实验1 流动过程综合实验
实验1-1 流体阻力测定实验
一、实验目的
⒈学习直管摩擦阻力△P f 、直管摩擦系数λ的测定方法。
⒉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。 ⒊掌握局部阻力的测量方法。 ⒋学习压强差的几种测量方法和技巧。
⒌掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。 二、实验内容
⒈测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数λ。
⒉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。 ⒊在本实验压差测量范围内，测量阀门的局部阻力系数。
三、实验原理
⒈直管摩擦系数λ与雷诺数Re 的测定
流体在管道内流动时，由于流体的粘性作用和涡流的影响会产生阻力。流体在直管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和管道摩擦系数有关，它们之间存在如下关系：
h f = ρf
P ?=2
2
u d l λ （1-1）
λ=
2
2u P l d f
??
?ρ （1-2） Re =
μ
ρ
??u d （1-3）
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。
直管摩擦系数λ与雷诺数Re 之间有一定的关系，这个关系一般用曲线来表示。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（1-2）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（1-3）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。
⒉局部阻力系数ζ的测定
2
2
'u P h f
f ζρ
=?=
' （1-4） 2'2u P f
?????
? ??=ρζ （1-5）
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1-1 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1-1，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 （1-6）
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 （1-7） 联立式(1-6)和(1-7)，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。用差压传感器来测量。 四、实验装置
⒈本实验共有八套装置，第1~6套实验装置用图1-2所示的实验装置流程图，第7~8套实验装置用图1-3所示的实验装置流程图。
在图1-2中， 光滑管阻力系数流程：A →B （C →D ）→E →F →G →H →J →M →N →P ； 粗糙管阻力系数流程：A →B （C →D ）→E →F →G →H →K →L →O →P ；（C →D ）为流量小于2 m 3/h 时的流程。
⒉ 流量测量：在图1-2中由转子流量计和涡轮流量计测量，在图1-3中由转子流量计测量。
⒊ 直管段压强降的测量：差压变送器或倒置U 形管直接测取压差值。
图1-2 第1~6套流动过程综合实验装置流程图
⑴离心泵；⑵—大流量调节阀；⑶—小流量调节阀；⑷—被标定流量计；⑸—转子流量计；⑹—倒U管；
⑺⑻⑽—数显仪表；⑼—涡轮流量计；⑾—真空表；⑿—流量计平衡阀；⒁—光滑管平衡阀；
⒃—粗糙管平衡阀；⒀—回流阀；⒂—压力表；⒄—水箱；⒅—排水阀；⒆—闸阀；⒇—截止阀；［21］—变频器；a—出口压力取压点；b—吸入压力取压点；1-1’—流量计压差；2-2’—光滑管压差；
3-3’—粗糙管压差；4-4’—闸阀近点压差；5-5’—闸阀远点压差；6-6’—截止阀近点压差；
7-7’—截止阀远点压差；J-M—光滑管；K-L—粗糙管
图1-3 第7~8套流动过程综合实验装置流程图
1.—变频器
2.—功率表
3.—真空表
4.—不锈钢水泵
5.—压力表
6.
7.—流量调节阀
8.—光滑管
9.—粗糙管10.—被测局部阻力阀门11.12.—转子流量计13.—被测文丘里流量计14.—压力变送器15.—数显表16.17.18.—流向导通阀19.—频率表20.—涡轮流量计21.—倒置U型管22.—差压变送器23.—数字电压表24.—水箱
五、实验方法
第1~6套实验方法：
⒈按下电源和离心泵的绿色按钮，通电预热数字显示仪表，记录差压数字表第2～7路的初始值，关闭流量调节阀⑵⑶和回流阀⒀，按一下变频器上的启动按钮，启动离心泵。
⒉光滑管阻力测定：
(1)关闭截止阀⒇，将闸阀⒆全开，并旋开光滑管平衡阀⒁。
(2)在流量为零条件下，旋开倒置U形管左右旋钮，检查导压管内是否有气泡存在。若倒置U形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。操作方法如下：开大流量调节阀⑶，使倒置U形管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若认为气泡已赶净，将流量阀关闭；慢慢旋开倒置U形管上部的放空阀，使液柱降至零点上下时马上关闭，管内形成气—水柱；此时管内液柱高度差应为零。
(3)关闭光滑管平衡阀⒁，通过阀⑶调节流量。根据流量大小选择大、小量程的转子流量计测量。
(4)直管段的压差：小流量时用倒置∪形管压差计测量，大流量时用差压数字表（第2路）
测量。应在最大流量和最小流量之间进行实验，一般测取12～15组数据，建议流量读数在
40L／h之内，不少于4个点，以便得到滞流状态下的λ—Re关系。在能用倒置∪形管测压差时，尽量不用差压数字表测压差。
(5)闸阀⒆局部阻力测量：在最大流量时，直管段压差测量完后，将闸阀⒆往回转5圈，再读取差压数字表第4、5路压差数据。
3．粗糙管阻力测定：
(1)关闭闸阀⒆，全开截止阀⒇，并旋开粗糙管平衡阀⒃，逐渐调大流量调节阀⑵，赶出导压管内气泡。
(2)关闭粗糙管平衡阀⒃，通过阀⑵⑶调节流量。流量小于2 m3/h时，选择大量程的转子流量计测量；流量大于 2 m3/h时，选择涡轮流量计测量。从小流量到最大流量，一般测取10~15组数据。
(3)直管段的压差用差压数字表第3路测量。
(4)截止阀⒇局部阻力测量：在最大流量时，读取差压数字表第6、7路压差数据。
4．在水箱中测取水温。
5．待数据测量完毕,关闭流量调节阀，核实差压数字表初始值，继续其它实验或切断电源。
第7~8套实验方法：
1 按下电源的绿色按钮，通电预热数字显示仪表，记录差压数字表第1～4路的初始值，关闭流量调节阀6、7，按一下变频器的启动按钮，启动离心泵。
