化工原理实验-2013.03.10

1、化工原理实验讲义（化学工程与工艺专业）石河子大学化学化工学院目 录实验1 伯努利实验3实验2 流体阻力测定实验6实验3 流量计标定实验13实验4 离心泵性能测定实验16实验5 过滤实验20实验6 传热综合实验24实验7 填料吸收塔实验33实验8 精馏实验39实验9 液液萃取实验46实验10 干燥速率曲线测定实验5155实 验 要 求1 实验前进行实验预习，书写实验预习报告（具体要求见附录1），报告中列出所需要的原始数据表，并通过老师的检查提问，方可参加实验。2实验做完后，所记录的数据经指导老师检查合格后，才可结束实验；实验若有短缺或不合理应该补全或重做。结束实验后，指导老师在原始数据表上签字。

2、3实验结束后，应将使用的仪器设备整理复原。检查水源、电源、汽源等是否已确实关断，并将场地打扫干净。4实验后要认真写实验报告，报告要求独立完成，若发现彼此抄袭，对有关的所有人都给低于及格分数线的低分。5实验报告中，除了包括实验数据与计算结果的表格以及需要的标绘曲线外，还必须有计算举例。同组人取实验的不同序号进行举例，列出全部数字运算过程；若发现同组中两人用相同的序号进行计算举例，则两人的报告均给低分。6对实验所测得的数据结果做必要的总结分析、讨论。实验安排各班按学号分为A，B两大组，根据安排表进行实验。进入实验室前每大组自行组合分为四小组（4-5人），每小组确定实验装置编号，根据装置编号预习对应

3、实验流程。如：化工0601班A组1小组流体阻力号装置，2小组流体阻力号装置，3小组流体阻力号装置，4小组流体阻力号装置。（2套的装置，可重复编号）1典型单元操作实验内容和地点如下表所示。实验内容实验地点实验1 伯努利实验实验2 流体阻力测定实验实验3 离心泵性能测定实验实验4 过滤实验实验5 传热实验实验6 精馏实验实验7 吸收实验实验8 萃取实验实验9 干燥实验逸夫实验楼101室逸夫实验楼106室逸夫实验楼106室逸夫实验楼105室逸夫实验楼105室逸夫实验楼106室逸夫实验楼101室逸夫实验楼101室逸夫实验楼105室 2化工原理实验教学方法工程实验是一项技术工作，它本身就是一门重要的技术

4、学科，有其自己的特点和系统。为了切实加强实验教学环节，将实验课单独设课。化工原理实验课程工程性较强，有许多问题需事先考虑、分析，并做好必要的准备，因此在教学过程中，每个实验课内均安排现场预习和实验操作两个单元。此外 ，化工原理实验室实行开放制度，学生实验前必须预约。化工原理实验成绩实行结构成绩制，分为两部分：（1） 平时成绩占50%，包括预习情况、现场提问、实验操作及实验报告等。（2） 期末成绩占50，期末考试为笔试或操作考试，主要考核学生对工程实验研究方法掌握和应用的程度，包括以下几方面的内容：实验方法、实验原理、实验设计、实验操作、数据处理、实验分析、工程实践等几方面的内容。实验1 伯努利

5、实验、实验目的了解伯努利方程的实际应用。二、实验原理及内容（一）实验原理在实验管路中沿水流方向取n个过水截面。可以列出进口截面(1)至截面(i)的能量方程式（i=2,3,.,，n) （1-1）选好基准面，从已设置的各截面的测压管中读出值,测出通过管路的流量,即可计算出截面平均流速及动压，从而可得到各截面测管压头和总压头。（二）实验内容通过实验确定各截面压头损失及来源。三、实验装置及流程实验测试导管的结构尺寸见图1-1中标绘。图1-1 实验导管结构图实验装置如图1-2所示。图1-2 伯努利方程实验流程示意图四、实验方法及步骤1. 将低位槽灌有一定数量的自来水，关闭离心泵出口调节阀门及实验测试导管

