稳定、清洁等) 外,还要满足流动跟随性和散光性等要求。要使粒子的流动跟随性好, 就需要粒子的直径较小, 但这会使粒子的散光性降低,不易于成像。因此在选取粒子时需综合考虑各个因素。总之, 粒子选取的原则为: 粒子的密度尽量等于流体的密度,粒子的直径要在保证散射光强的条件下尽可能的小, 一般为拜m 量级。常用的示踪粒子有聚苯乙烯、铝、镁、二氧化钦、玻璃球等。柴油机汽缸内气流运动实验研究中, 最常使用的示踪粒子有二氧化钦、铝粉等。在实际实验中, 它们的光散射性不错, 可拍摄到清晰的图像, 但由于其直径和密度太大, 导致其跟随性很差, 不能真实反映缸内气流的实际运动。此外, 固体颗粒进入缸内后有时会粘附在石英玻璃窗口上, 由于光线无法穿过不透明的固体颗粒, 使粒子成像亮度受到影响。并且固体颗粒一般硬度较大, 可能会造成气缸内壁和石英玻璃窗口的磨损。因此只能定期的拆除气缸盖,擦拭窗口, 这会增加许多工作量。 在实验研究中, 还必须考虑粒子浓度问题。当浓度很大时, 粒子像会重叠在一起, 由于激光为干涉光, 所以在底片上会形成激光散斑而不是独立的粒子像。虽然用激光散斑同样可以测取散斑场的位移, 但对于流场而言, 由于散斑场的稳定性较差, 提取散斑场的位移相对地比较困难。当粒子浓度太低时, 粒子对的数目可能太少, 结果将得不到足够多点的流速,也就得不到足够准确的流速分布。PI V 技术中粒子浓度一般为10左右( 在查询区域内)，这样使每个查询区中都有足够的粒子对, 能够得到有效的速度结果。 （2）成像系统。双脉冲激光片光源、透镜和照相机构成PIV的成像系统。用于照射动态微粒场的片光源由脉冲激光通过透镜形成, 拍摄粒子场照片的相机垂直于片光。曝光脉冲要尽可能的短, 曝光间隔即左能够随流场速度及其分
1、填料吸收实验思考题 （1）本实验中，为什么塔底要有液封液封高度如何计算 答：保证塔内液面，防止气体漏出,保持塔内压力. 设置液封装置时，必须正确地确定液封所需高度，才能达到液封的目的。 U形管液封所需高度是由系统内压力(P1 塔顶气相压力)、冷凝器气相的压力(P2)及管道压力降(h,)等参数计算确定的。可按式(4.0.1-1)计算: H =(P1一P2)Y一h- 式中 H.,- —最小液封高度，m; P1,—系统内压力; P2—受液槽内压力; Y—液体相对密度; h-—管道压力降(液体回流道塔内的管线) 一般情况下，管道压力降(h-)值较小，可忽略不计，因此可简化为 H=(P1一P2)Y 为保证液封效果，液封高度一般选取比计算所需高度加0. 3m-0. 5m余量为宜。 （2）测定填料塔的流体力学性能有什么工程意义 答：是确定最适宜操作气速的依据 （3）测定Kxa 有什么工程意义 答：传质系数Kxa是气液吸收过程重要的研究的内容，是吸收剂和催化剂等性能评定、吸收设备设计、放大的关键参数之一 （4）为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制 答：易溶气体的吸收过程是气膜控制，如HCl，NH3，吸收时的阻力主要在气相，反之就是液膜控制。对于CO2的溶解度和HCl比起来差远了，应该属于液膜控制 （5）当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数 答：液体温度。因为是液膜控制，液体影响比较大。
2对流给热系数测定 1. 答：冷流体和蒸汽是并流时，传热温度差小于逆流时传热温度差，在相同进出口温度下，逆流传热效果大于并流传热效果。 2.答：不凝性气体会减少制冷剂的循环量，使制冷量降低。并且不凝性气体会滞留在冷凝器的上部管路内，致使实际冷凝面积减小，冷凝负荷增大，冷凝压力升高，从而制冷量会降低。而且由于冷凝压力的升高致使排气压力升高，还会减少压缩机的使用寿命。应把握好空气的进入，和空气的质量。 3.答：冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了热阻，降低传热速率。 在外管最低处设置排水口，及时排走冷凝水。 4.答：靠近蒸气温度因为蒸气冷凝传热膜系数远大于空气膜系数。 5. 答：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。 3、离心泵特性曲线测定 1、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、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、用出口阀门调解流量而不用崩前阀门调解流量保证泵内始终充满水，用泵前阀门调节过度时会造成泵内出现负压，使叶轮氧化，腐蚀泵。还有的调节方式就是增加变频装置，很好用的。 4、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。 5、不合理，安装阀门会增大摩擦阻力，影响流量的准确性 6、本题是研究密度对离心泵有关性能参数的影响。由离心泵的基本方程简化式可以看出离心泵的压头，流量、效率均与液体的密度无关，但泵的轴功率随流体密度增大而增大即：密度增大N增大，又因为其它因素不变的情况下Hg↓而安装高度减小。 4、流体流动阻力的测定 1、是的，因为由离心泵特性曲线知，流量为零时，轴功率最小，电动机负荷最小，不会过载烧毁线圈。 2、在流动测定中气体在管路中，对流动的压力测量产生偏差，在实验中一定要排出气体，让流体在管路中流动，这样流体的流动测定才能准确。当流出的液体无气泡是就可以证明空气已经排干净了。