2. 针对某一测试对象选择对应的流向导通阀，逆时针全开。
3. 在进行光滑管阻力测定之前，应先检查导压系统内有无气泡存在。
当流量为0时，打开a、a＇两阀门，若空气—水倒置Ｕ型管内两液柱的高度差不为0，则说明系统内有气泡存在，需赶净气泡方可测取数据。
赶气泡的方法：将流量调至较大，排出导压管内的气泡，直至排净为止；关闭a、a＇两阀门，打开b、b＇两阀门，慢慢旋开倒置U形管上部的放空阀，使液柱降至零点上下时马上关闭，使管内形成气—水柱，此时管内液柱高度差应为零。
4. 测取数据顺序可从大流量至小流量，反之也可，一般测约15组数据。在进行光滑管阻力测定时，建议流量读数在40L／h之内不少于4个点，以便得到滞流状态下的λ—Re关系。在能用倒置∪形管测压差时，尽量不用差压数字表测压差。
5. 待数据测量完毕，关闭流量调节阀，核实差压数字表初始值，继续其它实验或切断电源。
六、注意事项
⒈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。
⒉测数据时则必须关闭所有的平衡阀，并且在用差压数字表测量时，必须关闭通倒置U形管的阀门，防止形成并联管路。
七、报告内容
⒈将实验数据和数据整理结果列在表格中，并以其中一组数据为例写出计算过程。
⒉在合适的坐标系上标绘光滑直管和粗糙直管λ—Re 关系曲线。
⒊根据所标绘的λ—Re曲线，求本实验条件下滞流区的λ—Re关系式，并与理论公式比较。
⒋回答如下思考题：
⑴本实验用水为工作介质做出的λ一Re曲线，对其它流体能否使用？为什么？
⑵本实验是测定等直径水平直管的流动阻力，若将水平管改为流体自下而上流动的垂直管，从测量两取压点间压差的倒置U形管读数R到△P f的计算过程和公式是否与水平管完全相同?为什么?
⑶为什么采用差压变送器和倒置U形管并联起来测量直管段的压差？何时用变送器?何时用倒置U形管?操作时要注意什么？
八、设备主要参数
实验1-2 离心泵性能测定实验
一、
实验目的
1. 熟悉离心泵的操作方法。
2. 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。
3. 掌握离心泵特性管路特性曲线的测定方法、表示方法。
二、实验内容
1. 练习离心泵的操作。
2. 测定某型号离心泵在一定转速下，H （扬程）、N （轴功率）、η（效率）与Q （流量）之
间的特性曲线。
3. 测定流量调节阀某一开度下管路特性曲线。
三、实验原理
（一）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： ⒈ H 的测定：
在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程
出
入入
出
入出入出出
入出出出入
入入）--+-+-+
-=+++=+++f f H g
u u
g
P P Z Z H H g u g P Z H g u g P Z 2(222
222ρρρ
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(不包括泵体内部的流 动阻力所引起的压头损失)，当所选的两截面很接近泵体时，与柏努利方程中其它项比较，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 2(22入
出入
出入出）-+
-+
-=ρ 将测得的）入出Z Z -(和入出P P -的值以及计算所得的u 入，u 出代入上式即可求得H 的值。 ⒉ N 的测定：
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1.0，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
电动机的输出功率＝电动机的输入功率×电动机的效率。 泵的轴功率＝功率表的读数×电动机效率，kw 。 ⒊ η的测定
N Ne =η 其中 102
1000ρ
ρHQ g HQ Ne == kw
式中：η— 泵的效率； N — 泵的轴功率，kw Ne — 泵的有效功率，kw H — 泵的压头，m Q — 泵的流量，m 3/s ρ— 水的密度，kg/m 3 （二）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，泵和管路二者是相互制约的。
在一定的管路上，泵所提供的压头和流量必然与管路所需的压头和流量一致。若将泵的特性曲线与管路特性曲线绘在同一坐标图上，两曲线交点即为泵在该管路的工作点。因此，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。
四、实验装置
该实验与流体阻力测定、流量计性能测定实验共用图1-2和图1-3所示的实验装置流程图。
⒈ 本实验共有八套装置，第1~6套流程为：A →B(C →D)→E →F →G →I ⒉ 流量测量：用转子流量计或标准涡轮流量计测量。 ⒊ 泵的入口真空度和出口压强：用真空表和压强表来测量。
⒋ 电动机输入功率：用功率表来测量。
五、实验方法
第1~6套实验方法：
⒈ 按下电源的绿色和离心泵的绿色按钮，通电预热数字显示仪表；关闭流量调节阀⑵和⑶，全开回流阀⒀。
⒉ 按下调频器的启动按钮，启动离心泵。用阀⑵⑶调节流量，从流量为零至最大或流量从最大到零，测取 10～12组数据（同时测量泵入口真空度、泵出口压强、流量计读数、功率表读数），并记录水温。
⒊ 测量管路特性曲线测定时，先置流量调节阀⑵为某一状态(使系统流量为某一固定值)。 ４. 调节离心泵电机频率，使管路特性改变，调节范围(50—20H z )，测取 10～12组数据（同时测量泵入口真空度、泵出口压强、流量计读数），并记录水温。
5. 实验结束后，关闭流量调节阀，继续其它实验或停泵，切断电源。 第７~８套实验方法：
⒈ 按下电源的绿色按钮，通电预热数字显示仪表。
⒉按下变频器的启动按钮，启动离心泵。用阀６调节流量，从流量为零至最大或流量从最大到零，测取 10～12组数据（同时测量泵入口真空度、泵出口压强、流量计读数、功率表读数），并记录水温。
⒊测量管路特性曲线测定时，先置流量调节阀6为某一状态(使系统流量为某一固定值)。
⒋调节离心泵电机频率，使管路特性改变，调节范围(50—20H z)，测取 10～12组数据（同时测量泵入口真空度、泵出口压强、流量计读数），并记录水温。
⒌实验结束后，关闭流量调节阀，继续其它实验或停泵，切断电源。
六、注意事项
⒈启动心泵之前，必须检查所有流量调节阀是否关闭。
⒉测取数据时，第１～６套应将回流阀⒀全开。
七、报告内容
⒈将实验数据和计算结果列在数据表格中，并以一组数据进行计算举例。
⒉在合适的坐标系上标绘离心泵的特性曲线，并在图上标出离心泵的各种性能（泵的型号、转速和高效区）。
⒊回答下列思考题：
⑴试分析实验数据，看一看，随着泵出口流量调节阀开度的增大，泵入口真空表读数是减少还是增加，泵出口压强表读数是减少还是增加。为什么?