6、出口调节阀门而后启动离心泵。2. 逐步开大离心泵出口调节阀当高位槽溢流管有液体溢流后，调节导管出口调节阀为全开位置。3. 流体稳定后读取A、B、C、D截面静压头和冲压头并记录数据。4. 关小导管出口调节阀重复步骤。 5. 分析讨论流体流过不同位置处的能量转换关系并得出结果。6. 关闭离心泵，实验结束。五、注意事项1不要将离心泵出口调节阀开得过大以免使水流冲击到高位槽外面，同时导致高位槽液面不稳定。2当导管出口调节阀开大应检查一下高位槽内的水面是否稳定，当水面下降时应适当开大泵出口调节阀。 3导管出口调节阀须缓慢地关小以免造成流量突然下降测压管中的水溢出管外。 4注意排除实验导管内的空气泡。 5

7、离心泵不要空转和出口阀门全关的条件下工作。六、报告内容1实验数据记录实验导管出口开度位置（mmH2O柱）A截面B截面C截面D截面静压头冲压头静压头冲压头静压头冲压头静压头冲压头半开标尺读数以D截面为0基准面读数2任取一截面进行冲压头的分析（冲压头为静压头与动压头之和）；3A、B截面间静压头的分析；4C、D截面间静压头的分析：5任取一截面进行压头损失的计算。七、思考题1分析各个截面压头损失的来源。2如果没有压头损失，则观察到的实验现象是什么？八、附录主要设备技术参数1不锈钢离心泵 WB50/025 型2高位槽 525345190 材料 有机玻璃3低位槽 550480400 材料 不锈钢实验2 流

8、体阻力测定实验一、实验目的学习直管摩擦阻力、直管摩擦系数的测定方法。掌握直管摩擦系数与雷诺数和相对粗糙度之间的关系及其变化规律。掌握局部阻力的测量方法。学习压强差的几种测量方法和技巧。掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法二、实验原理及内容(一) 实验原理直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即，对一定的相对粗糙度而言，。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： (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) (1-2)整理(1-1)(1-2)两式得 (1-3) (1-4)式中：管径， ； 直管阻力引起的压强降，； 管长，； 流速，；

9、流体的密度，； 流体的粘度，Ns / m2。 在实验装置中，直管段管长和管径d都已固定。若水温一定，则水的密度和粘度也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降与流速(流量)之间的关系。根据实验数据和式(1-3)可计算出不同流速下的直管摩擦系数，用式(1-4)计算对应的，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出与的关系曲线。(二) 实验步骤1.测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数l。2.测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数l与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系曲线。3.在本实验压差测量范围内，测量阀门的局部阻力系数。三、实验装置及流程(装置一)1、2号图2-1流动过程综合实

10、验流程示意图1-水箱；2-水泵；3-入口真空表；4-出口压力表；5,16-缓冲罐；6,14-测局部阻力近端阀；7,15-测局部阻力远端阀；8,17-粗糙管测压阀；9,21-光滑管测压阀；10-局部阻力阀；11-文丘里流量计；12-压差传感变送器；13-涡流流量计；18-阀门；19-光滑管阀；20-粗糙管阀；22-小流量计；23-大流量计；24-阀门；25-水箱放水阀；26-倒U型管放空阀；27-倒置U型管；28,30-倒U型管排水阀；29,31- 倒U型管平衡阀水泵2将水箱1中的水抽出，送入实验系统，经玻璃转子流量计22、23测量流量，然后送入被测直管段（光滑管及粗糙管）测量流体流动阻力，经回

11、流管流回水箱1。被测直管段流体流动阻力可根据其数值大小分别采用压差变送器12或空气水倒置型管27来测量。(装置二)3、4号图2-2 流体力学综合实验装置流程示意图1-转子流量计；2-流量调节阀；3-直管阻力测量管；7-离心泵；8-压力表；9-真空表；10-流量调节阀；11-文丘里流量计；12-压力变送器；13-显示仪；14-功率表；15-频率计；16-水箱；17-涡轮流量计水泵7将储水槽16中的水抽出，送入实验系统，经玻璃转子流量计1测量流量，然后送入被测直管段3测量流体流动阻力，经回流管流回储水槽16。被测直管段3流体流动阻力P 可根据其数值大小分别采用变送器4或空气水倒置型管来测量。四、实