化工原理实验课课后习 题答案 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】
流体流动阻力的测定 1.如何检验系统内的空气已经被排除干净？答：可通过观察离心泵进口处的真空表和出口处压力表的读数，在开机前若真空表和压力表的读数均为零，表明系统内的空气已排干净；若开机后真空表和压力表的读数为零，则表明，系统内的空气没排干净。 行压差计的零位应如何校正？答：先打开平衡阀，关闭二个截止阀，即可U行压差计进行零点校验 3.进行测试系统的排气工作时，是否应关闭系统的出口阀门为什么答：在进行测试系统的排气时，不应关闭系统的出口阀门，因为出口阀门是排气的通道，若关闭，将无法排气，启动离心泵后会发生气缚现象，无法输送液体。 4．待测截止阀接近出水管口，即使在最大流量下，其引压管内的气体也不能完全排出。试分析原因，应该采取何种措施？答：待截止阀接近进水口，截止阀对水有一个阻力，若流量越大，突然缩小直至流回截止阀，阻力就会最大，致使引压管内气体很难排出。改进措施是让截止阀与引压阀管之间的距离稍微大些。5．测压孔的大小和位置，测压导管的粗细和长短对实验有无影响为什么答：由公式2p可知，在一定u下，突然扩大ξ，Δp增大，则压差计读数变大；2u?反之，突然缩小ξ，例如：使ξ＝，Δp减小，则压差计读数变小。 6．试解释突然扩大、突然缩小的压差计读数在实验过程中有什么不同现象？答：hf与很多值有关，Re是其中之一，而λ是为了研究hf而引入的一个常数，所以它也和很多量有关，不能单单取决于Re，而在Re在一定范围内的时候，其他的变量对于λ处于一个相对较差的位置，可以认为λ与Re关系统一。 7.不同管径、不同水温下测定的～Re曲线数据能否关联到同一曲线答：hf与很多值有关，Re是其中之一，而λ是为了研究hf而引入的一个常数，所以它也和很多量有关，不能单单取决于Re，而在Re在一定范围内的时候，其他的变量对于λ处于一个相对较差的位置，可以认为λ与Re关系统一。正如Re在3×103～105范围内，λ与Re的关系遵循Blasius关系式，即λ= 8．在～Re曲线中，本实验装置所测Re在一定范围内变化，如何增大或减小Re的变化范围答：Redu，d为直管内径，m；u为流体平均速度，m/s；为流体的平均密度,kg/m3；s。为流体的平均黏度，Pa · 8．本实验以水作为介质，作出～Re曲线，对其他流体是否适用为什么答：可以使用，因为在湍流区内λ=f（Re， ）。说明在影响λ的因素中并不包含流体d本身的特性，即说明用什么流体与-Re无关，所以只要是牛顿型流体，在相同管路中以同样的速度流动，就满足同一个-Re关系。 9．影响?值测量准确度的因素有哪些答：2dp，d为直管内径，m；为流体的平均密度,kg/m3；u为流体平均速2u度，m/s；p为两测压点之间的压强差，Pa。△p=p1-p2，p1为上游测压截面的压强，Pa；p2为下游测压截面的压强，Pa 离心泵特性曲线的测定 1.为什么启动离心泵前要先灌泵如果灌水排气后泵仍启动不起来，你认为可能是什么原因 答：离心泵若在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送液体。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。 2．为什么启动离心泵时要关出口调节阀和功率表开关启动离心泵后若出口阀不开，出口处压力表的读数是否会一直上升，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。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。 3．什么情况下会出现气蚀现象？答：金属表面受到压力大、频率高的冲击而剥蚀以及气泡内夹带的少量氧气等活泼气体对金属表面的电化学腐蚀等，使叶轮表面呈现海绵状、鱼鳞状破坏。4．为什么泵的流量改变可通过出口阀的调节来达到是否还有其他方法来调节流量答：用出口阀门调节流量而不用泵前阀门调节流量保证泵内始终充满水，用泵前阀门调节过度时会造成泵内出现负压，使叶轮氧化，腐蚀泵。还有的调节方式就是增加变频装置，很好用的。 5．正常工作的离心泵，在其进口管线上设阀门是否合理为什么答：合理，主要就是检修，否则可以不用阀门。 6．为什么在离心泵吸入管路上安装底阀？ 答：为便于使泵内充满液体，在吸入管底部安装带吸滤网的底阀，底阀为止逆阀，滤网是为了防止固体物质进入泵内而损坏叶轮的叶片或妨碍泵的正常操作。 7．测定离心泵的特性曲线为什么要保持转速的恒定？答：离心泵的特性曲线是在一定转速n下测定的，当n改变时，泵的流量Q、扬程H及功率P也相应改变。对同一型号泵、同一种液体，在效率η不变的条件下，Q、H、P随n的变化关系如下式所示 见课本81页当泵的转速变化小于20%时，效率基本不变。8．为什么流量越大，入口真空表读数越大而出口压力表读数越小？答：据离心泵的特征曲线，出口阀门开大后，泵的流速增加，扬程降低，故出口压力降低；进口管道的流速增加，进口管的阻力降增加，故真空度增加，真空计读数增加。 过滤实验 1.为什么过滤开始时，滤液常有些混浊，经过一段时间后滤液才转清？答：因为刚开始的时候滤布没有固体附着，所以空隙较大，浑浊液会通过滤布，从而滤液是浑浊的。当一段时间后，待过滤液体中的固体会填满滤布上的空隙从而使固体颗粒不能通过滤布，此时的液体就会变得清澈。
