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化工原理实验讲义

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化工原理实验指导书

唐山学院

目录

实验一流体流动阻力的测定 (1)

实验二离心泵特性曲线的测定 (5)

实验三传热系数测定实验 (7)

实验四筛板式精馏塔的操作及塔板效率测定 (9)

实验五填料塔吸收实验 (12)

演示实验柏努利方程实验 (14)

雷诺实验 (16)

实验一流体流动阻力的测定

、实验目的

1、 了解流体在管道内摩擦阻力的测定方法;

2、 确定摩擦系数入与雷诺数 Re 的关系。

二、基本原理

由于流体具有粘性, 在管内流动时必须克服内摩擦力。 当流体呈湍流流动时, 质点间不

断相互碰撞,弓I 起质点间动量交换,从而产生了湍动阻力,消耗了流体能量。流体的粘性和 流体

的涡流产生了流体流动的阻力。

在被侧直管段的两取压口之间列出柏努力方程式,

可得:

△ P f = △ P

P f

L u 2 h f

d 2

L —两侧压点间直管长度(m )

2d P f

d —直管内径(m ) 入一摩擦阻力系数 u —流体流速(m/s )

△ P f —直管阻力引起的压降(N/m 2

) 厂流体粘度(Pa.s ) p —

流体密度(kg/m 3

本实验在管壁粗糙度、管长、管径、一定的条件下用水做实验,改变水流量,测得一系 列流量下的△ P f 值,将已知尺寸和所测数据代入各式,分别求出入和 Re ,在双对数坐标纸

上绘出入?Re 曲线。

三、实验装置简要说明

水泵将储水糟中的水抽出, 送入实验系统,首先经玻璃转子流量计测量流量, 然后送入 被测直管段测量流体流动的阻力,经回流管流回储水槽,水循环使用。 被测直管段流体流 动阻力△ P 可根据其数值大小分别采用变压器或空气一水倒置 U 型管来测量。

四、实验步骤:

1、 向储水槽内注蒸馏水,直到水满为止。

2、 大流量状态下的压差测量系统 ,应先接电预热10-15分钟,观擦数字仪表的初始值并 记

录后方可启动泵做实验。

3、 检查导压系统内有无气泡存在 .当流量为0时打开B1、B2两阀门,若空气一水倒置 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,需要排净气泡方可测取数据。

排气方法:将流量调至较大,排除导压管内的气泡,直至排净为止。

4、 测取数据的顺序可从大流量至小流量,反之也可,一般测 15?20组数,建议当流量 读数

小于300L/h 时,用空气一水倒置 U 型管测压差△ P 。

5、待数据测量完毕,关闭流量调节阀,切断电源。

Re

du

五、使用实验设备应注意的事项:

1、调流量要慢、稳、准。

2、利用压力传感器测大流量下△ P时,应切断空气一水倒置U型管B1、B2两阀门否则影响测量数据。

3、在实验过程中每调节一个流量之后待流量和直管压降的数据稳定以后方可记录数据。

4、若较长时间不做验验,启动离心泵之前应先转动泵轴使之灵活运转,否则烧坏电机。

实验二

离心泵特性曲线测定

一、实验目的

1、 熟悉离心泵的操作与结构;

2、 测定离心泵在一定转速下的特性曲线。

二、基本原理

在一定转速下,离心泵的压头He ,轴功率N 及效率n 均随实际流量 Qe 的大小而改变。

因此泵的特性是由 H=f(Qe),Ne=f(Qe)和n =f(Qe)三条曲线来决定。而此三条曲线是经实验测 得标

绘出来。

1、流量Qe 的测定

通过调节阀门改变水流量的大小, 采用文式流量计测得压差,

Qe C o Ao ^―—

单位(m 3/

s )

2、离心泵压头He 的测定

在离心泵的吸入口和压出口之间列柏努力方程

???离心泵d

=d 出

又??? H ( x -出)可忽略

Rt!

H (Z 出 Z 入)

(m)

g

3、离心泵轴功率的计算 泵轴功率N =电机输出功率 功率表读数=电机输入功率

泵的有效功率

Ne

H

2(K W )

式中:

Ne

N

A 0—文丘里流量计喉管的横截面积 C o —流量系数C o =1

△ P —文丘里流量计的压差

Z 出一z 入离心泵进出口管路的垂直距离 P 出一P 入离心泵

进出口管路的压强

三、实验装置简要说明

本实验用 WB70/055型离心泵进行实验,用离心泵将储水槽内的水抽出, 送入离心泵性 能测定管路测量系统, 然后由压出管排至水槽。 在泵的吸入口和压出口处, 分别装有真空表 和压力表,以测量水进口处的压力。 泵的出口管线装有文氏流量计及调节阀门, 用来调节水

的流量或管内压力。

求其相应的体积流量 Qe 。

P u 2

g 2g

H e

g 2g

H

f(入-出)

功率表读数X 电机效率(Kw )

四、实验方法

1、向储水槽内注蒸馏水,直到水满为止。

2、在启动离心泵之前需做如下检查:

(1)流量调节阀门10 和2,离心泵出口压力表和真空表的调节阀,倒置U 型管的阀门B1、、B2

均应关闭。

(2)流量测量压差变送器的平衡阀打开。

3、启动离心泵,打开阀门10 至全开。稍停片刻,待流体赶净管路内的气泡后关闭平衡阀。打开压力表及真空表的调节阀。

4、测取数据顺序可任选。切记流量从最大至流量为零应均匀取点15?20组数据。

5、数据测量完毕,关闭压力表,真空表并把平衡阀打开。

五、使用实验设备应注意的事项

1 、启动离心泵之前, 一定要检查各处阀门。

2、流体在管路输送中不应有气存在。

3、测量数据将流量传感器的平衡阀一定处于关闭状态,否则影响测量数据值。

4、离心泵不要长时间空转。

1 、对现有实验条件,泵的特性曲线能否改变?

2、管路排水口安装在水面之上和浸在水中对实验值有何影响?

3、由实验得知,泵的流量越大,泵进口处真空度越大,为什么?

实验三

传热系数测定实验

一、实验目的

1、 通过实验掌握传热膜系数a 的测定方法,并分析影响a 的因素;

2、 掌握确定传热膜系数准数关联式中的系数

C 和指数m 、n 的方法;

3、 通过实验提高对a 关联式的理解,了解工程上强化传热的措施;

二、基本原理

对流传热的核心问题是求算传热膜系数a, 当流体无相变化时对流传热准数关联式一般

形式为:

Nu = C Re m

Pr n

Gr p

对强制湍流,Gr 准数可以忽略。

Nu = C Re m Pr n

本实验中,可用图解法和最小二乘法两种方法计算准数关联式中的指数

m 、n 和系数C 。

用图解法对多变量方程进行关联时, 要对不同变量Re 和Pr 分别回归。为了便于掌握这 类方程的关联方法,可取 对数,得到直线方程:

n = 0.4 (实验中流体被加热)。这样就简化成单变量方程。两边取 lg

Pr 0-4 lg C mlgRe

在双对数坐标系中作图, 找出直线斜率,即为方程的指数 m 。在直线上任取一点的函数 值代入方程中得到系数 C ,即

Nu

Pr 0.4 Re m

用图解法,根据实验点确定直线位置,有一定的人为性。

而用最小二乘法回归,可以得到最佳关联结果。 应用计算机对多变量方程进行一次回归, 就能同时得到C 、m 、n 。

可以看出对方程的关联,首先要有

Nu 、Re 、Pr 的数据组。

雷诺准数 努塞尔特准数

普兰特准数

d —换热器内管内径(m )

a i —空气传热膜系数(W/m 2?C ) p —空气密度(kg/m 3)

入一空气的导热系数( W/m ?C)

C

p

—空气定压比热(J/kg ?C)

实验中改变空气的流量以改变准数

Re 之值。根据定性温度计算对应的

Pr 准数值。同时

由牛顿冷却定律,求出不同流速下的传热膜系数a 值。进而算得

Nu 准数值。

因为空气传热膜系数a 1远大于蒸汽传热膜系数a

2,所以传热管内的对流传热系数

a

1

Re

du

Nu

1d

Pr C p

约等于冷热流体间的总传热系数K。则有

牛顿冷却定律:Q = a i A △ t m

A —传热面积(m2)(内管内表面积)

△ t m —管内外流体的平均温差(C )

In

其中:

△ t i = T-t i , △ t 2= T-t 2

T —蒸汽侧的温度,可近似用传热管的外壁面平均温度

T w (C )表示

T w = 8.5+21.26 X E

E —热电偶测得的热电势 (mv ) C 传热量 Q 可由下式求得: Q= w _p (t 2-t i ) /3600 =V p _ p (t 2-t i ) /3600

w —空气质量流量(kg/h ) V —空气体积流量(m 3

/h ) t i ,t 2—空气进出口温度(C )

实验条件下的空气流量 V (m 3

/h )需按下式计算:

V t —空气入口温度下的体积流量(

m 3

/h )

1

t —空气进出口平均温度(C )