12、验方法及步骤1. 向储水槽内注水，直到水满为止。(有条件最好用蒸馏水，以保持流体清洁) 2. 大流量状态下的压差测量系统，应先接电预热1015分钟，观察数字仪表的初始值并记录后即可启动泵做实验。3. 光滑管阻力测定： 关闭粗糙管阀，将光滑管阀全开，在流量为零条件下，打开通向倒置U型管的进水阀，检查导压管内是否有气泡存在。若倒置U型管内液柱高度差不为零，则表明导压管内存在气泡。倒置U型管的示意图参见图1-3，具体排气泡的操作过程如下：开大转子流量计调节阀，使倒置U型管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若认为气泡已赶净，则按照下述过程进行检验：将转子流量计调节阀关闭，同时关闭倒U管两进水阀11，

13、慢慢旋开倒置U型管上部的放空阀21，缓慢打开倒U管出水阀3、4，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为零。然后关闭放空阀21，开启倒U管两进水阀11，此时两柱液面高度差应为零，若不为零，说明系统内仍然有气泡，需继续进行排气泡操作，直至气泡赶净为止才可进行后续实验。图1-3导压系统示意图3,4-排水阀；8-粗糙管测压回水阀；9-光滑管测压回水阀；11- U型管进水阀；12-直管压力传感器；20-粗糙管测压进水阀；21- U型管放空阀；22-U型管 该装置两个转子流量计并联连接，根据流量大小选择不同量程的流量计测量流量。 差压变送器与倒置U型管也是并联连接，用于测量直

14、管段的压差，小流量时用倒置型管压差计测量，大流量时用差压变送器测量。应在最大流量和最小流量之间进行实验，一般测取1520组数据。4. 粗糙管阻力测定：关闭光滑管阀，将粗糙管阀全开，从小流量到最大流量，测取1520组数据(同光滑管阻力测定过程)。5. 测取水箱水温。待数据测量完毕，关闭流量调节阀，停泵。五、注意事项1. 利用压力传感器测大流量下压差P 时，应切断空气一水倒置U型管两进水阀门否则影响测量数值。2. 在实验过程中每调节一个流量之后应待流量和直管压降的数据稳定以后方可记录数据。3. 若较长时间内不做实验，放掉系统内及储水槽内的水。4. 该装置应良好地接地。5. 启动离心泵前，关闭压力表

15、和真空表的开关以免损坏压强表。六、报告内容1. 将实验数据和数据整理结果列在数据表格中，并以其中一组数据为例写出详细计算过程。2. 在合适的坐标系下标绘光滑直管和粗糙直管关系曲线。3. 根据所标绘的关系曲线，求本实验条件下光滑直管层流区的关系式，并于理论公式比较，分析误差。七、思考题1. 本实验用水为工作介质做出的曲线，对其它流体能否使用？为什么？2. 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Pf的计算过程和公式是否与水平管完全相同?为什么?3. 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

16、?何时用倒置U形管?操作时要注意什么？八、附录(一)主要设备技术参数 号装置技术参数1流体阻力(1)被测直管段：光滑管: 管径d0.008(m) 管长L1.71(m) 材料：不锈钢 粗糙管: 管径d0.010(m) 管长L1.71(m) 材料：不锈钢 (2)玻璃转子流量计：LZB25型：测量范围1001000 L/h，精度1.5级LZB10型：测量范围10100 L/h，精度2.5级(3)压差传感器：型号：LXWY，测量范围：200 kPa(4)数显表：型号：501，测量范围：0200kPa(5)离心泵：型号：WB70/055，流量：20200 L/h，扬程：1913.5m，电机功率：550W

17、，电流：1.35A，电压：380V2.流量计性能文丘里流量计，文丘里喉径：0.020m，实验管路管径：0.043m，3. 离心泵性能(1)离心泵：型号 WB70/055，流量Q=4m3/h，扬程H=8m，轴功率N=168w，电机效率为60%(2)真空表：用于泵吸入口真空度的测量。表盘直径100mm，测量范围-0.10MPa，精度1.5级，真空表测压位置管内径d1=0.025m(3)压力表：用于泵出口压力的测量。表盘直径100mm，测量范围00.25MPa，精度1.5级，压强表测压位置管内径d2=0.025m(4)流量计（涡轮流量计）：精度0.5级 (5)功率表：型号501，精度1.0级(6)两

