化工原理实验思考题答案
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化工原理实验思考题 实验一：柏努利方程实验 1． 关闭出口阀，旋转测压管小孔使其处于不同方向（垂直或正对流向） ，
观测并记录各测压管中的液柱高度 H并回答以下问题： （1）各测压管旋转时，液柱高度 H 有无变化？这一现象说明了什么？这一 高度的物理意义是什么？ 答：在关闭出口阀情况下，各测压管无论如何旋转液柱高度 H 无任何变化。 2 这一现象可通过柏努利方程得到解释： 当管内流速 u=0时动压头 H 动 u 0， 动2
流体没有运动就不存在阻力，即Σ hf =0，由于流体保持静止状态也就无外功 加入，
既 We=0，此时该式反映流体静止状态 见（ P31）。这一液位高度的物 理意义是总能量（总压头） 。 （2） A 、B、C、D、E测压管内的液位是否同一高度？为什么？ 答：A、B、C、D、E 测压管内的液位在同一高度 （排除测量基准和人为误差） 。 这一现象说明各测压
管总能量相等。 2． 当流量计阀门半开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察其的
液位高度 H/ 并回答以下问题： （1）各 H/ 值的物理意义是什么？ 答：当测压管小孔转到正对流向时 H/ 值指该测压点的冲压头 H/ 冲；当测压管 小孔转到垂直流向时 H/值指该测压点的静压头 H/ 静；两者之间的差值为动压 头 H/动=H/冲-H/ 静。 2）对同一测压点比较 H与 H/ 各值之差，并分析其原因 答：对同一测压点 H>H/
值，而上游的测压点 H/值均大于下游相邻测压点 H/ 值，原因显然是各点总能量相等的
前提下减去上、下游相邻测压点之间的流 体阻力损失Σ hf 所致。
（3）为什么离水槽越远 H与 H/ 差值越大？ （4）答：离水槽越远流体阻力损失Σ hf 就越大，就直管阻力公式可以看出 l u2 H f 1 u
与管长 l 呈正比。
f d 2
3. 当流量计阀门全开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察其的液
2 2 2 2 位高度 Huc ud uab pcd pab Hf l u 计算流量计阀门半开和全开 A 点以 2 2 2 d 2
及 C 点所处截面流速大小。
答：注： A点处的管径 d=（m） ;C 点处的管径 d=（m）
A点半开时的流速：
uA半
Vs 4 0.08 4 0.135 （m/s）
3600 d2 3600 0.01452
A点全开时的流速：
uA全
Vs 4 0.16 4 0.269 ( m/s)
3600 d2 2
3600 0.01452
C点半开时的流速：
uc半
Vs 4 0.08 4 0.1965 （m/s）
3600 d2 3600 2 0.0122
C点全开时的流速：
uc全
Vs 4 0.16 4 0.393 （m/s） 3600 d2 3600 0.0122 实验雷诺实验
体积流量： 90 10 3 2.5 10 5( 3 / ) Vs 2.5 10 (m / s) s 3600
流速： V s 2.5 10 5 4 u s 2 0.1514(m/ s) A 0.0145 2
雷诺准数： Re du 0.0145 0.1514 998.73 1973
Re 1.111 10 3
1 根据雷诺实验测定的读数和观察流态现象，列举层流和湍流临界雷诺准 数的计算
过程，并提供数据完整的原始数据表。 答：根据观察流态，层流临界状态时流量为 90（
l/h
） 根据观察流态， 湍流临界状态时流量为 174（ l/h ）
体积流量： 3 Vs 174 10 4.83 10 5(m3 /s) s 3600
流速： 5 u Vs 4.83 10 24 0.29269(m/ s)
A 0.0145 2
雷诺准数： du 0.0145 0.29269 998.73 Re 3 3815
1.111 10 3
同理，根据雷诺实验测定的读数计算其余各点的流量、流速和雷诺准数如原 始数据表所述。 2． 根据实验观察到的流态， 层流和湍流临界雷诺准数值与公认值有无差 距？原因
何在？ 答：略有差距。主要原因在于实验设备测量精度和测量稳定性不高，其次是 流态显色墨水的注入量控制不当以及人为干扰产生的震动等。 3． 根据雷诺准数表示式， 你认为在什么条件下可以只用流速来判断流动 型态（如