△ P —孔板两端压差(KPa )

11 —进口温度下的空气密度(kg/m 3

强化传热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,以减小换热器的 体积和重量;提高现有换热器的换热能力; 使换热器能在较低温差下工作; 并且能够减少换

热器的阻力以减少换热器的动力消耗,更有效的利用能源和资金。强化换热的方法有多种, 本实验

装置是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。 在近壁区域,流体一面

由于螺旋线圈的作用而发生旋转, 一面还周期性地受到线圈的螺旋金属丝的扰动,

因而可以

使传热强化。

强化传热时,Nu o = B Re m

,其中B 、m 的值因螺旋丝尺寸不同而不同。同样可用线性回 归方法确

定B 和m 的值。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 比的概念作为评判准则,即强化管的努塞尔特准数

Nu 。与普通管的努塞尔特准数 Nu 的比。

显然,强化比Nu o / Nu > 1,而且它的值越大,强化效果越好。

三、实验装置简要说明

本实验采用列管式换热器,热空气走管程,冷水走壳程。 ⑴传热管参数传热面积0.4m 2

⑵不锈钢孔板流量计的孔径比

m = 17mm / 44mm ~ 0.39

⑶空气进、出口测量段的温度 t i 、t 2采用电阻温度计测量,在显示仪表上直接读数。换 热管的外壁面平均温度 T w 采用铜一康铜热电偶测量,在数字式毫伏计上显示数值

E 。

⑷空气用电加热器加热出口温度控制在

160 C 。

t i

V V t 1

273 t 273 t 1

其中V-可按下式计算

V t i

21 .6

四、实验方法及步骤

1、实验前的准备,检查工作。

⑴ 打开冷水开关调制一定流量。

⑵检查空气流量旁路调节阀是否全开。

⑶检查普通管支路各控制阀是否已打开。

⑷ 接通电源总闸,启动电加热器开关,开始加热。

2、实验开始。

⑴提前启动鼓风机,约加热十分钟后,保证实验开始时空气入口温度T i (C)比较稳定。

⑵调节空气流量旁路阀的开度,使流量计读数为所需的空气流量值

⑶稳定5?8分钟左右读取t i,t2,T i T2值以及流体流量。

(注意:第一个数据点必须稳定足够的时间)

⑷重复⑵与⑶共做5?6 个空气流量值。

⑸最小最大流量值一定要做。

⑹整个实验过程中,加热电压可以保持不变,也可随空气流量的变化做适当的调节。

⑺测定5?6 组实验数据。

4、实验结束。

⑴ 关闭加热开关。

⑵ 过5 分钟后关闭鼓风机,并将旁路阀全开。

⑶ 切断总电源。

五、实验注意事项

1、实验装置仪表柜上的拉门学生不得随便打开,以防触电。

2、注意要先开鼓风机再开加热器,关闭时先关加热器后关鼓风机电源。

3、注意不要接触加热管以免烫伤。

一、 实验目的

1、了解筛板式精馏塔的结构

2、熟悉筛板式精馏塔的操作方法

3、测定全回流的总塔板效率

二、 基本原理

1、精馏操作是分离工程中最基本最重要的单元之一。在板式精馏

塔中,混合液在塔板上传质、传热,气相逐板上升,液相逐板下降,层层接触,多次部分气 化,部分冷凝,在塔顶得到较纯的轻组分,塔釜得到较纯的重组分,从而实现分离,实验物 料是乙醇一水系统。

精馏塔塔板数的计算利用图解的方法最简便,对于二元物系,若已知其气液平衡数据, 则根据流出液的组成 X D ,料液组成X F ,残液组成X W 及回流比R ,很容易求出理论板数 N T 。 本实验采用

全回流状态下,通过测定塔顶,塔釜组成,确定出理论塔板数,计算出全

N P

塔效率:

式中:n —全塔效率

N T —理论塔板数(块) N P —实际塔板数(块)

N P =7

三、实验简要说明装置

实验装置了为一小型筛板塔, 共有七层筛板,板上开有2毫米筛孔8个,塔径D o =5Omm , 板间距L=100mm,堰高h=10mm,塔体部分上中下各装有一玻璃段, 用以观察塔板上气泡接触 情况和回流情况。塔底有一加热釜,装有液位计、测压接管、加料接管和釜液取样口,塔顶 有一蛇管式冷凝器,冷却水走管内,蒸汽在管外冷凝,冷凝液可由塔顶全部回流,也可以由 塔顶取样管将冷凝液 (馏出液)全部放出。另外,加热釜装有2KW 电炉丝,用TDGC —1/0.5 型调压器控制点加热量,亦即塔内上升蒸汽量。塔顶和釜底的温度用铂电阻温度指示仪记录。

四、实验方法及注意事项

1、 首先熟悉精馏塔设备的结构和流程,并了解各部分的作用,然后检查加热釜中料液 量是否适当,釜中液面必须浸没电加热器(约为液面计高 2/3左右),釜内料液组成以含酒 精15%?20% (质量分率)的水溶液为宜。

2、 接通总电源,打开仪表柜上的电源和加热开关,用调压器逐渐加大电压。电流大小 由安培表指示,正常操作可控制在 3?4安培。注意观察塔顶、塔釜的温度变化和第一块塔

板的情况,当见到有上升蒸汽时,打开冷却水,冷却水量可由转子流量计观察,大约 601/h

,

其用量能将全部酒精蒸汽冷却下来即可, 不必将水阀全部打开以造成浪费,

但也要注意勿因

冷却水过少而使蒸汽从塔顶喷出。

3、 当各层塔板上汽液鼓泡正常是, 操作稳定,塔顶、塔釜温度恒定不变15分钟后取样。 由塔

N T

100%

顶取样管和塔底取样口用锥型瓶接取适量试样,取样前应先取少量式样冲洗锥型瓶一、

二次。取样后用塞子将锥型瓶塞严,并使其冷却到20?30 C之间。因为比重天平测锤上的温度计最大刻度为30C,而取出样品温度一般为70?90 C,为了防止损坏测锤,所以要降

温;另外酒精组分与比重对照表上只有20?30之间的曲线,所以温度又不可降到20C以下。注意,一定要夹紧取样管,接净液滴后再拿开取样瓶,避免滴在塔釜上。

4、用比重天平测出比重。将取好的样到入特制量筒中,装满为宜。然后根据液体比重

天平测定比重的方法,分别测出塔顶、塔底试样的比重。并由酒精组分比重对照表查得酒精重量百分比浓度。测完的样品分别倒回原锥型瓶中。

5、加大电流至4安培以上可以见到液泛现象。此时塔内压力明显增大。观察后,将电流减小

到0。

6、关掉电源,一切恢复原来状态,待塔内没有回流时将冷却水关闭。

实验五

填料塔吸收实验

一、 实验目的

1、 了解加压常压填料塔吸收装置的基本结构及流程;

2、 掌握总体积传质系数的测定方法;

3、 测定填料塔的流体力学性能;

4、 了解气体空塔速度和液体喷淋密度对总体积传质系数的影响;

二、 基本原理

气体吸收是典型的传质过程之一。由于

CO 气体无味、无毒、廉价,所以气体吸收实验

选择CO 作为溶质组分是最为适宜的。本实验采用水吸收空气中的

CO 组分。一般将配置的

原料气中的CO 浓度控制在10%^内,所以吸收的计算方法可按低浓度来处理。

又CQ 在水中

的溶解度很小,所以此体系 CQ 气体的吸收过程属于液膜控制过程。因此,本实验主要测定

a 和 H OLO 1、计算公式

填料层高度Z 为

Z

I x i

dx Z dZ — 一 H OL N OL

( 1- 1)

K xa X 2

X X

式中: L -------- 液体通过塔截面的摩尔流量, kmol / (m 2

? s);

K

? s); H OL ------- 传质单元高度,m; N OL ------- 传质单元数,无因次。

令:吸收因数A=L/mG

(1- 2)

1

y 1 mx 2

N

OL

戸哪

1 A

)r^ A]

2、测定方法

(1) 空气流量和水流量的测定

本实验采用转子流量计测得空气和水的流量, 并根据实验条件(温度和压力)和有关公

式换算成空气和水的摩尔流量。

(2) 测定塔顶和塔底气相组成 y 1和y 2 ; (3) 平衡关系。 本实验的平衡关系可写成

y = mx

(1 — 4)

式中:m ------ 相平衡常数, m=E/P;

E ----- 亨利系数,E = f(t) , Pa,根据液相温度测定值由附录查得; P ----- 总压,Pa ,取压力表指示值。

对清水而言,x 2=0,由全塔物料衡算

三、实验装置与流程

1、装置流程

(1 — 3)

