化工原理试验讲义009修改

1、化工原理实验讲义西北民族大学化工学院化学工程实验室00实验1雷诺实验实验目的1. 了解管内流体质点的运动方式，认识不同流动形态的特点，掌握判别流行的准则;2. 观察圆直管内流体作层流、过渡流、湍流的流动形态。二、 实验内容以红墨水为示踪剂，观察圆直玻璃管内水为工作流体时，流体作层流、过渡流、湍流时的各种流动形态。基本原理流体流动时存在两种不同的型态：即层流和湍流。层流时大多数流体服从牛顿粘性定律、傅立叶定律和费克定律。即动量传递量、热量传递量、质量传递量分别与速度梯度、温度梯度、浓度梯度成线性关系。而湍流时流体不再服从这些定律，此时流体内会产生大量旋涡， 以毫无秩序的方式快速运动，从而使过程变

2、得复杂起来。流动型态对传递过程有着非常显著 的影响。特别是，湍流流体中质点在径向的脉动，会造成垂直于主流方向上流体的强烈混合；这对减小边界层的厚度，进而降低传热与传质阻力，都是十分必要的。在雷诺实验中，可以观察到层流和湍流的非常鲜明直观的流动现象。低流量时着色水成一平稳的细线，在管心沿管轴流动； 随着流量的逐渐增大，着色水便成为波浪形细线，并且不规则地波动；流量再增大，细线的波动加剧，进而形成许许多多旋涡向四周散开，致使着 色水扩散至全管，从而使管内流体的颜色均匀一致。实验中还可观察到湍流流体中不断有旋涡产生、移动、扩大、分裂和消失。根据大量实验结果，发现影响流动状况的因素有：流体的性质p和、

3、管内径d及流速u。雷诺数Re就是由这些影响因素组合成的一个无量纲群，即Re dU(Re式中 d 管子内径（m）0 0 0=m kg s )u流体流速（-1m s )p流体密度(kg -3m )流体粘度(Pa s )当流体在圆形直管内流动时，若Re< 2000，流动型态为层流；而 Re>4000时，则为湍流，并且随着雷诺数的增大，反映出湍动强度在加剧；Re在20004000之间为过渡流，即可能是层流，也可能是湍流，即便是层流，流动也易受外界因素如噪声、震动等的影响而转 变为湍流。实验中需保持流动始终处于稳态 ，因而需保持水箱内液位恒定和避免液面波动。为此在实验装置中，水由进水管先流入

4、进水槽后再由小孔流入水箱，并且超出液位的水经溢流口泄入下水道中，溢流流量要尽可能地小。四、装置流程及操作步骤实验室有两种不同类型的雷诺实验装置，其中A型装置流程及操作步骤如下:（一）A型装置流程【设备参数】转子流量计LZB 10量程：16160 L/h十转流量计LZB 25量程：100 1000 L/h有机玻璃管规格30 >2.5 mm管长L = 1200 mm【流程图】33针形阀 3. 透明水箱流量调节阀6、8.转子流量计1. 着色水瓶2.4. 有机玻璃管5.7.管子喇叭形入口图1.雷诺实验装置 A流程（二）A型装置操作步骤1. 打开进水阀（逆时针方向旋转），将水充满水箱；打开溢流管泄

5、水阀，以保持水箱 液位恒定；2. 由放空阀排除管路系统空气；若管壁附着大量气泡时，可开启流量调节阀，使水流 快速流过以冲走气泡；3. 用玻璃温度计测定水温，并记录；4. 先启开流量调节阀少许；然后调节针形阀，控制着色水的注入速度（尽量小），使着色水为一细线；5. 逐渐增大流量调节阀开度，观察管内着色水流的变化；读出流量计读数，并记录实验现象（先打开量程小的转子流量计，关闭大量程流量计， 待流量超出小流量计的量程后，把它关闭，再改用大量程的转子流量计；每调定一个流量，需保持十分钟使得流动稳定）；6. 实验结束，打开水箱下管路上的排水阀，关闭进水阀，关闭流量调节阀和针形阀， 实验装置恢复原状。（三