18、测压口之间距离，即真空表与压强表测压口之间的垂直距离h0=0.38m4.管路特性 变频器：型号N2-401-H，规格：050Hz号装置技术参数1流体阻力：(1)被测直管段：管径d0.00790(m) ，管长L1.600(m) ，材料：不锈钢(2)玻璃转子流量计：LZB25型：测量范围1001000 L/h，精度1.5级LZB10型：测量范围10100 L/h，精度2.5级(3)压差传感器：型号：LXWY，测量范围：200 kPa(4)数显表：型号：PD139,测量范围0200kPa(5)离心泵：型号：WB70/055，流量：20200 L/h，扬程：1913.5m，电机功率：550W，电流：1

19、.35A，电压：380V2流量计性能文丘里流量计，文丘里喉径：0.025m，实验管路管径：0.043m3离心泵性能(1)离心泵：流量Q=4m3/h，扬程H=8m，轴功率N=168w(2)真空表测压位置管内径d1=0.025m(3)压强表测压位置管内径d2=0.025m(4)真空表与压强表测压口之间的垂直距离h0=0.18m(5)电机效率为60%4流量测量：号装置：涡轮流量计仪表常数为77.054 S/L，精度0.5级；号装置：涡轮流量计仪表常数为78.584 S/L，精度0.5级；5功率测量（功率表）：型号 PS-139，精度1.0级6泵吸入口真空度的测量（真空表）表盘直径100mm，测量范围

20、-0.10MPa，精度1.5级7泵出口压力的测量（压力表）表盘直径100mm，测量范围00.25MPa，精度1.5级8管路特性：变频器：型号N2-401-H，规格050Hz(二)物性参数表2-1 水密度及粘度随温度变化表温度t/密度/(g/ mL)黏度 /(10-3Pas)100.99971.3097120.9995- 140.99924- 150.9990991.1447160.99894- 17- - 180.9986- 19- - 200.9982031.008721- - 220.99777- 23- - 240.9973- 250.9970440.8949260.99678- 27-

21、 - 280.99623- 29- - 实验3 流量计标定实验一、实验目的1、了解几种常用流量计的构造、工作原理和主要特点。2、掌握流量计的标定方法。3、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。4、学习合理选择坐标系的方法。二、实验原理及内容（一）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： （10-1） 式中：被测流体(水)的体积流量，m3/s； 流量系数，无因次； 流量计节流孔截面积，m2； 流量计上、下游两取压口之间的压强差，Pa ； 被测流体(水)的密度，kgm3 。 用涡轮流量计作为标准流量计来测量流量VS。

22、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Vs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CRe关系曲线。（二）实验内容1、通过实验室的实物，了解文丘里及涡轮流量计的构造及工作原理。2、测定节流式流量计（文丘里流量计）的流量标定曲线。3、测定节流式流量计雷诺数Re和流量系数C的关系。三、实验装置及流程实验装置及流程图参见实验二中图2-1、图2-2。四、实验方法及步骤方法一：新装置图见实验二中图2-1（、号实验装置） 向储水槽内注入蒸馏水。检查流量调节阀18，压力表4的开关及真空表3的开关是否关闭(应关闭)。 启动离心泵，缓慢打开调节阀18至全开，用倒U型管进行

23、赶气泡操作（参见实验二）。待系统内流体稳定，进行完赶气泡操作，即系统内已没有气体，将倒U型管所有阀门关闭，方可测取数据。 用阀18调节流量，从流量为零至最大或流量从最大到零，测取 1015组数据，同时记录表盘文丘里流量计的压差和流量读数，并记录水温。 实验结束后，关闭流量调节阀，停泵，切断电源。方法二：旧装置图见实验二中图2-2（、号实验装置）1.检查流量调节阀10，压力表8的开关及真空表9的开关是否关闭(应关闭)。2.启动离心泵，缓慢打开调节阀10至全开。待系统内流体稳定，即系统内已没有气体，打开压力表和真空表的开关，方可测取数据。3. 用阀10调节流量，测取数据的顺序可从最大流量至0，或反