⑵本实验中，为了得到较好的实验结果，实验流量范围下限应小到零，上限应尽量的大。为什么?
⑶离心泵的流量，为什么可以通过出口阀来调节?往复泵的流量是否也可采用同样的方法来调节。为什么?
八、设备主要参数
实验1-3 流量计性能测定实验
一、实验目的
⒈ 了解几种常用流量计的构造、工作原理和主要特点。 ⒉ 掌握流量计的标定方法。
⒊ 了解节流式流量计流量系数C 随雷诺数Re 的变化规律，流量系数C 的确定方法。 ⒋ 学习合理选择坐标系的方法。
二、实验内容
⒈ 了解孔板、1/4园喷嘴、文丘里及涡轮流量计的构造及工作原理。
⒉ 测定节流式流量计（孔板或1/4园喷嘴或文丘里）的流量标定曲线。 ⒊ 测定节流式流量计的雷诺数Re 和流量系数C 的关系。
三、实验原理
流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量的关系为：
ρ
)
(20
下上P P CA V s -=
式中：—S V 被测流体(水)的体积流量，m 3/s ； —C 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 。
用涡轮流量计和转子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。同时用上式整理数据可进一步得到C —Re 关系曲线。
四、实验装置
该实验与流体阻力测定、离心泵性能测定实验共用图1-2和图1-3所示的实验装置流程图。 ⒈ 本实验共有八套装置，第1~6套流程为：A →B(C →D)→E →F →G →I 。
⒉ 主要以精度0.5级的涡轮流量计作为标准流量计，测量被测流量计流量。
⒊ 压差测量：第1~6套用第一路差压变送器直接读取，第７~８套用流量计差压表读取。
五、实验方法:
第1~6套实验方法：
⒈ 按下电源和离心泵的绿色按钮，通电预热数字显示仪表，记录差压数字表第1路的初始值，关闭流量调节阀⑵⑶，将回流阀⒀全开。
⒉ 按下变频器启动按钮，启动离心泵。旋开待测流量计平衡阀⑿，逐渐调大流量调节阀⑵，排出管路里气泡。
⒊关闭平衡阀⑿，用阀⑵⑶调节流量，从小流量至大流量或从大流量至小流量测取10组
左右数据(即同时测量压差和流量)，并记录水温。
⒋实验结束后，关闭流量调节阀，核实差压数字表初始值，停泵，切断电源。
第7~8套实验方法：
⒈按下电源的绿色按钮，通电预热数字显示仪表，记录流量计差压数字表初始值。
⒉关闭流量调节阀6，按下变频器启动按钮，启动离心泵。
⒊用阀6调节流量，从小流量至大流量或从大流量至小流量测取10~15组数据(即同时测
量压差和流量)，并记录水温。
⒋实验结束后，关闭流量调节阀，停泵，切断电源。
六、注意事项
⒈启动离心泵之前，必须检查所有流量调节阀是否关闭，
⒉测数据时必须关闭流量计平衡阀⑶。
七、报告内容
⒈将实验数据和整理结果列在数据表格中，并以其中一组数据计算举例。
⒉在合适的坐标系上，标绘节流式流量计的流量V S与压差△P的关系曲线（即流量标定曲线）、流量系数C与雷诺数Re的关系曲线。
⒊回答下列思考题：
⑴试验管路及导压管中如果积存有空气，为什么要排除?
⑵什么情况下的流量计需要标定?标定方法有几种?本实验是用哪一种?
