1、化工原理實驗講義專業:環境工程 應用化學教研室2015.3實驗一 流體機械能轉化實驗一、實驗目的1、了解流體在管內流動情況下，靜壓能、動能、位能之間相互轉化關系，加深對伯努利方程的理解。2、了解流體在管內流動時，流體阻力的表現形式。二、實驗原理流動的流體具有位能、動能、靜壓能、它們可以相互轉換。對于實際流體，因為存在內摩擦，流動過程中總有一部分機械能因摩擦和碰撞，而被損失掉。所以對于實際流體任意兩截面，根據能量守恒有：上式稱為伯努利方程。三、實驗裝置（dA=14mm，dB=28mm，dC=dD=14mm，ZA-ZD=110mm）實驗裝置與流程示意圖如圖1-1所示，實驗測試導管的結構見圖1-2所

2、示： 圖1-1 能量轉換流程示意圖圖1-2實驗導管結構圖四、操作步驟1. 在低位槽中加入約3/4體積的蒸餾水，關閉離心泵出口上水閥及實驗測試導管出口流量調節閥和排氣閥、排水閥，打開回水閥后啟動離心泵。2. 將實驗管路的流量調節閥全開，逐步開大離心泵出口上水閥至高位槽溢流管有液體溢流。3. 流體穩定后讀取并記錄各點數據。4. 關小流量調節閥重復上述步驟5次。 5. 關閉離心泵出口流量調節閥后，關閉離心泵，實驗結束。五、數據記錄和處理表一、轉能實驗數據表流量（l/h）壓強mmH2O 壓強mmH2O壓強mmH2O壓強mmH2O壓強mmH2O壓強mmH2O測試點標號123456789101112131

3、415五、結果與分析1、觀察實驗中如何測得某截面上的靜壓頭和總壓頭，又如何得到某截面上的動壓頭？2、觀察實驗，對于不可壓縮流體在水平不等徑管路中流動，流速與管徑的關系如何？3、實驗觀測到A、B截面的靜壓頭如何變化？為什么？4、實驗觀測到C、D截面的靜壓頭如何變化？為什么？5、當出口閥全開時，計算從C到D的壓頭損失？六、注意事項1不要將離心泵出口上水閥開得過大以免使水流沖擊到高位槽外面，同時導致高位槽液面不穩定。2流量調節閥開大時，應檢查一下高位槽內的水面是否穩定，當水面下降時應適當開大泵上水閥。 3流量調節閥須緩慢地關小以免造成流量突然下降測壓管中的水溢出管外。 4注意排除實驗導管內的空氣泡。

4、 5離心泵不要空轉和出口閥門全關的條件下工作。實驗二 流體阻力的測定一、實驗目的1.學習直管摩擦系數的測定方法2.掌握摩擦系數與雷諾數Re之間的關系 二、實驗原理流體在圓管內流動時，由于本身具有黏性及渦流的影響，會產生摩擦阻力。流體在管內流動阻力的大小與管長、管徑和摩擦系數有關，它們之間存在著如下關系： (1)對于管路的兩截面有： (2)如果管路水平并且粗細均勻，有：,則（2）式化簡為： （3）采用倒U型壓差計測量壓差，則有：； （4） 其中代表壓差計上方壓強將（4）代入（3）式中，則：（5）綜合（1）和（5）式，則有： , ；其中三、實驗裝置8號管：L=1.2m，d=0.015m；9號管：L

5、=1.49m，d=0.010m；10號管：L=1.49m，d=0.0078m圖2-1 流體綜合實驗裝置流程圖1-水箱；2-離心泵；3-功率表；4-變頻器；5-渦輪流量計；6-文丘里流量計；7-局部阻力被測閥門；8-局部阻力測量段；9-直管阻力粗糙測量管；10-直管阻力光滑測量管； 11-切換閥；12-流量調節閥；13-轉子流量計；14-流量調節閥圖2-2 倒U型壓差計四、實驗步驟1. 打開電源總開關，啟動泵前要檢查各閥門的開關，尤其閥門12和閥門14應關閉，以防止轉子流量被損壞。2. 針對某一測試對象選擇對應的流向導通閥，逆時針全開。3. 在進行阻力測定之前，應檢查導壓系統內有無氣泡存在。 當