24、之，测取 1015组数据，每次测量同时记录表盘文丘里流量计的压差和流量读数，并记录水温。4.实验结束，关闭调节阀，停泵，切断电源。五、注意事项1. 启动心泵之前，关闭压力表和真空表的开关以免损坏压强表，并检查所有流量调节阀是否关闭。2. 测取数据时，应将回流阀全开。3. 在实验过程中每调节一个流量之后应待流量和压差的数据稳定以后方可记录数据。4. 若较长时间内不做实验，放掉系统内及储水槽内的水。六、报告内容 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。 在合适的坐标系上，标绘流量Vs和压差P的关系曲线（即流量标定曲线）、流量系数C和雷诺数Re 的关系曲线。七、思考题1、 实验

25、管路中如果积存有空气，为什么要排除?2、 U管压差计上装设的平衡阀有何作用？在什么情况下应开着？在什么情况下应该关闭？3、 在所学过的流量计中，哪些属于节流式流量计？哪些属于变截面流量计？4、 用转子流量计作为标准流量计来测量流量VS，有无测量误差？为什么？八、附录（一）设备主要技术数据1、流量计性能流量测量：文丘里流量计 文丘里喉径：0.020m涡轮流量计 精度0.5级实验管路管径：0.043m，2、离心泵性能（1）离心泵 型号：WB70/055流量Q=4m3/h ，扬程H=8m ，轴功率N=168w，电机效率为60%（2）真空表 用于泵吸入口真空度的测量 表盘真径-100mm 测量范围-0

26、.1-0MPa 精度1.5级测压位置管内径d1=0.025m（3）压强表 用于泵出口压力的测量 表盘直径-100mm 测量范围0-0.25MPa 精度1.5级测压位置管内径d2=0.025m（4）流量计 涡轮流量计 精度0.5级（5）功率表 型号501 精度1.0级（6）两测压口之间距离：真空表与压强表测压口之间的垂直距离h0=0.38m实验4 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。二、实验原理及内容（一）实验原理1. 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

27、程H、轴功率N及效率均随流量Q而改变。通常通过实验测出H-Q、N-Q及 -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：离心泵性能的测定：流量VS的计算：涡轮流量计的仪表常数K （3-1） H的测定：在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程 （3-2） （3-3）上式中是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力，与柏努力方程中其它项比较，值很小，故可忽略。于是上式变为： （3-4）将测得的和的值以及计算所得的代入上式即可求得H的值勤。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，所以

28、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。的测定 （3-5） （3-6）式中： 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，m3/s 水的密度，kg/m32. 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

29、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。（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）、h（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、实验装置及流程实验装置及流程图参见实验二中图2-1、图2-2。四、实验方法及步骤方法一：新装置图见实验二中图2-1（一）流量计、离心泵性能的测定1.向储水槽内注入蒸馏水。检查流量调节阀18，压力表4的开关及真空表3的开关是否关闭(应关闭)。2.启动离心泵，缓慢打开调节阀18至全开，进行

30、赶气泡操作。待系统内流体稳定，即系统内已没有气体，打开压力表和真空表的开关，方可测取数据。3.用阀18调节流量，从流量为零至最大或流量从最大到零，测取 1015组数据，同时记录流量、泵入口真空度、泵出口压强、功率表读数，并记录水温。4.实验结束后，关闭流量调节阀，停泵，切断电源。（二）管路特性的测量1.测量管路特性曲线测定时，先置流量调节阀18为某一开度，调节离心泵电机频率（调节范围2050Hz），测取 1015组数据，同时记录电机频率、泵入口真空度、泵出口压强、流量计读数，并记录水温。2.实验结束后，关闭流量调节阀，停泵，切断电源。方法二：旧装置图见实验二中图2-2（一）流量计、离心泵性能的