化工原理实验习题答案 Prepared on 22 November 2020
1、填料吸收实验思考题 （1）本实验中，为什么塔底要有液封液封高度如何计算 答：保证塔内液面，防止气体漏出,保持塔内压力. 设置液封装置时，必须正确地确定液封所需高度，才能达到液封的目的。 U形管液封所需高度是由系统内压力(P1 塔顶气相压力)、冷凝器气相的压力(P2)及管道压力降(h,)等参数计算确定的。可按式(4.0.1-1)计算: H =(P1一P2)Y一h- 式中 H.,- —最小液封高度，m; P1,—系统内压力; P2—受液槽内压力; Y—液体相对密度; h-—管道压力降(液体回流道塔内的管线) 一般情况下，管道压力降(h-)值较小，可忽略不计，因此可简化为 H=(P1一P2)Y 为保证液封效果，液封高度一般选取比计算所需高度加0. 3m-0. 5m余量 为宜。 （2）测定填料塔的流体力学性能有什么工程意义 答：是确定最适宜操作气速的依据 （3）测定Kxa 有什么工程意义 答：传质系数Kxa是气液吸收过程重要的研究的内容，是吸收剂和催化剂等性能评定、吸收设备设计、放大的关键参数之一
（4）为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制 答：易溶气体的吸收过程是气膜控制，如HCl，NH3，吸收时的阻力主要在气相，反之就是液膜控制。对于CO2的溶解度和HCl比起来差远了，应该属于液膜控制（5）当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数 答：液体温度。因为是液膜控制，液体影响比较大。 2对流给热系数测定 1. 答：冷流体和蒸汽是并流时，传热温度差小于逆流时传热温度差，在相同进出口温度下，逆流传热效果大于并流传热效果。 2.答：不凝性气体会减少制冷剂的循环量，使制冷量降低。并且不凝性气体会滞留在冷凝器的上部管路内，致使实际冷凝面积减小，冷凝负荷增大，冷凝压力升高，从而制冷量会降低。而且由于冷凝压力的升高致使排气压力升高，还会减少压缩机的使用寿命。应把握好空气的进入，和空气的质量。 3.答：冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了热阻，降低传热速率。在外管 最低处设置排水口，及时排走冷凝水。 4.答：靠近蒸气温度因为蒸气冷凝传热膜系数远大于空气膜系数。 5. 答：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。 3、离心泵特性曲线测定 1、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、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。
南京理工大学 课程考核论文 课程名称：图像传感与测量 论文题目：粒子图像测速技术 姓名：陈静 学号： 314101002268 成绩： 任课教师评语： 签名： 年月日
粒子图像测速技术 一、引言 粒子图像测速技术即PIV（Particle Image Velocimetry）是流场显示技术的新发展。它是在传统流动显示技术基础上，利用图形图像处理技术发展起来的一种新的流动测量技术。 湍流、复杂流动、非定常流动等现象一直是流体力学中重要的研究对象及疑难问题，因此开发适于流体运动研究的方法与技术也始终是一个重要的课题[1]。早期发明的热线热膜流速计(简称HWFA)至今已有80多年的历史，曾经为流动测量特别是湍流的研究立下过汗马功劳。这项技术的最大缺点是接触式测量，对流场有较大的干扰[2]。20世纪60年代发展起来的激光多普勒测速仪(简称LDV)，利用流场中粒子的散射，测量散射光对原入射光的多普勒频移量，计算粒子的运动速度，实现了对流场的无接触测量[3]，这种技术具有极好的时间分辨率和空间分辨力，可做三维测速，已经成为流速测量的标准技术并得到了广泛应用。然而，它和热线流速仪一样，都只是单点测量技术，难以实现对流场的全场、瞬态测量。20世纪80年代发展起来的粒子图像测速技术则是在流动显示的基础上，充分吸收现代计算机技术、光学技术以及图像分析技术的研究成果而成长起来的最新流动测试手段，它不仅能显示流场流动的物理形态，而且能够提供瞬时全场流动的定量信息，使流动可视化研究产生从定性到定量的飞跃。 二、主要内容 1.粒子图像测速技术的原理 粒子图像测速技术原理简单，就是在流场中撤入示踪粒子，以粒子速度代表
化工原理实验思考题(填空与简答) 一、填空题： 1.孔板流量计的C~Re关系曲线应在单对数坐标纸上标绘。 2.孔板流量计的V S ~ R关系曲线在双对数坐标上应为_直线—。 3.直管摩擦阻力测定实验是测定入与Re的关系，在双对数坐标纸上标绘。 4.单相流动阻力测定实验是测定直管阻力和局部阻力。 5.启动离心泵时应关闭出口阀和功率开关。 6.流量增大时离心泵入口真空度增大出口压强将减小。 7 .在精馏塔实验中，开始升温操作时的第一项工作应该是开循环冷却水。 8.在精馏实验中，判断精馏塔的操作是否稳定的方法是塔顶温度稳定 9.在传热实验中随着空气流量增加其进出口温度差的变化趋势：_进出口温差随空气流量增加而减小。 10.在传热实验中将热电偶冷端放在冰水中的理由是减小测量误差。 11.萃取实验中_水_为连续相，煤油为分散相。 12.萃取实验中水的出口浓度的计算公式为C E1=V R(C R1-C R2)/V E。 13.干燥过程可分为等速干燥和降速干燥。 14.干燥实验的主要目的之一是 掌握干燥曲线和干燥速率曲线的测定方法 。 15.过滤实验采用悬浮液的浓度为5% ,其过滤介质为帆布。 16.过滤实验的主要内容测定某一压强下的过滤常数。