6、流量為零時，打開A，A兩閥門，若空氣-水倒置U型管內兩液柱的高度差不為零，則說明系統內有氣泡存在，需趕凈氣泡方可測試數據。趕氣泡的方法：將流量調至較大，打開閥門A，A和C，C，打開壓力平衡罐的排氣閥，使水完全充滿管路，排出導壓管內的氣泡，將流量關為零，關閉A，A，緩慢打開閥門D，通過打開B，B讓倒置U型管內的水流出再關D，判斷倒置U型管內兩液柱的高度差是否為零，若不為零，重復上述操作直至排凈為止。4. 調節閥門14測取數據，順序可從大流量至小流量，反之也可，由13號轉子流量計記錄流量，通過倒U管測量h1,h2,管9和10各測量8組數據5. 待數據測量完畢，關閉流量調節閥，相關閥門，泵，切斷電源

7、。五、數據記錄和處理 水溫：實驗序號h1(cm)h2(cm)qv(Lh-1)R(cm)Re以其中一組數據為例，寫出v、Re、的具體計算過程六、思考題1、在圓直管內及導壓管內可否存有積存的空氣？如有，會有何影響？2、討論與Re的關系（坐標上畫出關系圖）？七、注意事項1. 啟動離心泵之前，必須檢查所有流量調節閥是否關閉。2. 調節流量計閥門要緩慢，調節后應等待流量和直管壓降的數據穩定后，方可記錄數據。3. 在計算時，要統一為國際單位制進行計算。實驗2-2 文氏流量計校正系數的測定一、實驗目的1.了解文氏流量計的構造、工作原理和主要特點2.測定文氏流量計校正系數Co二、實驗原理文氏流量計流量計算式為

8、：因為綜合可以得到：從而得到校正系數 其中 式中代表渦輪流量計的頻率Hz，實驗時Hz小于120 代表渦輪流量計的儀表常數，77.842（s/l） 式中代表喉管截面積，0.0195m三實驗裝置同上四、操作步驟1.打開電源總開關，儀表預熱10分鐘，啟動泵前檢查各閥門的開關，尤其閥門12和閥門14應關閉，以防止轉子流量被損壞；2.將管道內的空氣排出，打開文氏流量計的測壓口閥門；3.調節閥門12測取數據，共測定10組數據，數據包括：Hz，p；4.待數據測量完畢，關閉流量調節閥，相關閥門，泵，切斷電源。五、數據記錄和處理 實驗序號HzP（kPa）Q(l·s-1)C0C0 平均值以其中一組數據為

9、例，寫出qv, Co的具體計算過程實驗三 離心泵特征曲線測定一、實驗目的1.了解離心泵的構造及送液原理。2.掌握離心泵特征曲線的測定方法、表示方法，加深對離心泵性能的了解。 二、實驗原理離心泵是最常見的液體輸送設備。對于一定型號的泵在一定的轉速下，離心泵的揚程He，軸功率N，及效率均隨流量qv的改變而改變。通常通過實驗測出qv-He，qv-N，qv-關系，并用曲線表示，稱為特征曲線。下面介紹具體的測定方法。（1）He的測定在泵的吸入口和壓出口之間列柏努利方程： (1)由于進出口管路粗細均勻，有：又因為所選的兩截面和泵體接近，Hf值可以忽略所以（1）式可以化簡為：式中，為泵進出口測壓點間的距離（