G(y 1 y 2) L(X 1 x ?) 可得X 1 O

本实验装置流程如图1 —1所示:水经转子流量计后送入填料塔塔顶再经喷淋头喷淋在

填料顶层。由风机输送来的空气和由钢瓶输送来的二氧化碳气体混合后,一起进入气体混合

稳压罐,然后经转子流量计计量后进入塔底,与水在塔内进行逆流接触,进行质量交换,由塔顶出来的尾气放空,由于本实验为低浓度气体的吸收,所以热量交换可略,整个实验过程

可看成是等温吸收过程。

2、主要设备

(1)吸收塔:高效填料塔,塔径100mm塔内装有金属丝网板波纹规整填料,填料层总高度1800mm塔顶有液体初始分布器,塔中部有液体再分布器,塔底部有栅板式填料支承装置。填料塔底部有液封装置,以避免气体泄漏。

(2)填料规格和特性:

金属丝网板波纹填料:型号JW—700Y,填料尺寸为$ 100X 50mm比表面积700nf/m3。

(3)转子流量计:

3

(4)旋涡气泵:XGB-11型,风量0?90m/h,风压14kPa;

(5)二氧化碳钢瓶;

(6)气相色谱仪

(7)色谱工作站:上海天美

四、实验步骤与注意事项

1、填料塔的流体力学性能测定

1 )实验步骤

(1)熟悉实验流程;

(2)装置上电,仪表电源上电,打开风机电源开关;

)测定干塔填料塔的压降,即在进水阀1关闭时,打开进气阀2并调节流量从2、4、6、8、10 m/h、……至最大,分别读取对应流量下的压降值,注意塔底液位调节阀6要关闭,否气体会走短路,尾气放空阀4全开;

(4)测定一定喷淋量时填料塔的压降,即打开进水阀,设定一定的水流量值,如200、400、600、8001/h时,在对应的某水流量下,调节气体的流量,从2、4、6、8、10n f/h、……至最大 (液泛),分别读取对应流量下的压降值,注意塔底液位调节阀6要调节液封高度,以免气体走短路,尾气放空阀4全开。

2)注意事项

(1)固定好操作点后,应随时注意微调水、空气流量调节阀以保持各量不变。

2、填料塔的吸收传质性能测定

1 )实验步骤

(1)熟悉实验流程和弄清气相色谱仪及其配套仪器结构、原理、使用方法及其注意事项;

(2)同上步骤(2);

)开启进水总阀,使水的流量达到4001/h左右。让水进入填料塔润湿填料。

(4)塔底液封控制:仔细调节阀门6的开度,使塔底液位缓慢地在一段区间内变化,以

免塔底液封过高溢满或过低而泄气。

(5)打开CO2 钢瓶总阀,并缓慢调节钢瓶的减压阀(注意减压阀的开关方向与普通阀门的开关方向相反,顺时针为开,逆时针为关) ,使其压力稳定在0.2Mpa 左右;

(6)仔细调节空气流量阀2至4用巾,并调节阀3来调节转子流量计的流量,使CQ流量稳定在120l/h ;

( 7)仔细调节尾气放空阀4 的开度,直至塔中压力稳定在实验值;

( 8)待塔稳定后,读取各流量计的读数及通过温度数显表、压力表读取各温度、压力,通过六通阀在线进样,利用气相色谱仪分析出塔顶、塔底气相组成;

( 9)增大水流量值至600l/h 、800l/h ,重复步骤( 6) (7) (8),测定水流量增大对传质的影响。

(10)实验完毕,关闭C◎钢瓶总阀,再关闭风机电源开关、关闭仪表电源开关,清理实验仪器和实验场地。

2 )注意事项

( 1)固定好操作点后,应随时注意微调各流量调节阀以保持各量不变。

( 2)在填料塔操作条件改变后,需要有一段的稳定时间,一定要等到稳定以后方能读取有关数据。

( 3)吸收取样时尾气放空阀4 不能全开,否则尾气取样可能失败。

( 4)六通阀阀杆要么置于取样要么置于放空,不能置于中间,否则会导致色谱钨丝烧坏的严重事故。

五、注意事项

( 1 )首先开启冷水开关。

( 2)检查二氧化碳系统是否漏气。

演示实验一

柏努利方程实验

一、实验目的

1、 通过实测静止和流动的流体中各项压头及其相互转换,验证流体静力学原理和柏努 力方

程。

2、 通过实测流速的变化和与之相应的压头损失的变化,确定两者之间的关系。

二、基本原理

流动的流体具有三种机械能:位能、动能和静压能,这三种能量可以互相转换。在没有 摩擦损失且不输入外功的情况下,流体在稳定流动中流过的各截面上的机械能总和是相等 的。在有摩擦而没有外功输入时,任意两截面间机械能的差即为摩擦损失。

机械能可用测压管中液柱的高度来表示。

Z i ,Z 2—两测试点距基准面的高度。 U-I , u 2 —两点的流速

h f —两点的阻力损失

水温可认为不变。对于水平测试管,

Z i =Z 2,则

2 2

U i p i U 2 p 2

2 2

h f

若 U i =U 2,贝y P 2

在不考虑阻力损失的情况下,即》 h f =0时,若U 1M U 2 , p i

在静止状态下,即 U i = U 2= 0时,p i = p 2。

三、 实验装置及仪器

装置:一个液面高度保持不变的水箱, 与管径不均匀的玻璃实验管连接, 实验管上取有

不同的测试点由胶管连接。水的流量由出口阀门调节,出口阀关闭时流体静止。

仪器:(I )水箱

(3)温度计 0~50C (2)玻璃实验管(长 IOOcm )

(4)连通式压差计

四、 实验步骤

1、 给水箱注水,且保持一定的液面高度。

2、 打开出口阀,打开连通式压差计上的排气夹,排除系统内空气。

3、 关闭出口阀,使系统内的流体静止,观察连通式压差计各测压管中的液面高度及 水箱中

的液面高度。

4、 打开出口阀,从小到大调节流量,观察连通式压差计各测压管中的液面变化。

5、 关闭出口阀,恢复静止状态。

五、 实验注意事项

必须将测试管中存在的气体排净。

取任意两测试点,列出能量衡算式:

U : P i 乙g y

Z 2g

2

U 2 2

P 2

h f

演示实验二雷诺实验

一、实验目的

1、建立对层流(湍流)和湍流两种流动类型的直观感性认识。

2、观测雷诺数与流体流动类型的相互关系。

3、观察层流中流体质点的速度分布。

二、基本原理

流体的流动类型与雷诺数的关系。雷诺(Rey no Ids)用实验方法研究流体流动时,发现影响流动类型的因素除流速外,还有管径(或当量管径)d,流体的密度p及粘度□,由此

四个物理量组成的无因次数群Re的值是判定流体流动类型的一个标准。

Re<2000~2300 时为层流,Re>4000 时为湍流,2000

从雷诺数的定义式Re = du p /卩来看对同一个仪器d为定值,故u仅为流量的函数。对于流体水来说,p、卩几乎仅为流量的函数。

因此确定了温度及流量,即可由仪器铭牌上的图查取雷诺数。

雷诺实验要求减少外界干扰,严格要求时应在有避免震动设施的房间内进行。如果条件不具备,演示实验也可以在一般房间内进行。因为外界干扰及管子粗细不均匀等原因,层流的雷诺数上界达不到2300,只能达到1600 左右。

层流时红墨水成一线流下,不与水相混。

湍流时红墨水与水混旋,分不出界限。

三、实验装置及仪器

装置:液面保持一定高度的水箱与玻璃测试管相连,水箱上放有颜色水瓶,测试管上安

有带针头的胶塞,用出口阀调节流量,用转自流量计测定流量。

仪器:1、水箱

2、玻璃实验管(管径不变),d=20mm L=90cm

3、颜色水瓶(KMnO 4 水溶液)

4、转子流量计

5、针头9#

6、温度计0~50C。

四、实验步骤

1、检查针头是否堵塞,颜色水是否沉淀。

2、向水箱内注水。

3、打开出口阀,排除实验管中的气体。

4、开启上水阀,使高位槽充水至产生溢流时关闭(若条件许可,此步骤可在实验前数

小时进行,以使高位槽中的水经过静置,消除旋流,提高实验的准确度)。

5、开颜色水阀,使颜色水由针头注入玻璃试验管。

6、逐步开打排水阀,观察不同雷诺数时的流动状况,并把现象记入表中。

7、继续开大排水阀,直至红墨水与水相混旋,测取此时流量并求出相应的雷诺数记入

表中。

8、观察层流时流体质点的速度分布。层流时,由于流体与管壁间的摩擦力及流体内摩擦力的作用,管中心处流体质点速度最大,愈靠近管壁速度愈小。因此,静止时处于同一横截面的流体质点,开始层流流动后,由于速度不同,组成了旋转抛物面(即由抛物线绕其对称轴旋转形成的曲面)。下面的演示可使学生直观地看到曲面的形成。先打开红墨水阀门,使红墨水扩散为团状。在稍稍开启排水阀,使红墨水缓慢随水运动,则可观察到红墨水团前端的界限,形成了旋转抛物面。