31、测定1.向储水槽内注入蒸馏水。检查流量调节阀10，压力表8的开关及真空表9的开关是否关闭(应关闭)。2.启动离心泵，缓慢打开调节阀10至全开。待系统内流体稳定，即系统内已没有气体，打开压力表和真空表的开关，方可测取数据。3.测取数据的顺序可从最大流量至0，或反之。一般测1520组数据。4.每次测量同时记录：涡轮流量计的频率、压力表、真空表、功率表的读数及水温。（二）管路特性的测量1.置流量调节阀10为某一状态(即使系统的流量为某一固定值)。2.调节离心泵电机频率（调节范围(2050Hz)，以得到管路特性改变状态。测取 1015组数据。3.每改变电机频率一次，同时记录以下数据：电机频率、涡轮流量

32、计的频率、泵入口真空度、泵出口压强、水温。4.实验结束，关闭调节阀，停泵，切断电源五、注意事项1.启动心泵之前，必须检查所有流量调节阀是否关闭。2.测取数据时，应将回流阀全开。六、报告内容1.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。2.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）。3. 标绘本实验的管路特性曲线，并标出泵的工作点。七、思考题1.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?2.本实验中，为了得到较好的实验结果，实验流量范围下限应

33、小到零，上限应尽量的大，为什么?3.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?实验5 过滤实验一、实验目的1.熟悉板框过滤机构造和操作方法；2.掌握恒压过滤常数、的测定方法，加深对、的概念和影响因素的理解。3. 学习滤饼的压缩性指数s和物料常数的测定方法。二、实验原理及内容（一）实验原理1恒压过滤常数、的测定方法根据恒压过滤方程： （4-1）式中: q单位过滤面积获得的滤液体积 m3/m2；qe单位过滤面积的虚拟滤液体积 m3/m2；实际过滤时间 S；e 虚拟过滤时间 S；K过滤常数 m2/S将(1)式微分得： （4-2）此为直线方程，于普通坐

34、标系上标绘对的关系，所得直线斜率为：，截距为，从而求出K、qe，由下式得： （4-3）当各数据点的时间间隔不大时，可以用增量之比来代替即：与作图。2常数k、s的测定方法过滤常数的定义式： （4-4）两边取对数： （4-5）因 s常数，常数，故K与P的关系，在双对数坐标上标绘是一条直线。直线的斜率1-S，由此可计算出压缩性指数S，读取P-K直线上任一点处的K，p数据一起代入(4-5)式计算物料特性常数k。（二）实验内容1测定在恒压操作时的过滤常数、，并以实验所得结果验证过滤方程式，增进对过滤理论的理解； 2掌握过滤问题的简化工程处理方法；3改变压强差重复上述操作，测定压缩指数s和物料特性常数k。

35、三、实验装置及流程图4-1恒压过滤实验流程示意图1-调速器；2-电动搅拌器；3、4、6、11、14-阀门；5、7-压力表；8-板框过滤机； 9-压紧装置；10-滤浆槽；12-旋涡泵；13-计量桶流程图如图4-1所示，滤浆槽内配有一定浓度的轻质碳酸钙悬浮液（浓度在2-4%左右），用电动搅拌器进行均匀搅拌(浆液不出现旋涡为好)。启动旋涡泵，调节阀门3使压力表5指示在规定值。滤液在计量桶内计量。过滤、洗涤管路如图4-2示 图4-2 板框过渡机固定头管路分布图四、实验方法及操作步骤1. 系统接上电源，打开搅拌器电源开关，启动电动搅拌器2。将滤液槽10内浆液搅拌均匀。2. 板框过滤机板、框排列顺序为：固

36、定头非洗涤板框洗涤板框非洗涤板可动头。用压紧装置压紧后待用。3. 在计量桶内加50mm的自来水，使阀门3（料浆循环阀）、11处于全开、阀4、6处于全关状态。启动旋涡泵12，调节阀门3使压力表5达到规定值（实验压力分别为0.05MPa，0.10 MPa，0.15 MPa。）。4. 待压力表5稳定后，打开过滤入口阀6过滤开始。当计量桶13内见到第一滴液体时按表计时。记录滤液每增加高度10mm时所用的时间。当计量桶13读数为170 mm时停止计时，并立即关闭入口阀6。5. 打开阀门3使压力表5指示值下降到零。开启压紧装置卸下过滤框内的滤饼并放回滤浆槽内，将滤布清洗干净。放出计量桶内的滤液并倒回槽内（