17.在双对数坐标系上求取斜率的方法为：需用对数值来求算，或者直接用 尺子在坐标纸上量取线段长度求取。 18.在实验结束后，关闭手动电气调节仪表的顺序一般为：先将手动旋钮旋 至零位，再关闭电源 19.实验结束后应清扫现场卫生，合格后方可离开。 20.在做实验报告时，对于实验数据处理有一个特别要求就是：要有一组数据处理的计 算示例。 21.在阻力实验中，两截面上静压强的差采用倒U形压差计测定。 22.实验数据中各变量的关系可表示为表格，图形和公式. 23.影响流体流动型态的因素有流体的流速、粘度、温度、尺寸、形状等. 24.用饱和水蒸汽加热冷空气的传热实验，试提出三个强化传热的方案（1）增加 空气流速（2）在空气一侧加装翅片（3）定期排放不凝气体。 25.在精馏实验数据处理中需要确定进料的热状况参数q值，实验中需要测定 进料量、进料温度、进料浓度等。 26.干燥实验操作过程中要先开鼓风机送风后再开电热器，以防烧坏加热丝。 27.在本实验室中的精馏实验中应密切注意釜压，正常操作维持在0.005mPa 如果达到0.008?0.01mPa可能出现液泛，应减少加热电流（或停止加热），将进料、回流和产品阀关闭，并作放空处理，重新开始实验。 28.流体在流动时具有三种机械能：即①位能，②动能，③压力能。这三种能量可以互
中南大学考试试卷（A ） 2012 -- 2012 学年 2 学期 时间60分钟 化工原理实验 课程 48 学时 2 学分 考试形式： 闭 卷 专业年级： 化工10级总分100分，占总评成绩 50 % 班级___________姓名__________ 学号_________ 成绩 一、多选题(共60分，每小题2分，正确的在最后页答题卡中填写T,错误的打F 。例如A,B,C,D 只有BC 正确，则在相应题号中填写FTTF, A,B,C,D 只有D 正确，则在相应题号中填写FFFT)1、柏努利实验中，测压管的测压孔正对水流方向时所出的液位高度表示该点的FFTF A . 动压头； B . 静压头；C . 动压头与静压头之和；D . 动压头、静压头、损失压头之和。2、当管径相同而两侧压孔方向也相同时,两测压管之间所测得液位差表示 FFTT A . 两截面之间的动压头之差; B . 两截面之间的静压头之差。C . 两截面之间的压强差; D . 两截面之间的损失压头。3、当管子放置角度或水流方向改变而流速不变时,其能量损失 FFT A . 增大；B . 减少； C . 不变。 4、U 型压差计可直接测出如下各值:TF A . 表压、真空度、压强差。 B. 表压、真空度、压强差和绝对压。 5、用量筒和秒表测定体积流量中,所算出的流速是 TFF A . 平均流速； B . 点流速；C . 最大点速度。 6、蒸馏操作能将混合液中组分分离的主要依据是:TFT A . 各组分的沸点不同； B . 各组分的含量不同； C . 各组分的挥发度不同 7、全回流操作的特点有TTT A . F = O, D = 0, W = 0； B . 在一定分离要求下N T 最少； C . 操作线和对角线重合； 8、本实验能否达到98% (质量)的塔顶乙醇产品?FTFT A . 若进料组成大于95.57%,塔顶不能可达到98% 以上 B . 若进料组成大于95.57%,塔釜可达到98% 以上 C . 若进料组成小于95.57%,塔顶可达到98% 以上 D . 若进料组成小于95.57%,塔顶不能达到98% 以上 9、冷料回流对精馏操作的影响为FTF 规范与
粒子图像测速技术（） ．简介 粒子图像测速技术()作为一种全新的无扰、瞬态、全场速度测量方法，在流体力学及空气动力学研究领域具有极高的学术意义和实用价值。 粒子图像测速技术（）是一种用多次摄像以记录流场中粒子的位置，并分析摄得的图像，从而测出流动速度的方法。是流场显示技术的新发展。它是在传统流动显示技术基础上, 利用图形图像处理技术发展起来的一种新的流动测量技术。综合了单点测量技术和显示测量技术的优点, 克服了两种测量技术的弱点而成的, 既具备了单点测量技术的精度和分辨率, 又能获得平面流场显示的整体结构和瞬态图像。 图. 粒子图像测速技术 ．的原理 技术原理简单，就是在流场中撤入示踪粒子，以粒子速度代表其所在流场内相应位置处流体的运动速度．应用强光(片形光束)照射流场中的一个测试平面，用成像的方法(照像或摄像)记录下次或多次曝光的粒子位置，用图像分析技术得到各点粒子的位移，由此位移和曝光的时间间隔便可得到流场中各点的流速矢量，并计算出其他运动参量(包括流场速度矢量图、速度分量图、流线图、漩度图等)。因采用的记录设备不同, 又分别称( 用胶片作记录) 和数字式图像测速（用相机作记录)。 ．系统组成 系统通常由三部分组成, 每一部分的要求都相当严格。