五、实验注意事项

1、要防止针头脱落,安装时要与接口旋紧。

2、防止胶塞从测试管上脱落,应用手压住,以免渐出颜色液体。

化工原理实验

流量计的种类很多,本实验是研究差压式(速度式)流量计的校正,这类差压式流量计是用测定流体的压差来确定流体流量(或流速)常用的有孔板流量计、文丘里流量计和毕托管等。实验装置用孔板流量计如同2。a)所示,是在管道法兰向装有一中心开孔的不诱钢板。 孔板流量计的缺点是阻力损失大,流体流过孔板流量计,由于流体与孔板有摩擦,流道突然收缩和扩大,形成涡流产生阻力,使部分压力损失,因此流体流过流量计后压力不能完全恢复,这种损失称为永久压力损失(局部阻力损失)。流量计的永久压力损失可以用实验方法测出。如下图所示,实验中测定3、4两个截面的压力差,即为永久压力损失。对孔板流量计,测定孔板前为d1的地方和孔板后6d1的地方两个截面压差 工厂生产的流量计大都是按标准规范生产的。出厂时一般都在标准技术状况下(101325Pa,20℃)以水或空气为介质进行标定,给出流量曲线或按规定的流量计算公式给出指定的流量系数,然而在使用时,往往由于所处温度、压强、介质的性质同标定时不同,因此为了测定准确和使用方便,应在现场进行流量计的校正。即使已校正过的流量计,由于在长时间使用中被磨损较大时,也需要再一次校正。 量体法和称重法都是以通过一定时间间隔内排出的流体体积或质量的测量来实现的 《化工原理实验指导》李发永 流量计原理 工厂生产的流量计,大都是按标准规范制造的。流量计出厂前要经过校核,并作出流量曲线,或按规定的流量计算公式给出指定的流量系数,或将流量系数直接刻在显示仪表刻度盘上供用户使用。 如果用户丢失原厂的流量曲线图;或者流量计经长期使用,由于磨损造成较大的计量误差;或者用户自行制造非标准形式的流量计;或者被测量流体与标定的流体成分或状态不同,则必须对流量计进行校核(或称为标定)。也就是用实验的方法测定流量计的指示值与实际流量的关系,作出流量曲线或确定流量的计算公式。因此,流量计的校核在生产、科研中都具有很重要的实际意义。 Φ16×2.5 Ф:是表示外径 DN:公称直径(近似内径) “Φ”标识普通圆钢管的直径,或管材的外径乘以壁厚,如:Φ25×3标识外径25mm,壁厚为3mm的管材; 以孔板流量计为例进行说明,文丘里流量计的原理与此完全一样,只是流量系数不同。

化工原理实验报告

化工原理实验报告 Prepared on 22 November 2020

实验一 伯努利实验 一、实验目的 1、熟悉流体流动中各种能量和压头的概念及相互转化关系,加深对柏努利方程式的理解。 2、观察各项能量(或压头)随流速的变化规律。 二、实验原理 1、不可压缩流体在管内作稳定流动时,由于管路条件(如位置高低、管径大小等)的变化,会引起流动过程中三种机械能——位能、动能、静压能的相应改变及相互转换。对理想流体,在系统内任一截面处,虽然三种能量不一定相等,但能量之和是守恒的(机械能守恒定律)。 2、对于实际流体,由于存在内磨擦,流体在流动中总有一部分机械能随磨擦和碰撞转化为热能而损失。故而对于实际流体,任意两截面上机械能总和并不相等,两者的差值即为机械损失。 3、以上几种机械能均可用U 型压差计中的液位差来表示,分别称为位压头、动压头、静压头。当测压直管中的小孔(即测压孔)与水流方向垂直时,测压管内液柱高度(位压头)则为静压头与动压头之和。任意两截面间位压头、静压头、动压头总和的差值,则为损失压头。 4、柏努利方程式 式中: 1Z 、2Z ——各截面间距基准面的距离 (m ) 1u 、2u ——各截面中心点处的平均速度(可通过流量与其截面积求得) (m/s)

1P 、2p ——各截面中心点处的静压力(可由U 型压差计的液位差可 知) (Pa ) 对于没有能量损失且无外加功的理想流体,上式可简化为 ρ ρ2 222121122p u gz p u gz + +=++ 测出通过管路的流量,即可计算出截面平均流速ν及动压g 22 ν,从而可得到各截面测管水头和总水头。 三、实验流程图 泵额定流量为10L/min,扬程为8m,输入功率为80W. 实验管:内径15mm 。 四、实验操作步骤与注意事项 1、熟悉实验设备,分清各测压管与各测压点,毕托管测点的对应关系。 2、打开开关供水,使水箱充水,待水箱溢流后,检查泄水阀关闭时所有测压管水面是否齐平,若不平则进行排气调平(开关几次)。 3、打开阀5,观察测压管水头和总水头的变化趋势及位置水头、压强水头之间的相互关系,观察当流量增加或减少时测压管水头的变化情况。 4、将流量控制阀开到一定大小,观察并记录各测压点平行与垂直流体流动方向的液位差△h 1…△h 4。要注意其变化情况。继续开大流量调节阀,测压孔正对水流方向,观察并记录各测压管中液位差△h 1…△h 4。 5、实验完毕停泵,将原始数据整理。 实验二 离心泵性能曲线测定 一、实验目的 1. 了解离心泵的构造和操作方法 2. 学习和掌握离心泵特性曲线的测定方法

化工原理实验报告

实验一 伯努利实验 一、实验目的 1、熟悉流体流动中各种能量和压头的概念及相互转化关系,加深对柏努利方程式的理解。 2、观察各项能量(或压头)随流速的变化规律。 二、实验原理 1、不可压缩流体在管内作稳定流动时,由于管路条件(如位置高低、管径大小等)的变化,会引起流动过程中三种机械能——位能、动能、静压能的相应改变及相互转换。对理想流体,在系统内任一截面处,虽然三种能量不一定相等,但能量之和是守恒的(机械能守恒定律)。 2、对于实际流体,由于存在内磨擦,流体在流动中总有一部分机械能随磨擦和碰撞转化为热能而损失。故而对于实际流体,任意两截面上机械能总和并不相等,两者的差值即为机械损失。 3、以上几种机械能均可用U 型压差计中的液位差来表示,分别称为位压头、动压头、静压头。当测压直管中的小孔(即测压孔)与水流方向垂直时,测压管内液柱高度(位压头)则为静压头与动压头之和。任意两截面间位压头、静压头、动压头总和的差值,则为损失压头。 4、柏努利方程式 ∑+++=+++f h p u gz We p u gz ρ ρ2222121122 式中: 1Z 、2Z ——各截面间距基准面的距离 (m ) 1u 、2u ——各截面中心点处的平均速度(可通过流量与其截面 积求得) (m/s) 1P 、2p ——各截面中心点处的静压力(可由U 型压差计的液位 差可知) (Pa ) 对于没有能量损失且无外加功的理想流体,上式可简化为 ρ ρ2 2 22121122p u gz p u gz + +=++ 测出通过管路的流量,即可计算出截面平均流速ν及动压g 22 ν,从而可得到各截面测管水头和总水头。 三、实验流程图

化工原理实验指导

化工2004/02 化工原理实验 福州大学化工原理实验室 二〇〇四年二月

前言 实施科教兴国战略和可持续发展战略,迎接知识经济时代的到来,建设面向知识经济时代的国家创新体系,要求造就一支庞大的高素质的创造性人才队伍。因此,作为高级人才的培养基地,高等院校应当把创造力的教育和培养贯穿于各门课程教学及实践性教学环节中。实践性教学环节相对于课堂理论教学环节,更能贯穿对学生创造力的开发,其教学内容、方法、手段如何能适应创造性人才的培养要求尤为重要。传统的大学实验教学,其内容是以验证前人知识为主的验证型实验,其方法是教师手把手地教,这些都不利于培养学生的主动性和创造性。当今,大学实验教学改革中,普遍开设综合型、设计型、研究型实验,是对学生进行创造教育的重要思路和做法。在“211工程”重点建设的大学必须通过的本科教学评优工作指标中就明确要求综合型、设计型、研究型实验应占70%以上。 《化工原理实验》是一门技术基础实验课,在培养化工类及相关专业的高级人才中起举足轻重的作用,被学校确定为我校参加本科教学评优工作重点建设的基础课程之一。福州大学投入247万元用于建设以“三型”实验为主的现代化的具有国内先进水平的化工原理实验室。目前,第一期投入100万元的化工原理实验室建设工作已经完成,第二期投入147万元的建设工作正在进行中。已建成具有国内先进水平的实验装置18套,其中有6套是我校与北京化工大学、天津大学共同联合研制的,有2套是我们自行研制的。这些装置将化工知识与计算机技术紧密地结合起来,同时还融合了化学、电工电子、数学、物理及机械等多学科的知识,具有计算机数据采集、处理和控制等功能,能够针对不同专业的要求开出不同类型的“三型”实验。有了这些高新技术装备的实验装置,我们还必须花大力气进行化工原理实验内容、方法的改革,必须以当代教育思想、教育方法论及教育心理学为指导,研究以学生自主学习为主的启发式、交互式、研讨式、动手式的实验教学方法,从实验方案拟定、实验步骤设计、实验流程装配、实验现象观察、实验数据处理和实验结果讨论等方面有效地培养学生的创造性思维和实践动手能力。《化工原理实验讲义》就是为了适应化工原理实验教学内容、方法、手段的改革要求而编写的。 《化工原理实验讲义》由施小芳高级实验师执笔主编,李微高级实验师、林述英实验师参与编写工作,阮奇教授主审。叶长燊等老师参加了编写讲义的讨论,并提出许多宝贵意见。在此,对本讲义在编写过程中给予热心帮助和支持的老师,表示衷心的感谢。 本讲义在编写过程中,参阅了有关书籍、杂志、兄弟院校的讲义等大量资料,由于篇幅所限,未能一一列举,谨此说明。本讲义难免存在不妥之处,衷心地希望读者给予指教,使本讲义日臻完善。 福州大学化工原理实验室 2004.2.5