6、）B型装置流程【设备参数】观察管内径：24.5mm；材质：玻璃LZB-25流量计流量氾围：40 400L/h【流程图】观察管溢流管流量计 水箱图2.雷诺实验装置B流程捷水瓶（四）B型装置操作步骤1. 检查所有阀门处于关闭状态，向墨水瓶内注入墨水（示踪剂）。2. 将高位槽注满水。3. 待溢流管内有水流出时，调节进水龙头开度，使溢流管内有少量溢流。4. 打开“排气阀”，待墨水流出，关闭“排气阀”，打开“示踪剂调节阀”，调节示踪 剂流量至墨水呈细线状。5. 稍稍打开“流量调节阀”，待示踪剂呈稳定线状流动后，再缓慢调节流量至所需流 量。6. 控制流体在滞流区、过渡区、湍流区各做几组流量，并观察现象。7

7、. 关闭各阀门，停止实验。五、 注意事项1. 实验过程中，注意保持水箱液位恒定；在稳定流动下，易于观察实验现象；2. 若着色水管路堵塞，可将针形阀从管路上拆下清洗；安装针形阀时要注意标明在阀柄上的安装方向；长时间不做实验，应将墨水瓶内的墨水倾倒干净，换上清水，将示踪剂管道清洗干净，以免堵塞。3. 通常打开阀门时按逆时针方向旋转，关闭阀门时按顺时针方向旋转；开关阀门时不能开关过头，用力过猛；4. 溢流管内有少量溢流即可，否则会影响雷诺准数的测定。六、数据记录原始数据表水温：°C序号流量，L/h现象12七、报告要求1. 计算不同流量对应的雷诺数；2. 与所学理论结合，讨论实验现象，并对于

8、理论有出入部分从实验操作不当的角度来 找寻引起实验误差的原因。八、思考题1. 什么是无量纲群？2. 流动型态对传递过程的意义是什么？3. 若红墨水注入管不设在实验观察管中心，能得到实验预期的结果吗？4. 层流和湍流的本质区别在于流体质点的运动方式不同，试述两者的运动方式。实验2柏努利方程实验实验目的1. 了解流体在管内流动情况下，静压能、动能、位能之间相互转换的关系，加深对柏努利方程的理解;2. 了解流体在管内流动时，流动阻力的表现形式。实验内容观察流动过程中，随着实验测试管结构与水平位置的变化及流量的改变, 与动能之间的变化情况，并找出其规律，以验证柏努利方程。静压能、位能基本原理在实验中，

9、观察不可压缩流体在导管内流动时，各种形式机械能的相互转化现象，并验证机械能衡算方程（伯努利方程）。通过实验，加深对流体流动过程基础本原理的理解。流 体在流动时具有位能、动能、压力能、内能，另还由于流体流动时会产生阻力，因而损耗一 部分机械能，当流体在导管内作定常流动时，在导管的各截面之间的各种形式机械能的变化规律，可由稳定流动总能量基本方程来表达。当稳定流动总能量方程应用于理想的不可压缩的流体且无外加功时，假设沿实验管路内水流动方向任意取1- 1和2-2过水截面，则这两个截面之间的能量方程可简化为：g乙P1V22gZ2P2V22(1)该方程式（1）为柏努利方程（Berno ulli's

10、 equati on）。以单位质量基准:22g乙P1gZ2_P2U222(1a)以单位重量基准:22P1U1P2U2Z1Z2g2gg2g(1b)以单位体积基准:22U1U2g乙P1gZ2P2-22(1c)式（1a）、（1b）和（1c）为柏努利方程的延伸方程。当液体流经的系统为一水平装置的管道时，则稳定流动总能量方程可简化为2 2P1 u_ 卫2 U2 H f2 2（2）当流体处于静止状态时，则稳定流动总能量方程可简化为gZi P gZ2 血（3） 该方程为流体静力学基本方程。以上方程中，Z 流体的位压头；P流体的压强，Pa;u 流体的平均流速，ms-;P -流体的密度，kg m3;H f 流动

11、系统内因阻力造成的能量损失，J kg -;下标1和2分别为系统的进口和出口两个截面。选好基准面，从已设置的各截面读出相应的数据，就可以得到各截面的测管水头和总水头。四、装置流程及操作步骤（一）装置流程【设备参数】不锈钢离心泵功率：0.25kW ;气蚀余量：2.0m ； 取大流量：4.7m3/h ；最大扬程：12m。流量计LZB-25流量范围：40400L/h管道规格大管25 >2.5 mm，小管19 >2mm【流程图】水槽育心泵图3.柏努利方程实验装置流程（二）操作步骤1. 检查所有阀门处于关闭状态，确定水槽内注满水。2. 启动离心泵向管路输送液体，缓慢调节“流量调节阀”，将管路中