37、注意余下50mm的水），以保证滤浆浓度恒定。6. 改变压力，从（2）开始重复上述实验。7. 每组实验结束后应用洗水管路对滤饼进行洗涤，测定洗涤时间和洗水量。8. 实验结束时阀门4接上自来水、阀门14接通下水，关闭阀门3、11，不装滤布对泵及滤浆进出口管进行冲洗。五、注意事项1. 过滤板与框之间的密封垫应注意放正，过滤板与框的滤液进出口对齐。用摇柄把过滤设备压紧，以免漏液。2. 计量桶的流液管口应贴桶壁，否则液面波动影响读数。3. 实验结束时关闭阀门3、11。用阀门4接通自来水对泵及滤浆进出口管进行冲洗。切忌将自来水灌入储料槽中。4. 电动搅拌器为无级调速。使用时首先接上系统电源，打开调速器开关

38、，调速钮一定由小到大缓慢调节，切勿反方向调节或调节过快损坏电机。5. 启动搅拌前，用手旋转一下搅拌轴以保证顺利启动搅拌器。六、报告内容1列出全部过滤操作的原始数据，表格由各组统一设计。 2以作图，求出过滤常数； 3写出完整的过滤方程式； 七、思考题1.为什么每次实验结束后，都得把滤饼和滤液倒回滤浆槽内？2.本实验装置真空表的读数是否真正反映实际过滤推动力？为什么？3.分析碳酸钙的S理与S测的偏差，结合实验分析原因。八、附录主要设备技术参数1旋涡泵: 型号2搅拌器: 型号: KDZ-1；功率：160w 转速：3200转/分；3过滤板: 规格: 16018011（mm）；4滤布：型号 工业用；过滤

39、面积0.0475m2。5计量桶：现场测定实验6 传热综合实验一、实验目的1.通过对空气水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m的值。2.通过对管程内部插有螺旋线圈的空气水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu=BRem中常数B、m的值和强化比Nu/Nu0，了解强化传热的基本理论和基本方式。3.了解套管换热器的管内压降和Nu之间的关系。4. 掌握热电偶的测温原理，了解热电偶正确的使用方法。二、实验原理及内容 实验原理1光滑套管换热器传热系数及其准数关联式的测定（1）

40、对流传热系数的测定在该传热实验中，空气走内管，蒸气走外管。对流传热系数可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定 （5-1）式中：管内流体对流传热系数，W/(m2)； Qi管内传热速率，W； Si管内换热面积，m2； 内壁面与流体间的温差，。 由下式确定： （5-2）式中：t1，t2 冷流体的入口、出口温度，； tw 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tw 来表示。 管内换热面积： （5-3）式中：di内管管内径，m； Li传热管测量段的实际长度，m。 由热量衡算式： （5-4）其中质量流量由下式求得： （5-5）式

41、中：冷流体在套管内的平均体积流量，m3 / h； 冷流体的定压比热，kJ / (kg)； 冷流体的密度，kg /m3。 和可根据定性温度tm查得，为冷流体进出口平均温度。t1，t2， tw， 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 （5-6） 其中：，物性数据、可根据定性温度tm查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为： （5-7）这样通过实验确定不同流量下的与，然后用线性回归方法确定A和m的值。2. 强化套管换热器传热系数、准数关联式及强化比的测定图5-1

42、螺旋线圈内部结构强化传热又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，更有效地利用能源和资金。强化传热的方法有多种，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。螺旋线圈的结构图如图5-1所示，螺旋线圈由直径3mm以下的铜丝和钢丝按一定节距绕成。将金属螺旋线圈插入并固定在管内，即可构成一种强化传热管。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。由于绕制线圈的金属丝直径很细，流体

43、旋流强度也较弱，所以阻力较小，有利于节省能源。螺旋线圈是以线圈节距H与管内径d的比值技术参数，且长径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素。科学家通过实验研究总结了形式为的经验公式，其中B和m的值因螺旋丝尺寸不同而不同。采用和光滑套管同样的实验方法确定不同流量下得Rei与Nu，用线性回归方法可确定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，它的形式是：，其中Nu是强化管的努塞尔准数，Nu0是光滑管的努塞尔准数，显然，强化比，而且它的值越大，强化效果越好。（二）实验内容1光滑管对流传热系数的计算。2强化管对流传热系数的计算。3传热经验关联式的确定。三