图. 粒子图像测速系统结构 （）直接反映流场流动的示踪粒子。除要满足一般要求( 无毒、无腐蚀、无磨蚀、化学性质稳定、清洁等) 外,还要满足流动跟随性和散光性等要求。要使粒子的流动跟随性好, 就需要粒子的直径较小, 但这会使粒子的散光性降低,不易于成像。因此在选取粒子时需综合考虑各个因素。总之, 粒子选取的原则为: 粒子的密度尽量等于流体的密度,粒子的直径要在保证散射光强的条件下尽可能的小, 一般为拜量级。常用的示踪粒子有聚苯乙烯、铝、镁、二氧化钦、玻璃球等。柴油机汽缸内气流运动实验研究中, 最常使用的示踪粒子有二氧化钦、铝粉等。在实际实验中, 它们的光散射性不错, 可拍摄到清晰的图像, 但由于其直径和密度太大, 导致其跟随性很差, 不能真实反映缸内气流的实际运动。此外, 固体颗粒进入缸内后有时会粘附在石英玻璃窗口上, 由于光线无法穿过不透明的固体颗粒, 使粒子成像亮度受到影响。并且固体颗粒一般硬度较大, 可能会造成气缸内壁和石英玻璃窗口的磨损。因此只能定期的拆除气缸盖,擦拭窗口, 这会增加许多工作量。 在实验研究中, 还必须考虑粒子浓度问题。当浓度很大时, 粒子像会重叠在一起, 由于激光为干涉光, 所以在底片上会形成激光散斑而不是独立的粒子像。虽然用激光散斑同样可以测取散斑场的位移, 但对于流场而言, 由于散斑场的稳定性较差, 提取散斑场的位移相对地比较困难。当粒子浓度太低时, 粒子对的数目可能太少, 结果将得不到足够多点的流速,也就得不到足够准确的流速分布。技术中粒子浓度一般为左右( 在查询区域内)，这样使每个查询区中都有足够的粒子对, 能够得到有效的速度结果。 （）成像系统。双脉冲激光片光源、透镜和照相机构成的成像系统。用于照射动态微粒场的片光源由脉冲激光通过透镜形成, 拍摄粒子场照片的相机垂直于片光。曝光脉冲要尽可能的短, 曝光间隔即左能够随流场速度及其分辨率的不
、流体阻力实验 思考题 1、 不锈钢管、镀锌钢管实验测量的只是 Re 改变后的入值，为什么判断 入受Re 和￡ /d 共同 影响？ 答：分析实验结果，不锈钢管与镀锌钢管的摩擦阻力系数均随雷诺数的增大而减小， 在Re 相同的情况下，、镀锌钢管的摩擦阻力系 入要高于不锈钢管的，由此说 入受 数 明 Re 和￡ /d 共同影响。 2、 在不同设备（包括相对粗糙度相同而管径不同） 、不同温度下测定 入-Re 数据能否关联 的 在一条曲线上？为什么？ 答：只要￡ /d 相同，入-Re 数据就能关联在一条曲线上。 3、 以水作工作流体所测得的 入-Re 关系能否适用于其它种类的牛顿型流体？为什么？ 答：对于其他牛顿型流体也适用。 Re 反应了流体的性质，其他的流体的密度和黏度都 可以在Re 上面反应出来。所以仍然适用。 4、以下测出的直管摩擦阻力与设备的放置状态有关吗？它们分别是多少？（管径、 管长一样，管内走水，且 R1=R2=R3 2 ~r L A J 5、柏努利方程的适用条件是什么？该条件与本实验有什么联系? 答：不可压缩的理想流体在稳定状态下恒温流动。本实验的流体满足柏努利方程，推导水 平无变径直管道摩擦阻力系 △ r 答：无关，h f 一 P 一 l u 2 d 2 p1p2u12 2 ° = (gzj -gz 2)+ U 22 ,压差计高度差 R 2 反映了两个测压点截面位能和压强能综合变化 值 ,即 R= (gz1-gz 2)+ 卩丫 因为 R1=R=R,u=u 2312 ,所以三种状态下的 hf 不变，推出 变。 -I
数入的时候就采用了柏努利方程，满足柏努利方程是该实验的理论基础。 6、在测量前，为什么要将设备中的空气排净？怎样才能迅速排净？ 答：本实验所研究的对象为单一连续流体，排净气体是为了使流体连续流动，以达 到实验的条件要求。迅速排净的方法：主管路：开大流量调节阀，使流体迅速流过各直 管，将气泡冲出；引压管：打开引压管控制阀，流体流过引压管，气泡被带出排净标志为流量为零时，传感器示数为零。 二、离心泵实验 思考题 1, 根据离心泵的工作原理，分析为什么离心泵启动前要灌泵？在启动前为何要关 闭调节阀？ 离心泵是靠叶轮旋转产生的离心力把水排出，泵内的水排出后形成真空，又把水吸进泵中，依次循环工作。由于管道内形不成真空，且离心泵精度低，需要将内部空气排出，所以启动前要灌泵。 启动前关闭调节阀可以避免启动电流过大，保护电机。 2, 当改变流量调节阀开度时，压力表和真空表的读数按什么规律变化？当流量调节阀开度增大时，压力表读数减小，真空表读数增大。 3, 用孔板流量计测流量时，应根据什么选择孔口尺寸和压差计的量程？ 根据管路流量范围选择孔口尺寸和压差计的量程。 4，分析气缚现象与气蚀现象的区别。 气缚现象是在离心泵启动时发生的，由于泵内存有空气，空气密度相对于输送液体很低，旋转后产生的离心力小，叶轮中心区所形成的低压不足以将储槽内的液体吸入泵内，虽启动离心泵也不能输送液体。 气蚀现象是由于离心泵安装高度过高，导致泵内压力降低，液体发生汽化，泵内压力最低点通常位于叶轮叶片进口稍后的一点附近，生成的蒸汽泡随液体从入口向外周流动中，又因压力迅速增大而急剧冷凝。使液 体以很大的速度从周围冲向气泡中心，产生频率很高、瞬时压力很大的冲击，破坏叶轮。 5,根据什么条件来选择离心泵 1) ，根据被输送液体的性质和操作条件确定泵的类型； 2) ，根据具体管路对泵提出的流量和压头要求确定泵的类型。 6，用交频器调节f来改变流量大小是否比调节阀门大小省电？ 改变f，从而改变转速n，可使轴功率改变，从而达到调节流量的目的。在此过程中，离心泵提供多少能量，管路就接受多少能量，在低流量时，0.6?6m3/h，试设计一孔板流 轴功率较小，可以节省电。量 7, 使用$ 32X 3mm的不锈钢管输送20C的水，流量范围为计， 求d o为多少？量程压差计的范围为多少？