10、）為泵進出口測壓點間的壓強差（2）N軸的測定為電動機的輸入功率；為電機效率，60%（3）的測定，（4）qv流量，為自動調節閥開度Hz;為儀表常數，77.902(次/升)電機頻率45Hz三、實驗裝置圖3-1 實驗裝置流程示意圖 四、操作步驟1. 打開電源總開關，設備調于計算機采集自控操作；2. 將泵的入口調節閥全部打開；3. 打開計算機，進入離心泵計算機數據采集和過程控制軟件，按照軟件提示進行操作；4. 點擊離心泵特征曲線自動控制后，計算機自動調節流量，并記錄原始數據；5. 實驗完畢后，點擊結束當前實驗，回到主菜單。五、數據記錄和處理1. 跟據計算機自動采集數據表，在坐標紙上畫出離心泵特征曲線圖

11、。序號流量出口壓力入口真空功率表揚程軸功率效率m3/hPaPaKwmKw%2. 以第四組為例，寫出qv, He, N軸，的具體計算過程六、思考題1. 如何選用離心泵？2. 隨著泵出口流量調節閥開度增大，泵的流量增加時，入口真空度及出口壓力如何變化？并分析原因。七、注意事項1. 實驗前應檢查水槽水位、流量調節閥關閉到零位，泵入口調節閥全部打開；2. 由于本次實驗計算機自動控制與采集，關閉計算機后，所有數據不予保留。實驗四 傳熱實驗一、實驗目的1、通過對空氣-水蒸氣簡單套管換熱器的實驗研究，掌握對流傳熱系數i的測定方法，加深對其概念和影響因素的理解。并應用線形回歸分析方法，確定關聯式中常數A、m的

12、值。2、通過對管程內部插有螺旋圈的空氣-水蒸氣強化套管換熱器的實驗研究，測定其準數關聯式中常數B、m的值，了解強化傳熱的基本理論和基本方式。二、實驗原理1、對流傳熱系數i的測定對流傳熱系數i可以根據牛頓冷卻定律，用實驗來測定，即 式中：-管內流體對流傳熱系數， -管內傳熱速率，W -管內換熱面積，m2 -管內流體空氣與管內壁面的平均溫差，平均溫差由下式確定：式中：-冷流體空氣的入口、出口溫度， -壁面平均溫度，管內換熱面積 式中 -傳熱管內徑，m，d光=20mm，d粗=50mm -傳熱管測量段的實際長度，m，L=1m由熱量衡算式 其中質量流量由下式求得 式中：-冷流體在套管內的平均體積流量，m

13、3/h -冷流體的定壓比熱， -冷流體的密度，kg/m3 和可根據定性溫度查得，為冷流體進出口平均溫度。2、對流傳熱系數準數關聯式的實驗確定流體在管內作強制湍流時，處于被加熱狀態，準數關聯式的形式為 其中，物性數據、可根據定性溫度查得。經過計算可知，對于管內被加熱的空氣，普朗特準數變化不大，可認為是常數，則關聯式的形式簡化為 這樣通過實驗確定不同流量下的與，然后用線性回歸方法確定A和m的值。三、實驗裝置圖6-1空氣-水蒸氣傳熱綜合實驗裝置1、 普通套管換熱器；2、內插有螺旋線圈的強化套管換熱器；3、蓄水罐；4、旋渦氣泵；5、旁路調節閥；6、孔板流量計；7、8、空氣支路控制閥：9、10、蒸汽支路

14、控制閥；11、12、蒸汽放空口； 13蒸汽上升主管路；14、加水閥：15-加熱罐；16-加熱器；17-放液閥：五、實驗方法及步驟1、實驗前的準備,檢查工作. (1) 向電加熱釜內加水，液位計到端線處以上為宜。 (2) 檢查空氣流量旁路調節閥是否全開。(3) 檢查水蒸氣管及空氣支路各控制閥是否已打開，保證蒸汽和空氣管線的暢通。2、實驗開始. (1) 啟動計算機并按照操作說明進行操作。 (2) 合上電源總開關, 打開加熱電源開關（設備），設定加熱電壓160V(電腦)，直至有水蒸氣冒出，在整個實驗過程中始終保持換熱器出口處有水蒸氣。 (3) 計算機數據采集實驗 (a).蒸汽冒出10min后，啟動風機