八、设备主要参数
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 ＇)
目录 实验一静水压强实验???????????????????????????????????????????1实验二伯努利方程式的验证?????????????????????????????????????3实验三雷诺实验??????????????????????????????????????????????6实验四管道沿程阻力实验??????????????????????????????????????9实验五管道局部阻力系数的测定????????????????????????????????12
实验一静水压强实验 （一）实验目的 1、测定静止液体中某点的静水压强，加深对静压公式p=p0+γh的理解； 2、测定有色液体的重度，并通过实验加深理解位置水头，压强水头及测压管水 头的基本概念，观察静水中任意两点测压管水头Z+p/γ=常数。 p=p0+γh 式中：P——被测点的静水压强； P0——水箱中水面的表面压强； γ——液体重度； h——被测点在表面以下的竖直深度。 可知在静止的液体内部某一点的静水压强等于表面压强加上液体重度乘以该点在液面下的竖直深度。 （四）实验步骤 1、打开密封水箱E顶上空气阀门a，此时水箱内水面上的压强p0=p a。观察各测压连通管内液面是否平齐，如果不齐则检查各管内是否阻塞并加以勾通。
2、读取A点、B点的位置高度Z A、Z B。 3、关闭空气阀门a，转动手柄，抬高长方形小水箱F至一定高度，此时表面压力P0＞P a，待水面稳定后读各测压管中水位标高▽=▽I（I=1、2、3、 4、5），并记入表中。 4、在保持P0＞P a的条件下，改变长方形小水箱F高度，重复进行2-3次。 5、打开空气阀门a，使水箱内的水面上升，然后关闭空气阀门a，下降长方形小水箱。 6、在P0＜P a的条件下，改变水箱水位重复进行2-3次。 （五）对表中数据进行分析 单位：mm
1.5 竞速轨道（1） 实验目的 探究物体运动时速度、时间与路程之间的关系。 实验装置 实验原理 如果两个物体运动的位移相等，但其中一个物体是匀速直线运动，而另一个物体运动过程中有加速也有减速，它们的路程与速度不同，它们运动的时间不同。 操作与现象 同时释放两个实心钢球通过同样高度、同样斜率的斜面滚到A、B两条轨道上，其中A 轨道是平直的，B轨道先是平直的，然后凹陷下去，再平直一段距离，接着有爬升上来与A 轨道同一高度，观察两个球到达轨道末端的时间，B轨道钢球先到达轨道末端。 注意事项 两球要同时从起点处下落；实验完毕及时将小球收到网袋里。 思考题 1、如果凹陷的部分没有平直的一段距离，两球会同时到达终点吗？ 2、钢球的轻重对实验结果有影响吗？ 1.6 竞速轨道（2） 实验目的 探究物体运动快慢的几个因素。 实验装置 见仪器照片1.1
实验原理 两个球如果在斜率相同但空隙不一样的轨道上运动，每个球受到向下运动的合外力大小不同。虽然两球初始速度相同，当末速度不同。 操作与现象 把两个篮球放在两条斜率相等的轨道上，其中A轨道较宽，B轨道较窄。两个球同时滚下，B轨道的球最先到达终点。 注意事项 放置球时，不要用力过猛。 思考题 为什么轨道较窄的球会最先到达终点？两个球滚下来快慢的决定因素是什么？ 1.10 超级碰撞球 实验目的 1．进一步理解动量守恒原理以及能量守恒原理。 2．观察物体弹性碰撞与非弹性碰撞时力的作用以及能量的转换。 实验装置 实验原理 当质点系所受外力矢量和为零时，质点系的总动量不随时间变化，这个结论称之为动量守恒定律。两个高弹性球质量不等，发生弹性对心相向碰撞时，根据动量能量守恒定律，质量较小球返回速率将较大球静止时大的多。大球和小球的初动能都变成了小球返回的动
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）
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)
流体力学综合实验数据处理表 水在管道内流动的直管阻力损失 由附录查得水温t=20C 时，密度3 /2.998m kg 粘度1 001.0 s pa 由公式 p h f （1） 22u d l h f （2） u d Re （3）可分别算出f h ， 和 Re 管内径管a=管b=管c d=0.02m 长度管a=管b=管c L=1m 以a 管第一组数据为例 p =10.323 10 pa 则2 .9981032.103 f h =10.34（J/k g ） 平均流速201.014.3360013.11 u =9.85m/s 则 =2 85.9134 .1002.02 =0.0043 Re = 001 .02 .99885.902.0 =196645 管b
管c 局部阻力系数 的计算 由公式22 u h f 得22u h f 不同开度下截止阀的局部阻力系数 管a 管b
离心泵的特性曲线 杨程H= f h g u g p g p 22 真表 0 f h 离心泵轴功率N=传电电 N 离心泵的效率 是理论功率与轴功率的比值，即 N N t 而理论功率t N 是离心泵对水所作的有效功，即)(102 kw QH N t 以第一组数据为例计算H= 10 201.014.3360002 .20102.99818000102.998125000215.21 m O H 2 N=95.075.01489 =1.601(kw) 2 .99821.1502.20 1.86 离心泵特性曲线
思考与讨论 1， 只管阻力产生的原因是什么？如何测定及计算？ 答：原因是流涕在管道内流动时，由于内摩擦力的存在，必然有能量的损耗，此损耗能量为直观阻力损失。测定及计算方法为 p h f （1） 22 u d l h f (2) 2， 影响本实验测量准确度的原因有哪些？怎样侧准数据？ 答：读数不精确，供水系统不稳定，电压不稳定，出口胶管排气未排完，如果要侧准数据，应该等仪器上显示的数据稳定后再读取。 3，根据实验测定数据，如何确定离心泵的工作点？水平或是垂直管中，对相同直径，相同条件下所测出的阻力损失是否相同？ 答：根据极值数据来确定离心泵的工作点，水平或是垂直管中，对相同直径，相同条件下所测出的阻力损失不相同，
实验图片 涡流热效应演示仪 [分析报告] 赵雪婕|3015214075|2016年10月1日
实验现象的描述 在本实验中，线圈通电后产生磁感线进而形成闭合回路。当线圈通入交流电时，铁芯内的磁场也是变换的，进而产生感应电流。把蜡烛放入铝环槽中，打开电源开关，并按下绿色按钮不松手，几秒后，电流使如图铝环发热，若在铝环槽中放入蜡烛，可使蜡烛熔化，并开始冒烟。 实验所涉及的物理知识 1.根据法拉第电磁感应定律，闭合导体回路中的磁通量变化时，闭合导体回路就会产生感应电动势。如果闭合导体的电阻较小，则感应电动势会在其中产生很大的感应电流。Q=I2Rt交变的磁通量变化会在大块导体内产生涡状电流称为涡电流。涡电流可以使导体发热。由于铝环的电阻R很小，所以它的发热功率很大。 2.采用表面涂有薄层绝缘漆或绝缘的氧化物的薄硅钢片叠压制成的铁心，涡流被限制在狭窄的薄片之内，磁通穿过薄片的狭窄截面时，这些回路中的净电动势较小，回路的长度较大，回路的电阻很大，涡流大为减弱。再由于这种薄片材料的电阻率大（硅钢的涡流损失只有普通钢的1/5至1/4），从而使涡流损失大大降低。 3.连接机理：将220伏，50赫兹的交流电压接入匝数很高的初级线圈中，在初级线圈中产生很大的电流，在磁轭中产生高磁感应通量，该交变磁通量穿过铝锅产生互感电动势，由于铝锅电阻很小，因此产生很大的感应电流，释放出很大的焦耳热。以此证明涡流的热效应。 4.