层流、湍流）？ 答：根据雷诺准数的四个影响因素： d、u、ρ、μ可知，在同一台实验装置 （即 管径 d，且管子不变），水的温度不变（即 水的密度和黏度不变）以及 测试的人为环境不变时，可以依据前次的实验结果判断流态。 实验三 管道流体阻力的测定 1．测得水银—水差压计的读数为 Rf（mH）g，证明 Rf 与阻力的关系为：
Hf=·g J/kg）
2. 紧靠孔板流量计前后测得的压差，是否代表流体通过流量计的永久阻力 损失？为什
么？
答：测得的压差不代表流体通过流量计的永久阻力损失。流量计测得的压差 ΔP 一方面由流体流经孔板产生的永久阻力 ΔP
1，另一方面由流体流经孔板 的流速变
化也将产生一定的阻力 ΔP2。 3. 实验装置各压差计上的“平衡阀” （旁通阀）有何作用？在什么状况下进 行开启
或关闭操作？ 答：平衡阀用以调节压差计两臂液柱的平衡。在实验装置启动运行或结束实 验时，平衡阀应该处在开启状态；在实验装置检验系统内空气是否排净或测 量阻力数据是平衡阀应该处在关闭状态。 4. 根据管道流体阻力测定的读数，列举 1 米直管在某一流量下的阻力 Hf和 摩擦系数
λ； 在某一流量下的局部阻力 Hf'和局部阻力系数ζ的计算过程， 并提供数据完整
的实验结果表及用双对数坐标绘制一般湍流区内 λ~Re、u~R 关系曲线。 答： 计算条件 差压计指示液及水的密度： ρHg 13950 kg/m3 ρCCl4 1596 kg/m3
实验温度 20 ℃ ρH2O kg/m 3
实验装置提供的有关系数： a = n=
求 实验装置流量最大时一米直管的流体阻力 Hf ；摩擦系数 λ 值 求 实验装置流量最大时两米直管内，截止阀的局部阻力 H／ f ；局部阻力系 数ζ值
答：设环境温度为 20℃，水银的密度 33 Hg=1359（0 kg/m ）水的密度 ρH2O=
证明如下： H
f
AB Rf g
13590 998.2 Rf
998.2 f 12.6Rf g R(cmHg) u(m/s) Rf1(cmCCl4) Hf1(J/kg) Rf2(cmHg) Hf2(J/kg ) ρ(kg/m3) μ(cp) Re λ ζ
5．如何检验实验装置中的空气已经排净 ? 答：排空气操作后，在离心泵运行的状态
下，关闭管路中的流量调节阀和各 压差计上的平衡阀，观察各压差计上的读数为 0 是时，表示系统内的空气已 经排净。 实验四 离心泵特性曲线的测定 1. 根据离心泵特性曲线实验所测定的读数， 列举某一流量 Qi（ m3/s ）下的实 际扬
程 H；轴功率 N；总效率 η的计算过程，并提供数据完整的原始数据、 计算结果表和绘制 H—Q；N—Q；η—Q特性曲线图。 答： 计算条件： 进出口压力、真空表间的垂直距离 hO=（m）； 按 η传 =1 计 进出口管内径 d1 = （m） d2 = （ m） 根据电机编号 1194 的效率η与电机输入功率（ W）曲线图，查得电机效率η 电
（%）数据表你列如下。
计算示例：
t（℃） d（m） L1（ m） L2（m） 20
阻力实验结果图表 2007年 10月 25日
实验 条件 d12
u2 Q 1 24
3 4 9.61 10 4
5.8167 10 3
4 7.71 m3/ s
同理其他数据按以上公式计算得表内结果： 参数流 次序 读 量积算仪 数
（ m3/h） 流量 Q （l/s ） 压力表读数 （MPa） 真空表读数 （MPa） 功率表 （格数） 电机输入功率 （W） 电机效率 η电 （ ） 扬程 H （MH2O） 轴功率 N （W） 泵总效率
η
（ %）
1 1920 2 1880 3 1840 4 1800 5 1780 6 1660 7 1520 8 1360 9 1240 10 1080 11 940
功率表常数 C=40 功率（ W）=
格数× C
a. 功率 1=格数 1×C=48× 40=1920（ W）
计算结果表你列如下。
u1 Q 4d12
3 2.304 10 3 5.816710 3 4
3.2 m3 /s
c. 扬程计算
H e1 h0 P2 P1 2 u2 u 2 1
g 2g
0.125 1.15 105 4 2.5 104 7.712 3.22 1000 9.81 2 9.81
总1
N1 N电机1 g 电机1g 传
d. 轴功率计算 1920 79.9% e. 总效率计算
He1gggQ1g 10 N
1534.08 W 16.9 9.81 5.8167 1534.08 62.86%
离心泵特性曲线实验原始数据记录及计算结果表 16.9 m