15、（電腦），用旁路調節閥來調節流量（孔板讀數0.44-2Kpa之間），待操作穩定后計算機分別對空氣流量，空氣進出口溫度，水蒸氣進出口溫度進行采集。測5組流量，每組間隔10min。光滑管測5組、粗糙管測5組。 (b).在改變流量穩定后分別測量空氣的流量，空氣進出口的溫度，水蒸氣溫度，繼續進行實驗。(c).計算機對所有的實驗數據進行計算和整理，得出實驗結果。關閉加熱（電腦），無蒸汽冒出后關閉風機（電腦）。六、數據處理與分析根據計算機顯示的結果，以其中一組數據為例寫出具體計算過程。七、思考題1、實驗裝置中的兩組套管換熱器，哪套對流傳熱系數大？為什么？（注意要在空氣流量相同的前提下比較）2、傳熱管內壁溫

16、度、外壁溫度和壁面平均溫度認為近似相等，為什么？八、注意事項：1、 實驗前將加熱器內的水加到指定的位置,防止電熱器干燒損壞電器。2、 剛剛開始加熱時,加熱電壓在(160V)左右。3、計算機數據采集和過程控制實驗時應嚴格按照計算機使用規程操作計算機。采集數據和控制實驗時要注意觀察實驗現象。4、測量管后有蒸汽排出10分鐘，可啟動鼓風機，保證實驗開始時空氣入口溫度比較穩定。5.原始數據記錄空氣進口出口溫度、壁溫、流量。實驗七 篩板塔全塔效率的測定一、實驗目的1.了解板式塔的基本構造，精餾設備流程及各個部分的作用。2.測定全塔效率。二、實驗原理 二元體系為乙醇與正丙醇全塔效率，其中為全回流測定板數，=

17、9塊 其中相對揮發度=2.0781為塔釜樣品液相組成為塔頂樣品液相組成其中和可通過折光率測定：對于30以下，質量分率與折光率之間的關系可按下面的回歸式計算：摩爾分率 其中=46，=60三、實驗裝置圖7-1 計算機數據采集和過程控制精餾實驗裝置精餾塔為篩板塔，全塔共有9塊塔板由紫銅板制成，塔高1.5米，塔身用內徑為50mm的不繡鋼管制成，每段為10厘米，焊上法蘭后，用螺栓連在一起，并墊上聚四氟乙烯墊防漏，塔身的第二段和第九段是用耐熱玻璃制成的，以便于觀察塔內的操作情況。除了這兩段玻璃塔段外，其余的塔段都用玻璃棉保溫。降液管是由外徑為8毫米的銅管制成。篩板的直徑為54毫米，篩孔的直徑為2毫米。塔中

18、裝有鉑電阻溫度計用來測量塔內汽相溫度。塔頂的全凝器為風式換熱器，塔釜用電爐絲加熱，塔的外部也用保溫棉保溫。混合液體由高位槽經蠕動泵計量后進入塔內。塔釜的液面由液位計和放大器計量再由液位儀表顯示。塔底產品經過由液位控制平衡管流出。回流比調節閥用來控制回流比，餾出液儲罐接收餾出液。四、操作步驟(一) 實驗前準備工作.檢查工作： 1. 將與阿貝折光儀配套的超級恒溫水浴(用戶自備)調整運行到所需的溫度,并記下這個溫度(例如30)。檢查取樣用的注射器和擦鏡頭紙是否準備好。 2. 檢查實驗裝置上的各個旋塞、閥門均應處于關閉狀態;，電流、電壓表及電位器位置均應為零。 3. 配制一定濃度(質量濃度 20左右)