[以上原理均来自百度百科] 实验现象的历史和应用 在一根导体外面绕上线圈，并让线圈通入交变电流，那么线圈就产生交变磁场。由于线圈中间的导体在圆周方向是可以等效成一圈圈的闭合电路，闭合电路中的磁通量在不断发生改变，所以在导体的圆周方向会产生感应电动势和感应电流，电流的方向沿导体的圆周方向转圈，就像一圈圈的漩涡，所以这种在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象。[1] 1831年8月，法拉第在软铁环两侧分别绕两个线圈，其一为闭合回路，在导线下端附近平行放置一磁针，另一与电池组相连，接开关，形成有电源的闭合回路。实验发现，合上开关，磁针偏转；切断开关，磁针反向偏转，这表明在无电池组的线圈中出现了感应电流。法拉第立即意识到，这是一种非恒定的暂态效应。紧接着他做了几十个实验，把产生感应电流的情形概括为5类：变化的电流，变化的磁场，运动的恒定电流，运动的磁铁，在磁场中运动的导体，并把这些现象正式定名为电磁感应。进而，法拉第发现，在相同条件下不同金属导体回路中产生的感应电流与导体的导电能力成正比，他由此认识到，感应电流是由与导体性质无关的感应电动势产生的，即使没有回路没有感应电流，感应电动势依然存在。后来，给出了确定感应电流方向的楞次定律以及描述电磁感应定量规律的法拉第电磁感应定律。并按产生原因的不同，把感应电动势分为动生电动势和感生电动势两种，前者起源于洛伦兹力，后者起源于变化磁场产生的有旋电场。[2] 电涡流缓速器工作原理：利用电磁学原理把汽车行驶的动能转化成热能而散发掉，从而实现汽车的减速。运用电磁场理论推倒了电涡流缓速器的电流密度和制动力矩公式，这些公式反映了缓速器电磁机构各设计参数之间的关系。[3]
本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分。第Ⅰ卷1至5页，第Ⅱ卷6至10页。满分200分，考试时间120分钟。考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 第Ⅰ卷（选择题，共100分） 注意事项： 1．答第Ⅰ卷前，考生务必将自己的、准考号、考试科目用铅笔涂写在答题卡上。 2．每小题选出答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑，如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其它答案，不能答在试题卷上。 一、单项选择题（本大题共50个小题，每小题2分，共100分。在每小题列出的四个选项中，只有一项符合题目要求，请将符合题目要求的选项选出） 1．以下不属于压强单位的是（） A．N/m2 B．atm C．mmHg D．N·m 2．以下关系式表达正确的是（） A．大气压强＝绝对压强＋表压B．绝对压强＝大气压强－真空度 C．真空度＝绝对压强－大气压强D．大气压强＝绝对压强－真空度 3．水在管道中稳定流动时，若管径增大一倍，则流速变为原来的（）倍A．2 B．1/2 C．4 D．1/4 4．液体的粘度一般随温度的升高而（） A．增大B．减小C．不变D．先增大后减小 5．流体在直管流动时，若其已进入完全湍流区，则摩擦系数λ与Re的关系为（）A．Re增大，λ增大B．Re增大，λ减小 C．Re增大，λ基本不变D．Re增大，λ先增大后减小 6．离心泵启动前泵体未灌满液体，会发生的现象为（） A．气缚B．气蚀C．喘振D．液泛 7．离心泵的扬程是指（） A．泵的输送高度B．液体出泵和进泵时的压强差换算成的液柱高度 word版本.
C．泵的安装高度D．单位重量液体通过泵所获得的机械能 8．离心泵的效率η和流量Q的关系为（） A．Q增加，η增大B．Q增加，η减小 C．Q增加，η先减小后增大D．Q增加，η先增大后减小 9．当转速变化不太大时，离心泵的流量Q和转速n的关系为（） A．Q1/Q2≈n1/n2B．Q1/Q2≈n2/n1 C．Q1/Q2≈( n1/n2 )2D．Q1/Q2≈( n2/n1 )2 10．离心泵的工作点（） A．与管路特性有关，与泵的特性无关B．与管路特性无关，与泵的特性有关 C．与管路特性和泵的特性均无关D．与管路特性和泵的特性均有关 11．在固体部，传热的基本方式为（） A．热传导 B．热对流 C．热辐射 D．传导和对流 12．在多层平壁的定常热传导中，传热的总推动力（） A．与各层的推动力相等B．与各层的推动力之和相等 C．与各层中最小的推动力相等D．与各层中最大的推动力相等 13．对流传热方程式Q＝αA△t中，△t是指（） A．两流体温度差（T－t）B．冷流体进、出口温度差（t2－t1） C．热流体进、出口温度差（T2－T1）D．流体和壁面温度差（T－T w）或（t w－t）14．忽略壁阻和污垢热阻，若对流传热系数α1《α2，则总传热系数K≈（） A．α1B．α2C．（α1＋α2）/2 D．（α2－α1）/2 15．在列管式换热器中，安装折流挡板的目的是（） A．提高管程对流传热系数B．减小管程对流传热系数 C．提高壳程对流传热系数D．减小壳程对流传热系数 16．某双组分理想溶液，其中A为易挥发组分。液相组成x A＝0.5时相应的泡点为t1，气相组成y A＝0.3时相应的露点为t2，则（） A．t1＝t2B．t1＜t2C．t1＞t2D．无法判断 17．在精馏塔自下而上，气相中易挥发组分的含量逐板（） word版本.