流体流动阻力的测定 1.如何检验系统内的空气已经被排除干净？答：可通过观察离心泵进口处的真空表和出口处压力表的读数，在开机前若真空表和压力表的读数均为零，表明系统内的空气已排干净；若开机后真空表和压力表的读数为零，则表明，系统内的空气没排干净。 2.U行压差计的零位应如何校正？答：先打开平衡阀，关闭二个截止阀，即可U行压差计进行零点校验 3.进行测试系统的排气工作时，是否应关闭系统的出口阀门？为什么？答：在进行测试系统的排气时，不应关闭系统的出口阀门，因为出口阀门是排气的通道，若关闭，将无法排气，启动离心泵后会发生气缚现象，无法输送液体。 4．待测截止阀接近出水管口，即使在最大流量下，其引压管内的气体也不能完全排出。试分析原因，应该采取何种措施？答：待截止阀接近进水口，截止阀对水有一个阻力，若流量越大，突然缩小直至流回截止阀，阻力就会最大，致使引压管内气体很难排出。改进措施是让截止阀与引压阀管之间的距离稍微大些。 5．测压孔的大小和位置，测压导管的粗细和长短对实验有无影响？为什么？答：由公式??2?p可知，在一定u下，突然扩大ξ，Δp增大，则压差计读数变大；2u?反之，突然缩小ξ，例如：使ξ＝0.5，Δp减小，则压差计读数变小。 6．试解释突然扩大、突然缩小的压差计读数在实验过程中有什么不同现象？答：hf与很多值有关，Re是其中之一，而λ是为了研究hf而引入的一个常数，所以它也和很多量有关，不能单单取决于Re，而在Re在一定范围内的时候，其他的变量对于λ处于一个相对较差的位置，可以认为λ与Re关系统一。 7.不同管径、不同水温下测定的?～Re曲线数据能否关联到同一曲线？答：hf与很多值有关，Re是其中之一，而λ是为了研究hf 而引入的一个常数，所以它也和很多量有关，不能单单取决于Re，而在Re在一定范围内的时候，其他的变量对于λ处于一个相对较差的位置，可以认为λ与Re关系统一。正如Re在3×103～105 范围内，λ与Re的关系遵循Blasius关系式，即λ=0.3163/Re0.25 8．在?～Re曲线中，本实验装置所测Re在一定范围内变化，如何增大或减小Re的变化范围？答：Re?du?，d为直管内径，m；u为流体平均速度，m/s；?为流体的平均密度,kg/m3；s。 ?为流体的平均黏度，Pa· 8．本实验以水作为介质，作出?～Re曲线，对其他流体是否适用？为什么？答：可以使用，因为在湍流区内λ=f（Re，?）。说明在影响λ的因素中并不包含流体d本身的特性，即说明用什么流体与?-Re无关，所以只要是牛顿型流体，在相同管路中以同样的速度流动，就满足同一个?-Re关系。 9．影响?值测量准确度的因素有哪些答：??2d?p?，d为直管内径，m；?为流体的平均密度,kg/m3；u为流体平均速2??u?度，m/s；?p 为两测压点之间的压强差，Pa。△p=p1-p2，p1为上游测压截面的压强，Pa；p2为下游测压截面的压强，Pa 离心泵特性曲线的测定 1.为什么启动离心泵前要先灌泵？如果灌水排气后泵仍启动不起来，你认为可能是什么原因？ 答：离心泵若在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送液体。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。 2．为什么启动离心泵时要关出口调节阀和功率表开关？启动离心泵后若出口阀不开，出口处压力表的读数是否会一直上升，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。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。 3．什么情况下会出现气蚀现象？答：金属表面受到压力大、频率高的冲击而剥蚀以及气泡内夹带的少量氧气等活泼气体对金属表面的电化学腐蚀等，使叶轮表面呈现海绵状、鱼鳞状破坏。 4．为什么泵的流量改变可通过出口阀的调节来达到？是否还有其他方法来调节流量？答：用出口阀门调节流量而不用泵前阀门调节流量保证泵内始终充满水，用泵前阀门调节过度时会造成泵内出现负压，使叶轮氧化，腐蚀泵。还有的调节方式就是增加变频装置，很好用的。 5．正常工作的离心泵，在其进口管线上设阀门是否合理？为什么？答：合理，主要就是检修，否则可以不用阀门。 6．为什么在离心泵吸入管路上安装底阀？ 答：为便于使泵内充满液体，在吸入管底部安装带吸滤网的底阀，底阀为止逆阀，滤网是为了防止固体物质进入泵内而损坏叶轮的叶片或妨碍泵的正常操作。 7．测定离心泵的特性曲线为什么要保持转速的恒定？答：离心泵的特性曲线是在一定转速n下测定的，当n改变时，泵的流量Q、扬程H及功率P也相应改变。对同一型号泵、同一种液体，在效率η不变的条件下，Q、H、P随n的变化关系如下式所示见课本81页当泵的转速变化小于20%时，效率基本不变。 8．为什么流量越大，入口真空表读数越大而出口压力表读数越小？答：据离心泵的特征曲线，出口阀门开大后，泵的流速增加，扬程降低，故出口压力降低；进口管道的流速增加，进口管的阻力降增加，故真空度增加，真空计读数增加。 过滤实验 1.为什么过滤开始时，滤液常有些混浊，经过一段时间后滤液才转清？答：因为刚开始的时候滤布没有固体附着，所以空隙较大，浑浊液会通过滤布，从而滤液是浑浊的。当一段时间后，待过滤液体中的固体会填满滤布上的空隙从而使固体颗粒不能通过滤布，此时的液体就会变得清澈。 2.滤浆浓度和过滤压强对K有何影响？答:滤浆浓度越大滤浆的黏度也越大，K值将越小；过滤压强的增大，同时影响比阻和压缩指数，但总体来说K值也会随之增大。