化工原理精馏实验报告

北 京 化 工 大 学 实 验 报 告 课程名称: 化工原理实验 实验日期: 2011.04.24 班 级: 化工0801 姓 名: 王晓 同 组 人:丁大鹏,王平,王海玮 装置型号: 精馏实验 一、摘要 精馏是实现液相混合物液液分离的重要方法,而精馏塔是化工生产中进行分离过程的主要单元,板式精馏塔为其主要形式。本实验用工程模拟的方法模拟精馏塔在全回流的状态下及部分回流状态下的操作情况,从而计算单板效率和总板效率,并分析影响单板效率的主要因素,最终得以提高塔板效率。 关键词:精馏、板式塔、理论板数、总板效率、单板效率 二、实验目的 1、熟悉精馏的工艺流程,掌握精馏实验的操作方法。 2、了解板式塔的结构,观察塔板上气-液接触状况。 3、测测定全回流时的全塔效率及单板效率。 4、测定部分回流时的全塔效率。 5、测定全塔的浓度或温度分布。 6、测定塔釜再沸器的沸腾给热系数。 三、实验原理 在板式精馏塔中,由塔釜产生的蒸汽沿塔逐板上升与来自塔顶逐板下降的回流液,在塔板上实现多次接触,进行传热和传质,使混合液达到一定程度的分离。 回流是精馏操作得以实现的基础。塔顶的回流量和采出量之比,称为回流比。回流比是精馏操作的重要参数之一,其大小影响着精馏操作的分离效果和能耗。 回流比存在两种极限情况:最小回流比和全回流。若塔在最小回流比下操作,要完成分离任务,则需要有无穷多块塔板的精馏塔。当然,这不符合工业实际,所以最小回流比只是一个操作限度。若操作处于全回流时,既无任何产品采出,也无原料加入,塔顶的冷凝液全部返回塔中,这在生产中无实验意义。但是,由于此时所需理论板数最少,又易于达到稳定,故常在工业装置开停车、排除故障及科学研究时采用。 实际回流比常取用最小回流比的1.2-2.0倍。在精馏操作中,若回流系统出现故障,操作情况会急剧恶化,分离效果也将变坏。 板效率是体现塔板性能及操作状况的主要参数,有以下两种定义方法。 (1)总板效率E e N E N 式中 E —总板效率; N —理论板数(不包括塔釜); Ne —实际板数。

化工原理实验讲义全

化工原理实验 讲义 专业:环境工程 应用化学教研室 2015.3

实验一 流体机械能转化实验 一、实验目的 1、了解流体在管流动情况下,静压能、动能、位能之间相互转化关系,加深对伯努利方程的理解。 2、了解流体在管流动时,流体阻力的表现形式。 二、实验原理 流动的流体具有位能、动能、静压能、它们可以相互转换。对于实际流体, 因为存在摩擦,流动过程中总有一部分机械能因摩擦和碰撞,而被损失掉。所以对于实际流体任意两截面,根据能量守恒有: 2211221222f p v p v z z H g g g g ρρ++=+++ 上式称为伯努利方程。 三、实验装置(d A =14mm ,d B =28mm ,d C =d D =14mm ,Z A -Z D =110mm ) 实验装置与流程示意图如图1-1所示,实验测试导管的结构见图1-2所示: 图1-1 能量转换流程示意图

图1-2实验导管结构图 四、操作步骤 1.在低位槽中加入约3/4体积的蒸馏水,关闭离心泵出口上水阀及实验测试 导管出口流量调节阀和排气阀、排水阀,打开回水阀后启动离心泵。 2.将实验管路的流量调节阀全开,逐步开大离心泵出口上水阀至高位槽溢流 管有液体溢流。 3.流体稳定后读取并记录各点数据。 4.关小流量调节阀重复上述步骤5次。 5.关闭离心泵出口流量调节阀后,关闭离心泵,实验结束。 五、数据记录和处理 表一、转能实验数据表 流量(l/h) 压强mmH2O 压强 mmH2O 压强 mmH2O 压强 mmH2O 压强 mmH2O 压强 mmH2O 测试点标 号 1 2 3 4 5 6 7 8

化工原理实验传热实验报告

传热膜系数测定实验(第四组) 一、实验目的 1、了解套管换热器的结构和壁温的测量方法 2、了解影响给热系数的因素和强化传热的途径 3、体会计算机采集与控制软件对提高实验效率的作用 4、学会给热系数的实验测定和数据处理方法 二、实验内容 1、测定空气在圆管内作强制湍流时的给热系数α1 2、测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数α1’ 3、回归α1和α1’联式4.0Pr Re ??=a A Nu 中的参数A 、a * 4、测定两个条件下铜管内空气的能量损失 二、实验原理 间壁式传热过程是由热流体对固体壁面的对流传热,固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热三个传热过程所组成。由于过程复杂,影响因素多,机理不清楚,所以采用量纲分析法来确定给热系数。 1)寻找影响因素 物性:ρ,μ ,λ,c p 设备特征尺寸:l 操作:u ,βg ΔT 则:α=f (ρ,μ,λ,c p ,l ,u ,βg ΔT ) 2)量纲分析 ρ[ML -3],μ[ML -1 T -1],λ[ML T -3 Q -1],c p [L 2 T -2 Q -1],l [L] ,u [LT -1], βg ΔT [L T -2], α[MT -3 Q -1]] 3)选基本变量(独立,含M ,L ,T ,Q-热力学温度) ρ,l ,μ, λ 4)无量纲化非基本变量 α:Nu =αl/λ u: Re =ρlu/μ c p : Pr =c p μ/λ βg ΔT : Gr =βg ΔT l 3ρ2/μ2 5)原函数无量纲化 6)实验 Nu =ARe a Pr b Gr c 强制对流圆管内表面加热:Nu =ARe a Pr 0.4 圆管传热基本方程: 热量衡算方程: 圆管传热牛顿冷却定律: 圆筒壁传导热流量:)] /()ln[)()()/ln(11221122121 2w w w w w w w w t T t T t T t T A A A A Q -----?-?=δλ 空气流量由孔板流量测量:54.02.26P q v ??= [m 3h -1,kPa] 空气的定性温度:t=(t 1+t 2)/2 [℃]

化工原理实验思考题答案

实验1单项流动阻力测定 (1)启动离心泵前,为什么必须关闭泵的出口阀门? 答: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)作离心泵特性曲线测定时,先要把泵体灌满水以防止气缚现象发生,而阻力实验对泵灌水却无要求,为什么? 答:阻力实验水箱中的水位远高于离心泵,由于静压强较大使水泵泵体始终充满水,所以不需要灌水。 (3)流量为零时,U形管两支管液位水平吗?为什么? 答:水平,当u=0时柏努利方程就变成流体静力学基本方程: Z l P l ? :?g =Z2 P2;g,当P l = P2 时,Z I = Z2 (4 )怎样排除管路系统中的空气?如何检验系统内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。 (5)为什么本实验数据须在双对数坐标纸上标绘? 答:因为对数可以把乘、除变成加、减,用对数坐标既可以把大数变成小数,又可以把小数扩大取值范围,使坐标点更为集中清晰,作出来的图一目了然。 (6)你在本实验中掌握了哪些测试流量、压强的方法?它们各有什么特点? 答:测流量用转子流量计、测压强用U形管压差计,差压变送器。转子流量计,随流量的大小,转子可以上、下浮动。U形管压差计结构简单,使用方便、经济。差压变送器,将压差转换 成直流电流,直流电流由毫安表读得,再由已知的压差~电流回归式算出相应的压差,可测 大流量下的压强差。 (7 )读转子流量计时应注意什么?为什么? 答:读时,眼睛平视转子最大端面处的流量刻度。如果仰视或俯视,则刻度不准,流量就全有误^^。 (8)两个转子能同时开启吗?为什么? 答:不能同时开启。因为大流量会把U形管压差计中的指示液冲走。 (9 )开启阀门要逆时针旋转、关闭阀门要顺时针旋转,为什么工厂操作会形成这种习惯?答:顺时针旋转方便顺手,工厂遇到紧急情况时,要在最短的时间,迅速关闭阀门,久而久之就形成习惯。当然阀门制造商也满足客户的要求,阀门制做成顺关逆开。 (10)使用直流数字电压表时应注意些什么? 答:使用前先通电预热15分钟,另外,调好零点(旧设备),新设备,不需要调零点。如果有波动,取平均值。 (11)假设将本实验中的工作介质水换为理想流体,各测压点的压强有何变化?为什么?答:压强相等,理想流体u=0,磨擦阻力F=0,没有能量消耗,当然不存在压强差。 Z j +P/? +uj/2g =Z2 +u;/2g , T d1=d2 二U1=U2 又T Z1=Z2 (水平管)P1 = P2 (12)离心泵送液能力,为什么可以通过出口阀调节改变?往复泵的送液能力是否也可采用同样的调节方法?为什么? 答:离心泵送液能力可以通过调节出口阀开度来改变管路特性曲线,从而使工作点改变。往复泵是正往移泵 流量与扬程无关。若把出口堵死,泵内压强会急剧升高,造成泵体,管路和电机的损 坏。 (13)本实验用水为工作介质做出的入一Re曲线,对其它流体能否使用?为什么?