自然电磁现象演示实验 讲义 主编：江光裕 南昌航空大学大学物理实验中心 2010年9月
阻尼摆和非阻尼摆演示 一、演示目的 演示涡电流的机械效应 二、实验原理及装置 磁感应，在大块导体内将产生涡电 流，再据楞次定律，涡电流在磁场 中受到的安培力必定阻碍导体的运 动，这就是电磁阻力。装在摆上的 导体片在磁场中摆动也要受到电磁 阻力。改变导体片的结构，使涡电 流减少，则阻尼力也将减少。 三、实验操作及现象： 1.先不通入励磁电流，使阻尼 摆在两极间作自由摆动，可以观察 到在轴尖处的摩擦力和空气阻力作用下，要经过相当长的时间摆才停止下来。 2.接通励磁电源（12伏），则在两磁极间产生很强的磁场。当阻尼摆在两磁极间左右摆动 时，根据愣次定律阻尼摆内产生感应电流（涡电流），感应电流的效果总是反抗引起感应电流 的原因，现在，引起感应电流的原因是来自摆的摆动，因此感应电流的效果是产生阻力，使 摆动迅速停止。 3.用非阻尼摆代替阻尼摆作如上实验，可以观察到其摆动仍需经过较长时间才停止。这 是因为非阻尼摆上有许多隔槽，使得涡电流大为减小，从而使阻尼作用不明显。 能量转换轮 一、演示目的 演示电能、磁能、机械能、光能之间的相互转化。 南昌航空大学大学物理实验中心 1
二、实验原理： 本装置有一个大的转轮，轮子一圈镶有许多永磁铁。在轮子右侧上有一个通交流电的电磁铁。电磁铁通电时，产生交变磁场，电能转化为磁能；转轮内的磁铁在该磁场的磁力作用下带动转轮转动，磁能转化为机械能；旋转的轮使得永久磁铁的磁场运动，又使左侧闭合线圈中产生感生电流，被转化成电能，并通过发光二极管转变为光能。 三、操作与现象： 1. 打开箱体前面板上的开关，使源盘右侧铁芯产生变化的磁场； 2. 轻轻转动大圆盘（内有永磁铁），使其转动起来，经过两磁场的相互作用，圆盘越转越快； 3. 观察圆盘左侧线圈中发光二极管的发光情况； 4. 实验结束，关闭电源。 磁悬浮哑铃 一、演示目的 演示磁学的奇妙应用。 二、演示原理： 将磁浮转子的针端抵住横挡板，转动尾部，观察其悬浮，等到转子不再转动，观看转子是否能够悬浮。 三、实验仪器： 2 南昌航空大学大学物理实验中心
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
第２３卷第９期 ２００７年 中学生物学 ＭｉｄｄｌｅＳｃｈｏｏｌＢｉｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ．２３Ｎｏ．９ ２００７ 文件编号：１００３－７５８６（２００７）０９－００５０－０２ “渗透作用与水分的流动”演示实验装置的改进李志远（江苏省连云港市新海高级中学２２２００６） 生物学科的教学不同于其他学科的最大特点是， 它反映的是生物体的生命活动现象和规律，因此，在 教学中，教师要充分利用生活中的实物、制作的模型、 挂图、动画等进行直观教学，这样能起到事半功倍的 效果。如：学习“顶端优势”时，教师可以选取顶端优势 现象明显的盆景或枝条让学生观察；学习“根瘤与根 瘤菌”内容，可以取生长旺盛的大豆根系并制作根瘤 菌的临时装片进行观察；学习“无氧呼吸”，可以取几 个苹果用塑料袋扎紧，让其进行无氧呼吸产生“酒味”，使学生身临其境。总之，在平时的实验教学中，教师应当启发学生因地制宜地寻找简单而又能说明问题的实验材料进行实验，凡是能够让学生亲自观察、探索的，应尽量让学生自己动手，在“探究性学习”中培养他们的科学思维习惯和探索精神。 高中生物教材人教版必修１中有“物质跨膜运输”的内容，其中“渗透作用”是重点和难点，为了便于学生理解植物细胞通过渗透作用吸水和失水的原理，教材“问题探讨”处安排了“渗透作用与水分的流动”演示实验，此实验的成功与否将直接影响学生对渗透作用的理解和后面内容的学习。教学中我发现，若按教材介绍的装置做，常常由于半透膜与漏斗的接触面较大，造成半透膜的制取比较麻烦，且不易结扎，导致实验现象不明显。为此，我对原装置进行了改进，效果较好。 １装置的制作 １．１塑料漏斗的制作 用一次性输液器的吗啡氏管制成。先用刀片切去吗啡氏管上端（大头一端）的头部（切割线以稍低于侧壁上缘为好）。切口可在纸上稍作摩擦，以避免切口粗糙损坏半透膜。 再从吗啡氏管下端与粗导管接头处，将粗导管剪去。 把过滤器下面的细导管拔下（针头可剪去），接于吗啡氏管的断头处（操作装置如图１所示）。 这样，一个带细导管的塑料漏斗就做成了。１．２制取半透膜 取新鲜鸡蛋一个，从中部打开，将内容物倒出，用食指和拇指将卵壳弄成小的碎片，注意不要损坏卵壳膜，然后将卵壳碎片一点点从卵壳膜上剥下，面积不需要太大，略大于吗啡氏管横截面就可以了。剥离完毕后，用水稍稍冲洗即可。 １．３套膜和结扎 在做成的吗啡氏管漏斗底部蒙上已制好的鸡蛋壳膜，用橡皮筋扎住，注意松紧要适度，过松会漏水，过紧了会使塑料漏斗变形或损坏卵壳膜，也会造成漏水。１．４饱和蔗糖溶液的加注 取下吗啡氏管漏斗上的细导管，用带针头的注射器吸取饱和的蔗糖溶液，小心地注入漏斗内，以液面平漏斗口为好，然后套上细导管。将细导管上端固定在铁架台上，下端的塑料漏斗浸在清水中即可，如图２所示。 另外，可以在蔗糖溶液中加入几滴红墨水，学生就能清楚地看到漏斗内红色液体（蔗糖溶液）沿细导管上升。 ２装置的优点 ２．１取材方便 吗啡氏管 接于此处 切去针头 细导管 从此处拔下 粗导管 过滤器环切处 细导管 １￣２ｍｉｎ 初始液面 蔗糖溶液 清水 半透膜 蔗糖溶液 清水 半透膜 上升后液面 渗透作用发生前的情况渗透作用发生后的情况 图１实验装置示意图 图２饱和蔗糖溶液的加注示意 ５０
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 =