粒子影像测速(PIV)技术概述 1.PIV技术介绍 1.1.引言 目前为止，人类对流体力学仍有许多疑难问题，如对湍流、非定常流动等现象了解甚少，而在许多工程应用如飞行器外形设计、内燃机燃烧室中的多相流动等中又迫切需要解决这些问题，因而使流场测量问题变得极为重要。 流场测速新方法研究中，至今已发展了激光多普勒测速LDV(Laser Doppler Velocimetry)、粒子影像测速PIV(Particle Image Velocimetry)等技术。LDV的综合性能较高，具有高精度、高分辨率和非接触测量等优点，通常作为仪器标校技术使用，但LDV只能实现单点测量。PIV技术是一种全场、动态、非接触测量手段，已获得广泛使用，成功应用于风洞、水洞、水槽燃烧及喷射等实验中。PIV研究始于上个世纪80年代，随着光学和计算机图像处理技术的迅猛发展，PIV取得了长足进步，测量精度已与LDV接近。 1.2.PIV原理 图1是PIV 技术应用的简单原理图。散播在流场中的跟随性及反光性良好的示踪粒子，由激光光束首先入射到一组球面透镜上，经聚焦后通过全反射镜至一组可调的柱面透镜形成具有一定厚度的片光，照亮流场中特定的区域，此时经过此区域的示踪粒子被照亮，通过CCD（CMOS）成像设备进行成像。对这个特定的区域在一定时间间隔内利用 图1 PIV简单原理图 激光脉冲连续照亮两次，就能得到粒子在第一次照亮时间t 和第二次照亮时间t’的两个图像，对这两幅图像进行互相关分析，就能得到流场内部的二维速度矢量分布。
在利用PIV 技术测量流速时,需要在二维流场中均匀散布跟随性、反光性良好且比重与流体相当的示踪粒子。将激光器产生的光束经透镜散射后形成厚度约1 mm 的片光源入射到流场待测区域,CCD 摄像机以垂直片光源的方向对准该区域。利用示踪粒子对光的散射作用,记录下两次脉冲激光曝光时粒子的图像,形成两幅PIV 底片(即一对相同待测区域、不同时刻的图片) ,底片上记录的是整个待测区域的粒子图像。整个待测区域包含了大量的示踪粒子,很难从两幅图像中分辨出同一粒子,从而无法获得所需的位移矢量。采用图像处理技术将所得图像分成许多很小的区域(称为查问区),使用自相关或互相关统计技术求取查问区内粒子位移的大小和方向,脉冲间隔时间已设定,粒子的速度矢量即可求出(见图2) 。对查问区中所有粒子的数据进行统计平均可得该查问区的速度矢量,对所有查问区进行上述判定和统计可得出整个速度矢量场。在实测时,对同一位置可拍摄多对曝光图片,这样能够更全面、更精确地反映出整个流场内部的流动状态。 图2 PIV测速原理 PIV 测速是基于最直接的流体速度测量方法。在己知的时间间隔Δt 内,流场中某一示踪粒子在二维平面上运动,它在x 、y 两个方向的位移是时间t的函数。该示踪粒子所在处流体质点的二维速度可以表示为： 式中,,为流体质点沿x 、y 方向的瞬时速度,,为流体质点沿x 、y 方向的平均速度,Δt为测量的时间间隔。 上式中,当Δt 足够小时,,的大小可以精确地反映,。PIV 技术就是通过测量示踪粒子的瞬时平均速度实现对二维流场的测量。
一、填空选择题：（每空格2分，共30分） 1．流体流过转子流量时的压强降随其流量增大而________。 A．增大 B. 减少 C. 不变 D. 不确定 2．U型压差计不可能测出的值为____________。 A．表压 B. 真空度 C. 压强差 D. 绝对压 3．在不同条件下测定直管摩擦系数与雷诺数的数据，能否关联在同一条曲线上__________。 A．能 B. 不能 C. 只有温度相同时才能 D. 只有管粗糙度相等时才能。 4．对本实验室的传热实验，你认为___________方案对强化传热在工程中是可行的。 A．提高空气的流速 B. 提高蒸汽的压强 C. 采用过热蒸汽以提高传热温差 D. 在蒸汽侧管壁上加装翅片 5．以水作实验流体所测得的直管阻力系数与雷诺数的关系适用于______________。 A．牛顿型流体 B. 只有液体流体 C. 任何流体 D. 只有水本身6．当管子放置的角度或水流方向改变时，流速不变，其能量损失_____________。 A．增大 B. 减少 C. 不变 D. 不确定 7．离心泵在恒定转速下的扬程与流量（H－Q）曲线为已知，现增大转速，此时H～Q线会________。 A．上移 B. 下移 C. 不变 D. 不确定 8．用皮托管放在管中心处测量时，其U形管压差计的读数R反映管中心处的________。 A．冲压能 B. 静压能 C. 位能 D. 动能 9．在本实验室中的精馏实验中应密切注意釜压，正常操作维持在0.005mPa，如果达到0.008～ 0.01mPa，可能出现液泛，应_减少加热电流_（或停止加热，将进料、回流和产品阀关闭，并作放 空处理，重新开始实验。 10．