化工原理实验资料

实验一干燥实验 一、实验目的 1.了解洞道式循环干燥器的基本流程、工作原理和操作技术。 2.掌握恒定条件下物料干燥速率曲线的测定方法。 3.测定湿物料的临界含水量X C,加深对其概念及影响因素的理解。 4.熟悉恒速阶段传质系数K H、物料与空气之间的对流传热系数的测定方法。 二、实验内容 1.在空气流量、温度不变的情况下,测定物料的干燥速率曲线和临界含水量,并了解其影响因 素。 2.测定恒速阶段物料与空气之间的对流传热系数「和传质系数K H。 三、基本原理 干燥操作是采用某种方式将热量传给湿物料,使湿物料中水分蒸发分离的操作。干燥操作同时伴有传热和传质,而且涉及到湿分以气态或液态的形式自物料内部向表面传质的 机理。由于物料含水性质和物料形状上的差异,水分传递速率的大小差别很大。概括起来说,影响传递速率的因素主要有:固体物料的种类、含水量、含水性质;固体物料层的厚度或颗粒的大小;热空气的温度、湿度和流速;热空气与固体物料间的相对运动方式。目前尚无法利用理论方法来计算干燥速率(除了绝对不吸水物质外),因此研究干燥速率大多采用实验的方法。 干燥实验的目的是用来测定干燥曲线和干燥速率曲线。为简化实验的影响因素,干燥实验是在恒定的干燥条件下进行的,即实验为间歇操作,采用大量空气干燥少量的物料,且空气进出干燥器时的状态如温度、湿度、气速以及空气与物料之间的流动方式均恒定不 变。 本实验以热空气为加热介质,甘蔗渣滤饼为被干燥物。测定单位时间内湿物料的质量变化,实验进行到物料质量基本恒定为止。物料的含水量常用相对与物料总量的水分含量, 即以湿物料为基准的水分含量,用?来表示。但因干燥时物料总量在变化,所以采用以干 基料为基准的含水量X表示更为方便。??与X的关系为: CO X (8—1)1 - ■ 式中:X —干基含水量kg水/kg绝干料; ■—湿基含水量kg水/kg湿物料。 物料的绝干质量G C是指在指定温度下物料放在恒温干燥箱中干燥到恒重时的质量。干燥曲线即物料的干基含水量X与干燥时间?的关系曲线,它说明物料在干燥过程中,干 基含水量随干燥时间变化的关系。物料的干燥曲线的具体形状因物料性质及干燥条件而变,但是曲线的一般形状,如图(8—1)所示,开始的一小段为持续时间很短、斜率较小的直线段AB段;随后为持续时间长、斜率较大的直线BC;段以后的一段为曲线

化工原理实验指导(1)

实验1 雷诺实验 一、实验目的 1、观察液体在不同流动状态时的流体质点的运动规律。 2、观察液体由层流变紊流及由紊流变层流的过渡过程。 3、测定液体在园管中流动时的上临界雷诺数Rec1和下临界雷诺数Rec2。 二、实验要求 1、实验前认真阅读实验教材,掌握与实验相关的基本理论知识。 2、熟练掌握实验内容、方法和步骤,按规定进行实验操作。 3、仔细观察实验现象,记录实验数据。 4、分析计算实验数据,提交实验报告。 三、实验仪器 1、雷诺实验装置(套), 2、蓝、红墨水各一瓶, 3、秒表、温度计各一只, 4、 卷尺。 四、实验原理 流体在管道中流动,有两种不同的流动状态,其阻力性质也不同。在实验过程中,保持水箱中的水位恒定,即水头H不变。如果管路中出口阀门开启较小,在管路中就有稳定的平均流速u,这时候如果微启带色水阀门,带色水就会和无色水在管路中沿轴线同步向前流动,带色水成一条带色直线,其流动质点没有垂直于主流方向的横向运动,带色水线没有与周围的液体混杂,层次分明的在管道中流动。此时,在速度较小而粘性较大和惯性力较小的情况下运动,为层流运动。如果将出口阀门逐渐开大,管路中的带色直线出现脉动,流体质点还没有出现相互交换的现象,流体的运动成临界状态。如果将出口阀门继续开大,出现流体质点的横向脉动,使色线完全扩散与无色水混合,此时流体的流动状态为紊流运动。

雷诺数:γ d u ?= Re 连续性方程:A ?u=Q u=Q/A 流量Q 用体积法测出,即在时间t 内流入计量水箱中流体的体积ΔV 。 t V Q ?= 4 2 d A ?=π 式中:A-管路的横截面积 u-流速 d-管路直径 γ-水的粘度 五、实验步骤 1、连接水管,将下水箱注满水。 2、连接电源,启动潜水泵向上水箱注水至水位恒定。 3、将蓝墨水注入带色水箱,微启水阀,观察带色水的流动从直线状态至脉动临界状态。 4、通过计量水箱,记录30秒内流体的体积,测试记录水温。 5、调整水阀至带色水直线消失,再微调水阀至带色水直线重新出现,重复步骤4。 6、层流到紊流;紊流到层流各重复实验三次。 六、数据记录与计算 d= mm T (水温)= 0C 七、实验分析与总结(可添加页) 1、描述层流向紊流转化以及紊流向层流转化的实验现象。 2、计算下临界雷诺数以及上临界雷诺数的平均值。

化工原理实验报告

化工原理实验报告

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实验一 伯努利实验 一、实验目的 1、熟悉流体流动中各种能量和压头的概念及相互转化关系,加深对柏努利方程式的理解。 2、观察各项能量(或压头)随流速的变化规律。 二、实验原理 1、不可压缩流体在管内作稳定流动时,由于管路条件(如位置高低、管径大小等)的变化,会引起流动过程中三种机械能——位能、动能、静压能的相应改变及相互转换。对理想流体,在系统内任一截面处,虽然三种能量不一定相等,但能量之和是守恒的(机械能守恒定律)。 2、对于实际流体,由于存在内磨擦,流体在流动中总有一部分机械能随磨擦和碰撞转化为热能而损失。故而对于实际流体,任意两截面上机械能总和并不相等,两者的差值即为机械损失。 3、以上几种机械能均可用U 型压差计中的液位差来表示,分别称为位压头、动压头、静压头。当测压直管中的小孔(即测压孔)与水流方向垂直时,测压管内液柱高度(位压头)则为静压头与动压头之和。任意两截面间位压头、静压头、动压头总和的差值,则为损失压头。 4、柏努利方程式 ∑+++=+++f h p u gz We p u gz ρ ρ2222121122 式中: 1Z 、2Z ——各截面间距基准面的距离 (m) 1u 、2u ——各截面中心点处的平均速度(可通过流量与其截 面积求得) (m/s) 1P 、2p ——各截面中心点处的静压力(可由U型压差计的液位 差可知) (Pa ) 对于没有能量损失且无外加功的理想流体,上式可简化为 ρ ρ2 2 22121122p u gz p u gz + +=++ 测出通过管路的流量,即可计算出截面平均流速ν及动压g 22 ν,从而可得到各截面测管水头和总水头。 三、实验流程图

化工原理实验指导书

化工原理实验指导书 目录

实验一流体流淌阻力的测定 (1) 实验二离心泵特性曲线的测定 (5) 实验三传热系数测定实验 (7) 实验四筛板式精馏塔的操作及塔板效率测定 (9) 实验五填料塔吸取实验 (12) 演示实验柏努利方程实验 (14) 雷诺实验 (16) 实验一流体流淌阻力的测定 一、实验目的