《风的形成》演示实验的创新 《风的形成》一课选自河北版小学五年级科学（上册）教材第16课。该课是在三年级认识空气和风的基础上，进一步探究风的形成，了解热传递的另一方式—对流，为以后研究保温和散热奠定基础。 风的形成模拟实验，主要是让学生探究风的成因，引领学生学会观察和分析实验现象，直接感知空气因热而流动的过程，从而明白风的形成是由于这样的空气在流动，知晓原理，激发学生对自然界的好奇感，培养学生的科学探究能力。 一、实验原型及不足之处 本实验原型来自课本示意图，是把一支蜡烛放进实验箱内，把湿毛巾放在实验箱的进风口，点燃蚊香放在进风口，观察烟的流动方向。点燃箱内的蜡烛，再把蚊香放在进风口，观察蚊香烟流动的方向（如图1所示）。 根据书中示意图经过笔者多次实验，发现实验效果不明显，学生不易观测到烟的存在及流动，且产生实验现象需要十多分钟时间，严重影响课堂效率，经过反复分析、实验，发现实验原型存在以下不足：（1）蚊香烟雾较轻薄，烟的运行轨迹不明显。 （2）选择蜡烛做热源有弊端：①蜡烛在实验箱内，实验操作时不方便点燃和熄灭；②蜡烛容易烤焦实验箱，存在安全隐患；③蜡烛在密封的演示箱内很容易熄灭。 二、实验创新与改进之处
根据上面的研究，笔者在实验器材与实验方法上进行了一系列的改进与创新： （1）本实验为演示实验，为达到最佳演示效果，笔者采用了玻璃器材，正面与顶、两侧透明，有利于各个方位的学生进行观察，背部粘贴绿色卡纸，以衬托烟的颜色，不仅让学生清晰地观察到烟的运行轨迹，同时更好地保护了学生的视力。 （2）实验用的热源用275 W发热的灯泡替换原来燃烧的蜡烛，优点如下： ①产生的高温，使空气流动速度加快，能在较短时间内观测到实验效果，提高实验效率。 ②操作简单方便，只需开、关电源即可。 ③减少干扰，蜡烛在燃烧时也会产生烟雾，学生容易与实验中的烟雾混淆，这样更加增强了实验的说服力。 （3）热源周围用卡纸做1个灯罩，以防实验中灯泡产生的强光刺眼，同时在灯罩的一边剪1个缺口，保证箱内的亮度，能清楚地观察到烟的轨迹。 （4）原实验用的蚊香换成了艾叶条，它产生的烟雾更浓更环保，学生观察起来更清晰。 三、实验器材 风的形成演示箱（玻璃箱）、艾叶条、湿毛巾、酒精灯、玻璃杯、实验记录纸。 四、实验原理及装置说明
换热器传热系数测定 实验装置 说明书 天津大学化工基础实验中心 2014.08
一、实验目的： 1.了解套管换热器和列管换热器的结构，掌握对流传热系数i α和总传热系数的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。 2.学会并应用线性回归分析方法，确定传热管关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 数值。 二、实验内容： 1.测定不同流速下套管换热器的对流传热系数i α。 2.测定不同流速下列管换热器的总对流传热系数K 。 3.对i α实验数据进行线性回归，确定关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的数值。 三、实验原理： 1.套管换热器传热系数测定及准数关联式的确定： （1）对流传热系数i α的测定 在该传热实验套管换热器中，空气走内管，热水走外管。 对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定 i i i S t Q ??= α （1） 式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2?℃)； Q i —管内传热速率，W ； S i —管内换热面积，m 2； t ?—内壁面与流体间的温差，℃。 t ?由下式确定： 2 2 1t t T t w +- =? （2） 式中：t 1，t 2 —冷流体（空气）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： i i i L d S π= （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： )(12t t Cp W Q m m i -= （4） 其中质量流量由下式求得： 3600 m m m V W ρ= （5） 式中：m V —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； m Cp —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； m ρ—冷流体的密度，kg /m 3 。 m Cp 和m ρ可根据定性温度t m 查得，2 2 1t t t m += 为冷流体进出口平均温度。t 1，t 2， T w ， m V 可采取一定的测量手段得到。 （2）对流传热系数准数关联式的实验确定 流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为 n m A Nu Pr Re =. （6） 其中： i i i d Nu λα= ， m m i m d u μρ=Re ， m m m Cp λμ=P r 物性数据m λ、m Cp 、m ρ、m μ可根据定性温度t m 查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pr 变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为： 4.0Pr Re m A Nu = （7） 这样通过实验确定不同流量下的Re 与Nu ，然后用线性回归方法确定A 和m 的值。 2.列管换热器传热系数的测定： 管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。一种在管内流动，称为管程流体（冷流体）；另一种在管外流动，称为壳程流体（热流体）。 传热系数Ko 用实验来测定