吸收实验中尾气浓度采用尾气分析装置测定，它主要由取样管、吸收盒 _ 和湿式体积流量计组成的，吸收剂为稀硫酸，指示剂为甲基红。 11．某填料塔用水吸收空气中的氨气，当液体流量和进塔气体的浓度不变时，增大混合气体的流量，此时仍能进行正常操作，则尾气中氨气的浓度_________。 A．增大 B. 减少 C. 不变 D. 不确定 12．在干燥实验中，提高空气的进口温度则干燥速率_____________;若提高进口空气的湿度则干燥速率__________________。 A．提高 B. 降低 C. 不变 D. 不确定 二、问答题：（每题6分，共30分） 1、编写实验报告应包括哪些内容？ (1)实验题目 (2)报告人及合作者姓名 (3)实验任务 (4)实验原理(5)实验设备及流程、操作 (6)原始数据记录和数据整理表格 (7)实验结果，用图线或关系式表达出来 (8)分析讨论 2、请分别写出测量流量、温度的仪表各三个。
化工原理实验模拟考试试 题 This manuscript was revised on November 28, 2020
化工原理实验试题1 试卷号： 一、填空选择题：（每空格2分，共30分） 1．流体流过转子流量时的压强降随其流量增大而______C____。 A．增大 B. 减少 C. 不变 D. 不确定 2．U型压差计不可能测出的值为______D______。 A．表压 B. 真空度 C. 压强差 D. 绝对压 3．在不同条件下测定直管摩擦系数与雷诺数的数据，能否关联在同一条曲线上_____D______。 A．能 B. 不能 C. 只有温度相同时才能 D. 只有管粗糙度相等时才能。 4．对本实验室的传热实验，你认为_______A____方案对强化传热在工程中是可行的。 A．提高空气的流速 B. 提高蒸汽的压强 C. 采用过热蒸汽以提高传热温差 D. 在蒸汽侧管壁上加装翅片 5．以水作实验流体所测得的直管阻力系数与雷诺数的关系适用于 ______A________。 A．牛顿型流体 B. 只有液体流体 C. 任何流体 D. 只有水本身 6．当管子放置的角度或水流方向改变时，流速不变，其能量损失 _______C______。 A．增大 B. 减少 C. 不变 D. 不确定 7．离心泵在恒定转速下的扬程与流量（H－Q）曲线为已知，现增大转速，此时H～Q线会__A_______。 A．上移 B. 下移 C. 不变 D. 不确定 8．用皮托管放在管中心处测量时，其U形管压差计的读数R反映管中心处的_____D____。 A．冲压能 B. 静压能 C. 位能 D. 动能9．在本实验室中的精馏实验中应密切注意釜压，正常操作维持在，如果达到～，可能出现液泛，应_减少加热电流_（或停止加热，将进料、回流和产品阀关闭，并作放空处理，重新开始实验。 10．吸收实验中尾气浓度采用尾气分析装置测定，它主要由取样管、吸收盒 _ 和
PIV，全名：Particle Image Velocimetry，简单来说是一种二维的方式显示速度矢量，使流体可视化的一种测量技术。该方法是七十年代末发展起来的一种瞬态、多点、无接触式的激光流体力学测速方法。近几十年来得到了不断完善与发展，PIV技术的特点是超出了单点测速技术（如CTA、LDA）的局限性，能在同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息，并可提供丰富的流场空间结构以及流动特性。 粒子图像测速系统（PIV）技术简介 PIV流速测量范围为0.02~500.00m/s。在流体力学领域中，流场测量技术与流场理论研究相辅相成，共同推进本学科的前进与发展。但是该研究领域中湍流、涡流等复杂非定常流动的存在使得传统流场测量技术的单点测量，已经不能满足人们对流体流动认知的需求。这就需要新的流场测量技术，实现流场测量由单点向多点、平面向空间、稳态向瞬态、单相向多相发展。流场测量技术随着时代迅速发展，从20世纪初对湍流流动测量有开创性意义的热线热膜流速计（Hot Wire/Film Anemometer，HWFA）的出现。到20世纪60年代，激光多普勒测速仪（Laser Doppler Velocimetry，LDV）利用流场中粒子的Mie散射。
实现流场的无接触测量。再到20世纪80年代，粒子图像测速技术（Particle ImageVelocimetry，PIV）实现了点向面的流场测量。 PIV技术是一种瞬态、多点、无接触式的流体力学（水和空气）测速方法。可以在同一瞬时记录下大量空间上的速度矢量分布信息，并可以提供丰富的流场空间结构和流动特性。目前，PIV技术也是在不断的发展，从一个切面发展到一个容积空间、从平面二维速度矢量的二维切片发展到二维切片内三位速度矢量、从瞬间速度场的测量发展到一个连续时间过程内的速度场测量。 粒子图像测速系统（PIV）的基本原理 PIV技术的基本原理是在待测流场中布散示踪粒子，示踪粒子代表流场空间中相应的流体质点，粒子会随着流场运动而运动，使用相机来记录不同时刻下示踪粒子的位置信息，通过计算机的图像处理算法分析相机所拍摄的粒子图片，将示踪粒子的位置信息和时间信息转换为流场流动的速度矢量信息，进而分析出流场的流动结构、涡量场等流动特性。 1）示踪粒子：无论哪种形式的PIV技术，其速度的测量都依赖于布散在流场中的示踪粒子，若粒子有足够高的流动跟随性，示踪粒子的运动就能够真实地反映流场的运动状态。