12、的气体排放干净。3. 待流量稳定后，调节“流量调节阀”，记录各测压管内液柱高度。4. 改变流量、阀门开度重复实验。5. 关闭各阀门，停止实验。五、 注意事项1. 实验开始前所有阀门须处于关闭状态。2. 实验开始时水槽内须注满水。3. 禁止在无液体时启动离心泵。4. 流量调节阀须缓慢关小，以免造成流量突然下降，使测压管中的水溢出。5. 必须排除实验的导管中的空气泡。六、数据记录原始数据表水温：°C ;水平管位差：mm序号流量 （L/h）测压管读数（mm）1管2管;3管:4管”5管12七、报告要求1. 计算不同流量时，各处的位能、动能、静压能；2. 验证机械能是否守恒，讨论各处机械能不相

13、等的原因。八、思考题1. 如何将实验导管和测压管中的空气泡排干净？分析未将空气排净对实验的影响?2. 在开启进水阀和实验导管出口调节阀时，为何一定要缓慢调节阀的开启度？3. 为什么实验要保持在恒水位条件下进行？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 Co随雷诺数Re的变化规律、流量系数Co的确定方法。4. 学习合理选择坐标系的方法。实验内容1. 通过实验室实物和图像，了解孔板流量计、转子流量计、涡轮流量计的构工作原理。2. 测定孔板流量计和转子流量计的流量标定曲线。3. 测定孔板流量计的雷

14、诺数Re和流量系数Co的关系。基本原理转子流量计和孔板流量计测量的都是体积流量，目前测定体积流量的流量计主要分为： 节流式（压差式）、转子式、涡轮式等。转子流量计通过改变流通面积的方法测量流量。转子流量计具有结构简单、价格便宜、 刻度均匀、直观、量程比大、使用方便、能量损失少等特点。孔板流量计是节流式流量计的一种，节流式流量计是利用液体流经节流装置时产生压力差而实现压力测量的。它通常是由能将被测流量转化成压力信号的节流元件（如孔板、喷嘴等）和测量压力差的压差计组成。对于标准孔板，流量与流量系数的关系为：QsCo Ao式中：Qs体积流量，m3/s;Co流量系数也称孔流系数，无因次;孔板小孔的面积

15、，m2；PaPb孔板前后的压差，Pa;被测流体密度，kg/m3。由测定的流量即可计算出流量系数的数值，流量系数与Re准数有关，通过实验可以测定CoRe关系图。标定流量计的方法可按校验实验装置的标准器形式分为：容器式、称量式、标准体积管式和标准流量计式等。本实验采用的为称量法（称量式）。该方法，用离心泵将液体贮槽中抽出实验液体，通过被标定流量计进入测量容器，同时用电子秤对流入的液体进行测量。按照增加一定质量读取所需时间，然后用此重量、时间和被标定流量的示值即可标定该流量计。m空qVs1 3600式中：qVs 准确体积流量，m3/h;m 流入液体的质量，kg;流过被标定流量计的液体密度，kg/m3

16、;空一一空气的密度，kg/m3;流入时间，S。四、装置流程及操作步骤（一）装置流程【设备参数】不锈钢离心泵型号： WBD70/037 额定功率：370W 气蚀余量：2.0m最大扬程：15.5m转子流量计LZB-15流量范围：40400L/h孔板流量计孔径：6.8mm【流程图】泵孔板流量计水槽图4.柏努利方程实验装置流程（二）操作步骤1. 将水槽加满水，注意清理水槽内杂物，以免损坏离心泵。2. 确认“流量调节阀”处于关闭状态，“回水阀”处于开启状态，启动离心泵。3. 缓慢调节“流量调节阀”，调节流量至最大流量（400L/h），进行排气操作，至系统内无气泡为止，记录水温，4. 开启电子秤，进行预热