44、、实验装置及流程图5-2 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图1-普通套管换热器；2-内插有螺旋线圈的强化套管换热器；3-蒸汽发生器；4-旋涡气泵；5-旁路调节阀；6-孔板流量计；7-风机出口温度（冷流体入口温度）测试点；8、9-空气支路控制阀；10、11-蒸汽支路控制阀；12、13-蒸汽放空口；14-蒸汽上升主管路；15-加水口；16-放水口；17-液位计；18-冷凝液回流口实验流程中： 空气流量的测量空气流量计由孔板与差压变送器和二次仪表组成。该孔板流量计在20时标定的流量和压差的关系式为： （5-8）流量计在实际使用时往往不是20，此时需要对该读数进行校正： （5-9）式中：孔板流量计两端

45、压差，KPa； 20时体积流量， m3/h；流量计处体积流量，也是空气入口体积流量，m3/h； 流量计处温度，也是空气入口温度，。由于换热器内温度的变化，传热管内的体积流量需进行校正： （5-10）式中：传热管内平均体积流量，m3/h； 传热管内平均温度，。 温度的测量空气进出口温度采用电偶电阻温度计测得，由多路巡检表以数值形式显示，具体读法见附录。四、实验方法及步骤 实验前的准备，检查工作(1) 向电加热釜加水至液位计3/4高度。(2) 向保温瓶中加入适量的冰水混合物，并将冷端补偿热电偶插入其中。(3) 检查空气流量旁路调节阀是否全开。(4) 检查蒸气管支路各控制阀是否已打开。保证蒸汽和空气

46、管线的畅通。(5)接通电源总闸，设定加热电压170-180v，启动电加热器开关，开始加热，在整个实验过程中始终保持换热器出口处有水蒸气。2实验开始 关闭通向强化套管的阀门5，打开通向简单套管的阀门6，当简单套管换热器的放空口9有水蒸气冒出时，可启动风机，此时要关闭阀门12，打开阀门11。在整个实验过程中始终保持换热器出口处有水蒸气冒出。 启动风机后用放空阀14来调节流量，调好某一流量后稳定5-10分钟后，分别测量空气的流量，空气进、出口的温度及壁面温度。然后，改变流量测量下组数据。一般从小流量到最大流量之间，要测量56组数据。 做完简单套管换热器的数据后，要进行强化管换热器实验。先打开蒸汽支路

47、阀5，全部打开空气旁路阀14，关闭蒸汽支路阀6，打开空气支路阀12，关闭空气支路阀11，进行强化管传热实验。实验方法同步骤。3. 实验结束后，依次关闭加热电源、风机和总电源。一切复原。五、注意事项1由于采用热电偶测温，所以实验前要检查冰桶中是否有冰水混合物共存。检查热电偶的冷端，是否全部浸没在冰水混合物中。2 检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常范围内。特别是每个实验结束后，进行下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。3必须保证蒸汽上升管线的畅通。即在给蒸汽加热釜电压之前，两蒸汽支路阀门之一必须全开。在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭阀门必须缓慢。4必须保证空气

48、管线的畅通。即在接通风机电源之前，两个空气支路控制阀之一和旁路调节阀必须全开。在转换支路时，应先将下一支路空气阀门全开，然后关闭上一支路阀门。5调节流量后，应至少稳定510分钟后读取实验数据。6实验中保持上升蒸汽量的稳定，不应改变加热电压，且保证蒸汽放空口一直有蒸汽放出。六、报告内容1计算各圆管的对流传热系数（计算表格见附录）。2在双对数坐标系绘出 对Re的关系曲线。 3写出流体在圆管内作强制湍流流动时的传热膜系数半经验关联式（光滑管和强化管）。4将实验得到的半经验准数关联式和书本经验公式进行比较。并分析造成偏差的原因。七、思考题 本实验中管壁温度应接近加热蒸汽温度还是空气温度？为什么？ 2管内