1、了解流体在管道内摩擦阻力的测定方法; 2、确定摩擦系数λ与雷诺数Re 的关系。 二、差不多原理 由于流体具有粘性,在管内流淌时必须克服内摩擦力。当流体呈湍流流淌时,质点间不断相互碰撞,引起质点间动量交换,从而产生了湍动阻力,消耗了流体能量。流体的粘性和流体的涡流产生了流体流淌的阻力。在被侧直管段的两取压口之间列出柏努力方程式,可得: ΔP f =ΔP L —两侧压点间直管长度(m) d —直管内径(m) λ—摩擦阻力系数 u —流体流速(m/s ) ΔP f —直管阻力引起的压降(N/m 2 ) μ—流体粘度(Pa.s ) ρ—流体密度(kg/m 3 ) 本实验在管壁粗糙度、管长、管径、一定的条件下用水做实验,改变水流量,测得一系列流量下的ΔP f 值,将已知尺寸和所测数据代入各式,分不求出λ和Re ,在双对数坐标纸上绘出λ~Re 曲线 。 三、实验装置简要讲明 水泵将储水糟中的水抽出,送入实验系统,第一经玻璃转子流量计测量流量,然后送入被测直管段测量流体流淌的阻力,经回流管流回储水槽,水循环使用。 被测直管段流体流淌阻力△P 可依照其数值大小分不采纳变压器或空气—水倒置U 型管来测量。 四、实验步骤: 1、向储水槽内注蒸馏水,直到水满为止。 2、大流量状态下的压差测量系统,应先接电预热10-15分钟,观擦数字外表的初始值并记录后方可启动泵做实验。 3、检查导压系统内有无气泡存在.当流量为0时打开B1、B2两阀门,若空气-水倒置U 型管内两液柱的高度差不为0,则讲明系统内有气泡存在,需要排净气泡方可测取数据。 排气方法:将流量调至较大,排除导压管内的气泡,直至排净为止。 4、测取数据的顺序可从大流量至小流量,反之也可,一样测15~20组数,建议当流量读数小于300L/h 时,用空气—水倒置U 型管测压差ΔP 。 5、待数据测量完毕,关闭流量调剂阀,切断电源。 五、使用实验设备应注意的事项: 2 2u d L P h f f ?=?= λ ρ 2 2u P L d f ??= ρλμ ρ du = Re

化工原理实验实验报告

篇一:化工原理实验报告吸收实验 姓名 专业月实验内容吸收实验指导教师 一、实验名称: 吸收实验 二、实验目的: 1.学习填料塔的操作; 2. 测定填料塔体积吸收系数kya. 三、实验原理: 对填料吸收塔的要求,既希望它的传质效率高,又希望它的压降低以省能耗。但两者往往是矛盾的,故面对一台吸收塔应摸索它的适宜操作条件。 (一)、空塔气速与填料层压降关系 气体通过填料层压降△p与填料特性及气、液流量大小等有关,常通过实验测定。 若以空塔气速uo[m/s]为横坐标,单位填料层压降?p[mmh20/m]为纵坐标,在z ?p~uo关系z双对数坐标纸上标绘如图2-2-7-1所示。当液体喷淋量l0=0时,可知 为一直线,其斜率约1.0—2,当喷淋量为l1时,?p~uo为一折线,若喷淋量越大,z ?p值较小时为恒持z折线位置越向左移动,图中l2>l1。每条折线分为三个区段, 液区,?p?p?p~uo关系曲线斜率与干塔的相同。值为中间时叫截液区,~uo曲zzz ?p值较大时叫液泛区,z线斜率大于2,持液区与截液区之间的转折点叫截点a。 姓名 专业月实验内容指导教师?p~uo曲线斜率大于10,截液区与液泛区之间的转折点叫泛点b。在液泛区塔已z 无法操作。塔的最适宜操作条件是在截点与泛点之间,此时塔效率最高。 图2-2-7-1 填料塔层的?p~uo关系图 z 图2-2-7-2 吸收塔物料衡算 (二)、吸收系数与吸收效率 本实验用水吸收空气与氨混合气体中的氨,氨易溶于水,故此操作属气膜控制。若气相中氨的浓度较小,则氨溶于水后的气液平衡关系可认为符合亨利定律,吸收姓名 专业月实验内容指导教师平均推动力可用对数平均浓度差法进行计算。其吸收速率方程可用下式表示: na?kya???h??ym(1)式中:na——被吸收的氨量[kmolnh3/h];?——塔的截面积[m2] h——填料层高度[m] ?ym——气相对数平均推动力 kya——气相体积吸收系数[kmolnh3/m3·h] 被吸收氨量的计算,对全塔进行物料衡算(见图2-2-7-2): na?v(y1?y2)?l(x1?x2) (2)式中:v——空气的流量[kmol空气/h] l——吸收剂(水)的流量[kmolh20/h] y1——塔底气相浓度[kmolnh3/kmol空气] y2——塔顶气相浓度[kmolnh3/kmol空气] x1,x2——分别为塔底、塔顶液相浓度[kmolnh3/kmolh20] 由式(1)和式(2)联解得: kya?v(y1?y2)(3) ??h??ym 为求得kya必须先求出y1、y2和?ym之值。 1、y1值的计算:

最新浙江大学化工原理实验---填料塔吸收实验报告分析解析

实验报告 课程名称:过程工程原理实验(乙) 指导老师: 叶向群 成绩:__________________ 实验名称:吸收实验 实验类型:工程实验 同组学生姓名: 一、实验目的和要求(必填) 二、实验内容和原理(必填) 三、主要仪器设备(必填) 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析(必填) 七、讨论、心得 填料塔吸收操作及体积吸收系数测定 1 实验目的: 1.1 了解填料吸收塔的构造并熟悉吸收塔的操作; 1.2 观察填料塔的液泛现象,测定泛点空气塔气速; 1.3 测定填料层压降ΔP 与空塔气速u 的关系曲线; 1.4 测定含氨空气—水系统的体积吸收系数K y a 。 2 实验装置: 2.1 本实验的装置流程图如图1: 专业: 姓名: 学号: 日期:2015.12.26 地点:教十2109

2.2物系:水—空气—氨气。惰性气体由漩涡气泵提供,氨气由液氮钢瓶提供,吸收剂水采用自来水,他们的流量分别通过转子流量计。水从塔顶喷淋至调料层与自下而上的含氮空气进行吸收过程,溶液由塔底经过液封管流出塔外,塔底有液相取样口,经吸收后的尾气由塔顶排至室外,自塔顶引出适量尾气,用化学分析法对其进行组成分析。 3 基本原理: 实验中气体流量由转子流量计测量。但由于实验测量条件与转子流量计标定条件不一定相同,故转子流量计的读数值必须进行校正。校正方法如下:

3.2 体积吸收系数的测定 3.2.1相平衡常数m 对相平衡关系遵循亨利定律的物系(一般指低浓度气体),气液平衡关系为: 相平衡常数m与系统总压P和亨利系数E的关系如下: 式中:E—亨利系数,Pa P—系统总压(实验中取塔内平均压力),Pa 亨利系数E与温度T的关系为: lg E= 11.468-1922 / T 式中:T—液相温度(实验中取塔底液相温度),K。 根据实验中所测的塔顶表压及塔顶塔底压差△p,即可求得塔内平均压力P。根据实验中所测的塔底液相温度T,利用式(4)、(5)便可求得相平衡常数m。 3.2.2 体积吸收常数 体积吸收常数是反映填料塔性能的主要参数之一,其值也是设计填料塔的重要依据。本实验属于低浓气体吸收,近似取Y≈y、X≈x。 3.2.3被吸收的氨气量,可由物料衡算 (X1-X2) 式中:V—惰性气体空气的流量,kmol/h;

2014化工原理实验复习提纲(下册):

第一部分 实验基础知识 1、 如何读取实验数据 2、 如何写实验报告 3、 数据处理 一、实验数据的误差分析 1. 真值 2、平均值及其种类 3、误差的分类 4、精密度和精确度 5、实验数据的记数法和有效数字 错误认识:小数点后面的数字越多就越正确,或者运算结果保留位数越多越准确。 二、实验数据处理 实验数据中各变量的关系可表示为列表式,图示式和函数式。 第二部分 实验内容 a log log log log ln ln ln ln ln 1212=--+=?=+=?=截矩直线的斜率=真值,双对数坐标半对数坐标x x y y x b a y ax y bx a y ae y b bx Θ

每个实验的原理、操作方法、仪表的使用、实验记录、数据处理、思考题 一、精馏实验: 物系、实验原理、流程图、数据处理(用公式表示)、思考题 1)测定指定条件下的全塔效率或等板高度 2)操作中可调节可控制的量 3)物料浓度的测定方法 4)操作步骤,先全回流,再确定一定回流比操作,为什么 5)实验中出现异常现象(液泛,无回流),如何判断?如何处理? 6)进料状态对精馏塔的操作有何影响?确定q线需要测定哪几个 量?查取进料液的汽化潜热时定性温度应取何值? 7)什么是全回流?全回流操作的标志有哪些?在生产中有什么实际 意义? 8)其他条件都不变,只改变回流比,对塔性能会产生什么影响? 9)进料板位置是否可以任意选择,它对塔的性能有何影响? 10)为什么酒精蒸馏采用常压操作而不采用加压蒸馏或真空蒸馏? 11)将本塔适当加高,是否可以得到无水酒精?为什么? 12)影响精馏塔操作稳定的因素有哪些?如何确定精馏塔操作已达 稳定?本实验装置能否精馏出98%(质量)以上的酒精?为什么? 13)各转子流量计测定的介质及测量条件与标定时的状态不同,应如 何校正?