流体力学流动演示实验 流体力学演示实验包括流线流谱演示实验、流动演示实验两部分。各实验具体内容如下：第1部分流线流谱演示实验 1.1 实验目的 1)了解电化学法流动显示原理。 2)观察流体运动的流线和迹线，了解各种简单势流的流谱。 3)观察流体流经不同固体边界时的流动现象和流线流谱特征。 1.2 实验装置 实验装置见图1.1。 图1.1 流线流谱实验装置图 说明：本实验装置包括3种型号的流谱仪，Ⅰ型演示机翼绕流流线分布，Ⅱ型演示圆柱绕流流线分布，Ⅲ型演示文丘里管、孔板、突缩、突扩、闸板等流段纵剖面上的流谱。流谱仪由水泵、工作液体、流速调节阀、对比度调节旋钮与正负电极、夹缝流道显示面、灯光、机翼、圆柱、文丘里管流道等组成。
1.3 实验原理 流线流谱显示仪采用电化学法电极染色显示技术，以平板间夹缝式流道为流动显示平面，工作液体在水泵驱动下从显示面底部流出，工作液体是由酸碱度指示剂配制的水溶液，在直流电极作用下会发生水解电离，在阴极附近液体变为碱性，从而液体呈现紫红色。在阳极附近液体变为酸性，从而液体呈现黄色。其他液体仍为中性的橘黄色。带有一定颜色的流体在流动过程中形成紫红色和黄色相间的流线或迹线。流线或迹线的形状，反映了机翼绕流、圆柱绕流流动特性，反映了文丘里管、孔板、突缩、突扩、闸板等流道内流动特性。流体自下而上流过夹缝流道显示面后经顶端的汇流孔流回水箱中，经水泵混合，中和消色，循环使用。实验指导与分析如下： 1)Ⅰ型演示仪。 演示机翼绕流的流线分布。由流动显示图像可见，机翼右侧即向天侧流线较密，由连续方程和能量方程可知，流线密，表明流速大、压强低；而机翼左侧即向地侧流线较稀疏，表明速低、压强较高。这表明机翼在实际飞行中受到一个向上的合力即升力。本仪器通过机翼腰部孔道流体流动方向可以显示出升力方向。 此外，在流道出口端还可以观察到流线汇集后，并无交叉，从而验证流线不会重和的特性。 2)Ⅱ型演示仪。 演示圆柱绕流流线分布。当流速较小时，零流线在前驻点分成左右2支，经90°点后在圆柱后部后驻点处二者又合二为一。所显示的流谱圆柱前后几乎完全对称。这是因为流速很低（约0.5～1.0cm/s），能量损失极小，可以忽略，其流动可视为势流，绕流流体可视为理想流体。因此，流谱与圆柱绕流势流理论流谱基本一致。 当流速增大后，雷诺数增大，流动时流线对称性不复存在，圆柱上游流谱不变而下游原来合二为一的有色线分开，尾流出现，流动由势流变成涡流了。由此可知，势流与涡流是性质完全不同的两种流动。 3)Ⅲ型演示仪。 演示仪左侧演示文丘里管、孔板、逐渐扩大和逐渐缩小流道内纵剖面上的流谱，右侧演示突然扩大、突然缩小、明渠闸板流段纵剖面上的流谱。当流动雷诺数较小时，液体流经不同这些渐变管道、突扩或突缩管道时流线疏密程度相应变化而不交叉，在边界并没有漩涡出现。当适当提高雷诺数后，经过一定的起始段后，在突扩处流线会脱离边界，形成漩涡，从而显示实际流体的流动图谱。 该演示仪也可说明均匀流、渐变流、急变流的流线特征。 1.4实验方法与步骤 1)打开电源开关，灯光亮，打开水泵开关，驱动流体在平面流道内自下而上流动。 2)调节侧面流量调节阀到适当位置，达到最佳显示效果。 3)观察分析流道内流动情况和流线流谱特征。 4)改变流速，观察提高雷诺数后流动情况。 5)实验结束，关闭电源。 ★操作要领与注意事项：①、流线不清晰，可适当滴几滴氢氧化钠溶液或盐酸。②对比度适中，流体流速要小。 1.5实验分析与讨论 1)在定常流动时，从演示仪中看到的有色线是流线还是迹线？为什么？
化工专业实验 Experiment of Chemical Engineering and Technolog y 课程编号： 学分：1.5 实验总学时： 45 先修课程：化工设备机械基础、物理化学、化工原理、化工热力学、化学反应工程、分离工程、化学工艺学 适用专业：化学工程与工艺 一、目的与任务 本课程是化学工程与工艺专业必修的实践性课程。它是从工程与工艺两个角度出发，即以化工工艺生产为背景，又以解决工艺或过程开发中所遇到的共性工程问题为目的，选择典型的工艺与工程要素，所组成系列的工艺与工程实验。它是进行（化工类）工程师基本训练的重要环节之一，在专业教学计划中占有重要的地位。化学工程与工艺实验是在学生已经接受了基础理论与专业知识教育，有经受过初步工程实验训练的基础上进行的。在本实验教学中，将使学生了解与熟悉有关化工工艺过程、化学反应工程、传质与分离工程等学科发展方向上的实验技术和方法；掌握与学会过程开发的基本研究方法和常用的实验基本技能；培养学生的创造性思维方法、理论联系实际的学风与严谨的科学实验态度，提高实践动手能力。为毕业环节乃至今后工作打下坚实的基础，起到承前起后的作用。 二、实验教学的基本要求 （1）复习相关原理，认真写好预习报告，独立设计实验方法。 （2）了解仪器设备的原理构造和使用方法。 （3）按实验要求作好实验。 （4）数据处理。 （5）实验分析。
注：1、类型---指设计性、综合性、验证性；2、实验内容可调整。 四、实验成绩的考核与评定办法： 实验成绩的考核，以实验预习报告、实验报告和实验过程为考核依据，成绩分优、良、中、及格和不及格五等。 五、有关说明： 根据《化工热力学》、《化学工艺学》、《化学反应工程》、《分离工程》课程教学大纲，参考教材： 《化学工程与工艺实验》，房鼎业、乐清华、李福清主编化学工业出版社。 撰写人：沈玉堂 审定人：姜廷顺 批准人：倪良 时间：2013年5月10日
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 。