19、的乙醇正丙醇混合液(總容量6000毫升左右),然后倒入高位瓶.或由指導教師事前做好這一步。 4. 打開進料轉子流量計的閥門, 向精餾釜內加料到指定的高度 (冷液面在塔釜總高23處), 而后關閉流量計閥門。（二）實驗操作1.打開電源開關，再打開塔釜加熱開關2.打開計算機，進入精餾塔計算機數據采集和過程控制軟件3.向計算機輸入加熱電壓4. 等各塊塔板上鼓泡均勻后,保持加熱釜電壓不變, 在全回流情況下穩定20分鐘左右,期間仔細觀察全塔傳質情況,待操作穩定后分別在塔頂.塔釜取樣口用注射器同時取樣,用阿貝折射儀分析樣品濃度。5.檢查數據合理后，按照計算機要求退出控制程序并關機，關閉塔釜加熱開關，及電源總

20、開關，實驗完畢，將測定數據填入表中五、數據記錄和處理塔頂溶液塔釜溶液12計算結果 =，=？要求對，進行具體的計算六、注意事項1. 本實驗過程中要特別注意安全,實驗所用物系是易燃物品,操作過程中避免灑落以免發生危險。 2. 本實驗設備加熱功率由電位器來調解,固在加熱時應注意加熱千萬別過快,以免發生爆沸(過冷沸騰),使釜液從塔頂沖出,若遇此現象應立即斷電,重新加料到指定冷液面,再緩慢升電壓,重新操作。升溫和正常操作中釜的電功率不能過大。 3. 開車時先開冷卻水,再向塔釜供熱；停車時則反之。 4. 測濃度用折光儀.讀取折光指數,一定要同時記其測量溫度,并按給定的折光指數質量百分濃度測量溫度關系（見表

21、一）測定有關數據, (折光儀和恒溫水浴由用戶自購,使用方法見其說明書 )。 5. 為便于對全回流和部分回流的實驗結果(塔頂產品和質量)進行比較, 應盡量使兩組實驗的加熱電壓及所用料液濃度相同或相近。連續開出實驗時, 在做實驗前應將前一次實驗時留存在塔釜和塔頂，塔底產品接收器內的料液均倒回原料液瓶中。 6實驗時，應按照操作規程完成實驗，愛護計算機。七、附錄表 1 溫度折光指數液相組成之間的關系00.050520.099850.19740.29500.39770.49700.5990251.38271.38151.37971.37701.37501.37301.37051.3680301.3809

22、1.37961.37841.37591.37551.37121.36901.3668351.37901.37751.37621.37401.37191.36921.36701.3650(續表2) 0.64450.71010.79830.84420.90640.95091.000251.36071.36581.36401.36281.36181.36061.3589301.36571.36401.36201.36071.35931.35841.3574351.36341.36201.36001.35901.35731.36531.3551實驗六 管式反應器停留時間的測定1、 實驗目的1、測定管式

23、反應器中停留時間分布。2、通過軸向擴散模型來定量返混程度，加深對返混的認識和理解。二、實驗原理 在連續流動的反應器內，不同停留時間的物料之間的混合稱為返混。返混程度的大小，一般很難直接測定，通常是利用物料停留時間分布的測定來研究。 停留時間分布的測定方法有脈沖法、階躍法等，常用的是脈沖法。當系統達到穩定后，在系統的入口處瞬間注入一定量的示蹤物料，同時開始在出口流體中檢測示蹤物料的濃度變化。本實驗中用水作為連續流動的物料，以飽和KCI作示蹤劑，在反應器出口處檢測溶液電導值。在一定范圍內，KCI濃度與電導值成正比，所以可用電導值來表達物料的停留時間變化。 停留時間分布密度函數E(t)在概率論中有兩個特征值，平均停留時間（數學期望）和方差。若采用無因次方差，