化工原理实验资料

实验一 干燥实验 一、实验目的 1. 了解洞道式循环干燥器的基本流程、工作原理和操作技术。 2. 掌握恒定条件下物料干燥速率曲线的测定方法。 3. 测定湿物料的临界含水量X C ,加深对其概念及影响因素的理解。 4. 熟悉恒速阶段传质系数K H 、物料与空气之间的对流传热系数α的测定方法。 二、实验内容 1. 在空气流量、温度不变的情况下,测定物料的干燥速率曲线和临界含水量,并了解其 影响因素。 2. 测定恒速阶段物料与空气之间的对流传热系数α和传质系数K H 。 三、基本原理 干燥操作是采用某种方式将热量传给湿物料,使湿物料中水分蒸发分离的操作。干燥操作同时伴有传热和传质,而且涉及到湿分以气态或液态的形式自物料内部向表面传质的机理。由于物料含水性质和物料形状上的差异,水分传递速率的大小差别很大。概括起来说,影响传递速率的因素主要有:固体物料的种类、含水量、含水性质;固体物料层的厚度或颗粒的大小;热空气的温度、湿度和流速;热空气与固体物料间的相对运动方式。目前尚无法利用理论方法来计算干燥速率(除了绝对不吸水物质外),因此研究干燥速率大多采用实验的方法。 干燥实验的目的是用来测定干燥曲线和干燥速率曲线。为简化实验的影响因素,干燥实验是在恒定的干燥条件下进行的,即实验为间歇操作,采用大量空气干燥少量的物料,且空气进出干燥器时的状态如温度、湿度、气速以及空气与物料之间的流动方式均恒定不变。 本实验以热空气为加热介质,甘蔗渣滤饼为被干燥物。测定单位时间内湿物料的质量变化,实验进行到物料质量基本恒定为止。物料的含水量常用相对与物料总量的水分含量,即以湿物料为基准的水分含量,用ω来表示。但因干燥时物料总量在变化,所以采用以干基料为基准的含水量X 表示更为方便。ω与X 的关系为: X = -ω ω 1 (8—1) 式中: X —干基含水量 kg 水/kg 绝干料; ω—湿基含水量 kg 水/kg 湿物料。 物料的绝干质量G C 是指在指定温度下物料放在恒温干燥箱中干燥到恒重时的质量。干燥曲线即物料的干基含水量X 与干燥时间τ的关系曲线,它说明物料在干燥过程中,干基含水量随干燥时间变化的关系。物料的干燥曲线的具体形状因物料性质及干燥条件而变,但是曲线的一般形状,如图(8—1)所示,开始的一小段为持续时间很短、斜率较小的直线段AB 段;随后为持续时间长、斜率较大的直线BC ;段以后的一段为曲线

化工原理实验指导书

化工原理实验指导书

目录 实验一流体流动阻力的测定 (1) 实验二离心泵特性曲线的测定 (5) 实验三传热系数测定实验 (7) 实验四筛板式精馏塔的操作及塔板效率测定 (9) 实验五填料塔吸收实验 (12) 演示实验柏努利方程实验 (14)

雷诺实验 (16)

实验一流体流动阻力的测定 、实验目的 1、 了解流体在管道内摩擦阻力的测定方法; 2、 确定摩擦系数入与雷诺数 Re 的关系。 二、基本原理 由于流体具有粘性, 在管内流动时必须克服内摩擦力。 当流体呈湍流流动时, 质点间不 断相互碰撞,弓I 起质点间动量交换,从而产生了湍动阻力,消耗了流体能量。流体的粘性和 流体 的涡流产生了流体流动的阻力。 在被侧直管段的两取压口之间列出柏努力方程式, 可得: △ P f = △ P ’ P f L u 2 h f d 2 L —两侧压点间直管长度(m ) 2d P f d —直管内径(m ) 入一摩擦阻力系数 u —流体流速(m/s ) △ P f —直管阻力引起的压降(N/m 2 ) 厂流体粘度(Pa.s ) p — 流体密度(kg/m 3 ) 本实验在管壁粗糙度、管长、管径、一定的条件下用水做实验,改变水流量,测得一系 列流量下的△ P f 值,将已知尺寸和所测数据代入各式,分别求出入和 Re ,在双对数坐标纸 上绘出入?Re 曲线。 三、实验装置简要说明 水泵将储水糟中的水抽出, 送入实验系统,首先经玻璃转子流量计测量流量, 然后送入 被测直管段测量流体流动的阻力,经回流管流回储水槽,水循环使用。 被测直管段流体流 动阻力△ P 可根据其数值大小分别采用变压器或空气一水倒置 U 型管来测量。 四、实验步骤: 1、 向储水槽内注蒸馏水,直到水满为止。 2、 大流量状态下的压差测量系统 ,应先接电预热10-15分钟,观擦数字仪表的初始值并 记 录后方可启动泵做实验。 3、 检查导压系统内有无气泡存在 .当流量为0时打开B1、B2两阀门,若空气一水倒置 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,需要排净气泡方可测取数据。 排气方法:将流量调至较大,排除导压管内的气泡,直至排净为止。 4、 测取数据的顺序可从大流量至小流量,反之也可,一般测 15?20组数,建议当流量 读数 小于300L/h 时,用空气一水倒置 U 型管测压差△ P 。 5、待数据测量完毕,关闭流量调节阀,切断电源。 Re du

化工原理实验答案汇编

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。

化工原理实验讲

1流体阻力测定实验 实验目的 1)掌握流体流经直管和阀门时阻力损失的测定方法,通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。 2 )测定直管摩擦系数入与雷诺准数Re的关系,将所得的入~Re方程与经验公式比较。 3 )测定流体流经阀门时的局部阻力系数E。 4 )学会倒U形差压计、差压传感器、涡轮流量计的使用方法。 5 )观察组成管路的各种管件、阀门,并了解其作用。 基本原理 流体在管内流动时,由于粘性剪应力和涡流的存在,不可避免地要消耗一定的机械能,这种机械能的消耗包括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻力。 1)沿程阻力 流体在水平等径圆管中稳定流动时,阻力损失表现为压力降低,即 h f 仏上厘(1 —1) 影响阻力损失的因素很多,尤其对湍流流体,目前尚不能完全用理论方法求解,必须通 过实验研究其规律。为了减少实验工作量,使实验结果具有普遍意义,必须采用因次分析方法将各变量组合成准数关联式。根据因次分析,影响阻力损失的因素有, (1)流体性质:密度P、粘度卩; (2)管路的几何尺寸:管径d、管长I、管壁粗糙度£; (3)流动条件:流速卩。 可表示为: p f (d,l,,,u,)(1—2)组合成如下的无因次式: p 2 (du I J d ,—)(1—3) u d p du I u2 (,—)? d d 2 du 令( , d )/ (1 — 4) 则式(1 —1)变为: 2 h f P 1u(1 - 5) d2 式中,入称为摩擦系数。层流(滞流)时,入=64/R e;湍流时入是雷诺准数R e和相对粗糙度的函数,须由实验确定。

2) 局部阻力 局部阻力通常有两种表示方法,即当量长度法和阻力系数法。 (1)当量长度法 流体流过某管件或阀门时,因局部阻力造成的损失,相当于流体流过与其具有相当管径 长度的直管阻力损失,这个直管长度称为当量长度,用符号le表示。这样,就可以用直管 阻力的公式来计算局部阻力损失,而且在管路计算时.可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算,如管路中直管长度为I,各种局部阻力的当量长度之和为le,则流体在管路中流动时的总阻力损失h f为 I leu2 h f(1 —6) d 2 (2)阻力系数法\ 流体通过某一管件或阀门时的阻力损失用流体在管路中的动能系数来表示,这种计算局 部阻力的方法,称为阻力系数法。 即 2 . u h f (1 —7) 2 式中,E――局部阻力系数,无因次;u 在小截面管中流体的平均流速,m/ s。 由于管件两侧距测压孔间的直管长度很短?引起的摩擦阻力与局部阻力相比,可以忽略不计。因此h f'直可应用柏努利方程由压差计读数求取。 实验装置与流程 1)实验装置 实验装置如图1 —1所示。主要由水箱、管道泵,不同管径、材质的管子,各种阀门和管件,转子流量计等组成。第一根为粗糙管,第二根为光滑管。第三根不锈钢管,装有待测闸阀,用于局部阻力的测定。 1、水箱 2、管道泵 3、5、6、球阀 4、均压环7、系统排水阀8闸阀9、流量调节阀 10、排污水阀11倒U形差压计12、不锈钢管13、粗糙管14、光滑管15、转子流量计16、导压管17、温度计18、进水阀

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