南京工业大学考研化工原理实验题.docx

1直管阻力实验目的与要求 （1） 掌握转子流量计、倒U形压差计、1151压差传感器和Pt100温度传感器及数字显示仪的使用方法；（2） 掌握流体流经直管和阀门时的阻力损失的测定方法；（3） 测定直管管摩擦系数与雷诺数Re的关系，并将测定与经验公式计算值比较；（4） 测定流体在不同流量流经全开闸阀时的局部阻力系数；（5） 熟悉化工原理实验软件包的使用。实验原理 直管沿程阻力直管阻力引起流体机械能损失的原因是由于静止壁面与粘性流体共同产生的流体点速度差异。当某流体以一定的流量Vi流经某一尺寸的圆直等径管时，由直管的上、下游截面列机械能守恒方程得： + = + + （1-1）其中为1至2截面的机械能损失：= （1-2）由实验温度可查出流体的物性数据，则可计算出此流量下对应的雷诺数：（1-3）在流量Vi下，1至2截面的修正压强差可由与其相连的倒U形压差计密度为指示剂的高度差计算可得： (1-4)把式（1-2）和（1-4）代入（1-1）得在流量Vi时的摩擦系数计算公式：（1-5）因此，对给定实验装置，只要测定一系列流量Vi下的Ri及温度数据，即可计算出相应的雷诺准数和摩擦系数。实验报告1) 根据粗糙管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出Re曲线，对照化工原理教材上有关公式，即可确定该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。2) 根据光滑管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出Re曲线，并对照柏拉修斯方程，计算其误差。3) 根据局部阻力实验结果，求出闸阀全开时的平均值。4) 对实验结果进行分析讨论。 思考题1) 在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的流量调节阀?为什么? 2) 如何检验测试系统内的空气是否已经被排除干净? 3) 以水做介质所测得的Re关系能否适用于其它流体?如何应用? 4) 在不同设备上(包括不同管径)，不同水温下测定的Re数据能否关联在同一条曲线上?5) 如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响?2离心泵 实验原理离心泵的特性曲线实质上是流体流经离心泵时机械能按一定规律变化的宏观表现形式，其内容是表达在一定转速n下离心泵的流量V与其扬程He、轴功率Na和效率之间的定量关系，这些函数关系目前还无法分别用数学模型进行表达，只能通过实验测定的方法才能得到。 1.离心泵流量V的测量实验时,采用涡轮流量计测量流体在管道内的流量,用智能流量积算仪直接显示出流体流量V的数值, 其单位为m3/h.2.离心泵扬程H的测定与计算在离心泵的进口1截面至离心泵的出口2截面间列机械能守恒方程: (2-1)当离心泵的进、出管管径相同，且压力表和真空表的安装高度差可忽略不计时，由式（2-1）可导出离心泵扬程的计算公式：(2-2)由式（2-2）可知，只要分别测出压力表和真空表的数值和，就可计算出泵的扬程H（m）。3. 离心泵轴功率的计算测定离心泵的轴功率需要同时测定泵轴转矩M和泵的转速n。泵轴转矩既可采用马达天平法也可用自动扭矩测量法。本实验主要采用马达天平测量泵轴转矩M的方法来计算泵的轴功率，计算公式如下：(2-3)由式(2-3)可知，只要测出测功臂上所加砝码重量P（Kg）、测功臂长L(m)及相应的泵的转速n（r.p.m）, 就可计算出泵的轴功率(W)。4离心泵效率的计算离心泵的效率为泵的有效功率与泵的轴功率之比。泵的有效功率表示流体在单位时间内从泵得到的功，泵的轴功率表示在单位时间内离心泵从电机获得的功。效率数值大小是流体经过离心泵时的水力损失、容积损失和机械损失三者共同作用的结果。泵的效率计算公式如下：（2-4）5. 离心泵的比例定律离心泵的特性曲线是在一定转速n下的流量与扬程、轴功率及效率的关系曲线，也即三条性能曲线的所有实验点是在同一转速下的数据。而在实验测定相关数据时，随着管路流量V的变化，离心泵的转速n也在发生变化，流量变化越大，转速变化也越大。因此，在绘制离心泵三条性能曲线时，必须将在不同转速下的实验测定的数据（、）转换成平均转速或标准转速（2900 r.p.m.）下的数据（、），才能绘制成特性曲线。这种转换关系就是如下的比例定律：平均或标准转速下的流量平均或标准转速下的扬程 (2-5)平均或标准转速下的轴功率比例定律式（2-5）适用的条件是泵的转速变化只能在内，且转速变化前后泵的效率相等，即。在实验转速变化范围内，上述条件能满足。3恒压过滤实验实验目的与要求1.了解恒压板框压滤机的结构，学会恒压过滤的操作法，验证过滤基本原理。2掌握测定恒压过滤常数K、滤布阻力当量滤液量qe、当量过滤时间e、及滤饼压缩性指数S的方法。3. 了解压力定值调节阀的工作原理和方法，观察操作压力对过滤速率的影响。4学会化工原理实验软件的使用。实验原理以多孔介质截留悬浮于流体中的颗粒，从而实现固体颗粒与流体的分离的操作称为过滤。若悬浮液中固体浓度较高，固体颗粒在多孔介质表面会形成滤饼，因此，除刚开始过滤外，过滤主要是滤饼层起过滤介质作用，此种过滤称为滤饼过滤。滤饼过滤的推动力是压差，由于设备耐压等原因，过滤一般情况下都是在恒压条件下进行。在恒压滤饼过滤过程中，由于滤饼不断增厚，过滤阻力不断增大，过滤速率越来越小，因此，恒压过滤尽管其操作压差在过滤过程可保持恒定，但它是一个非定态过程，过滤速率微分式如下：（3-1）上式中的过滤常数表达式为： K= （3-2）对式（3-1）在恒压条件下积分，得如下恒压过滤方程：（3-3）式（3-1）、（3-2）、（3-3）中的K、qe、S、e须通过恒压过滤实验测定。取式（3-1）的倒数得：（3-4）由于式（3-4）仍然是一个微分式，因此，为了便于测定和计算，用差分代替微分，式（3-4）改写成如下形式：（3-5）在某一压力条件下进行过滤实验，用量筒和秒表分别测量和记录一系列滤液体积和其相对应的时间间隔，由除以过滤面积得。的取值的方法如下：（i=18, ） (3-6)在二维坐标系中以为横坐标, 以为纵坐标绘制一条直线, 由该直线的斜率可计算出某一压力下的过滤常数K1, 由该直线的截距可计算出滤布阻力当量滤液量qe1, 根据, 可求出相应的当量过滤时间e1。用压力定值调节阀调节过滤压差（一般三个），测定并计算出相应压差下的过滤常数（K1K3），对式（3-2）两边取对数得：（3-7）以为横坐标，以为纵坐标画图得一直线，由该直线的斜率便可求出滤饼的压缩指数S。 4 给热实验 实验原理1. 串联传热过程冷流体（空气和水）与热流体(水蒸汽)通过套管换热器的内管管壁发生热量交换的过程可分为三步：(1)套管环隙内的水蒸汽通过冷凝给热将热量传给圆直水平管的外壁面(A0)；(2)热量从圆直水平管的外壁面以热传导的方式传至内壁面(Ai)；(3)内壁面通过对流给热的方式将热量传给冷流体(Vc)。在实验中，水蒸汽走套管换热器的环隙通道，冷流体走套管换热器的内管管内，当冷、热流体间的传热达到稳定状态后，根据传热的三个过程、牛顿冷却定律及冷流体得到的热量，有如下的传热计算公式：Q=0A0( T-Tw)m= iAi( tw-t)m=VccCpc(t2-t1) (1)由（1）式可得：(2)(3)式（2）中，( T-Tw)为水蒸汽温度与内管外壁面温度之差， 式（3）中，( tw-t)为内管内壁面温度与冷流体温度之差。由于热流体温度T、内管外壁温Tw、冷流体温度t及内管内壁温tw均沿内管管长不断发生变化，因此，温差( T-Tw) 和( tw-t)也随管长发生变化，在用牛顿冷却定律算传热速率Q时，温差应分别取进口（1）与出口（2）处两端温差的对数平均值( T-Tw)m 和( tw-t)m，方法如下：（4）（5）当套管换热器的内管壁较薄且管壁导热性能优良（即值较大）时，管壁热阻可以忽略不计，可近似认为管壁内、外表面温度相等，即Tw1=tw1, Tw2=tw2。因此，只要测出冷流体的流量Vc、进出口温度t1和t2、水蒸汽进出口温度T1和T2、内管壁温Tw1和Tw2，根据定性温度查出冷流体的物性c和Cpc，再计算出内管的内、外表面积Ai和A0，根据公式(2)和(3)就可计算出水蒸汽的冷凝给热系数0及冷流体的对流给热系数i。2. 给热系数的经验公式Nusselt利用数值积分法求得纯净蒸汽在水平圆管外表面膜状冷凝平均给热系数的半经验公式：（6）式（6）中，蒸汽冷凝潜热为饱和蒸汽温度ts下的数据，壁温tw取进、出口壁温的平均值(tw1+ tw2)/2，冷凝液物性、取液膜温度(ts+tw)/2下的数值。因此，只要测出套管换热器内管的外径d0, 就可算出蒸汽冷凝给热系数0。对低粘度的液体在圆形直管内呈湍流流动且被加热时，其对流给热系数可采用Dittus-Boelter关联式：（7）式（