17、，将计量桶放在电子秤上。按“去皮”键，使重量读数为 0.000kg。5. 缓慢调节“流量调节阀”至所需流量，待系统稳定（约5分钟），先开启“计量阀”再关闭“回水阀”，记录转子流量计流量、孔板压差。6. 当电子秤显示为1.000kg时开始计时，以后每增加 2kg，记录一次时间，当电子秤 显示9.000kg时，停止计时。7. 记录结束，打开“回水阀”，再关闭“计量阀”。将计量桶内的水倒回水槽内，将秒表计时归零，准备进行下一组操作。8. 改变流量，重复步骤 5、6、7,最后再记录一次水温。9. 实验结束，关闭电源，一切复原。五、 注意事项1. 开启离心泵电源前，应确认流量调节阀处于基本关闭状态，以免

18、流量突然增大损坏转子流量计。2. 离心泵不能缺水运行，实验前应先检查水槽内水量。3. 开启和关闭“回水阀”和“计量阀”时，注意一定要先开后关，否则压差过大，导 致系统内水流入U型管压差计导管，影响实验结果的准确性。切忌两阀同时关闭。4. 电子秤的最大称量重量为15kg，测量桶约重 2.3kg，因此最大称量量不得超过12.7kg。5. 实验前应认真学习停表和电子秤的使用方法。六、数据记录原始数据表水温：0C （始）0C （末）序 号转子流量计读数（L/h ）孔板压差（mmH2O）电子秤为下列读数时的时间（s）1.000kg3.000kg5.000kg7.000kg9.000kg12七、报告要求1

19、. 将实验数据和转子流量计标定结果（包括转子流量计读数、校正流量、标定流量、 相对误差等）分别列在数据表格中，并以其中一组数据计算示例；2. 在合适的坐标系上，标绘孔板流量计的流量标定曲线（即流量与压差关系）、流量系数Co与雷诺数Re的关系曲线。八、思考题1. 实验管路和导压管中如果积存有空气，为什么要排除？2. 什么情况下的流量计需要标定？标定方法有哪些？本实验是用哪一种？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？实验4流体流动阻力的测定实验目的1. 直管摩擦阻力压力降 APf、直管摩擦因数 入的测定方法。2. 掌握在不同流量下摩擦因数入与雷诺数Re之间的关系及其

20、变化规律。3. 学习局部阻力系数 Z的测定。实验内容1. 测定既定管路内流体流动的摩擦阻力和直管摩擦因数入2. 测定既定管路内流体流动的直管摩擦因数入与雷诺数Re之间的关系曲线和关系式。3. 测定既定管路内流体流动的局部阻力系数Z。基本原理管路阻力的计算是流体输送的核心问题之一，立在阻力实验测定的基础之上。流动阻力也与换热器设计、塔器设计等密切相关；于换热器而言，不仅应考虑传热性能， 还应考虑流动阻力引起的机械能损失。或塔填料的压力降是评价塔板或塔填料的重要指标，例如，筛板由于结构简单,而得到广泛应用；同理，规整填料的结构整齐规则，也具有较小的压力降， 馏时，其压力降小这一特有的价值就突显出来

21、。显而易见，作有着十分重要的影响。流体流过管路的流动阻力包括直管阻力和局部阻力两部分。 管阻力，以及应用当量长度法或阻力系数法计算局部阻力， 绍流动阻力的实验测定原理，即摩擦因数入与阻力系数也是管路设计的重要内容,其计算方法建 例如，对流体通过塔板 流动阻力小当应用于减压蒸 流动阻力对传递过程及诸单元操应用摩狄摩擦系数图计算直 这都是大家非常熟悉的。下面介 Z的实验测定方法。（一） 直管阻力1. 范宁方程直管阻力是流体流经一定管径的直管时，由于摩擦而产生的阻力；它由范宁方程计算。 范宁方程为：式中:hfd 2gh f -入L/d -u -损失头， m ；范宁摩擦因数，无量纲； 管长与管径之比；

22、流体的平均流速，ms其中范2. 摩擦因数在范宁方程中，将流动阻力或者流体的机械能损失表示为流体动能的一个倍数。宁摩擦因数 入是无量纲系数，也称为摩擦系数，其计算方法如下:层流时，把哈根泊谡叶公式 Pf = 32丄u/d 2代入范宁方程得:入=64 / ReRe = du p /卩-雷诺数湍流时，流动阻力不仅与湍动强度有关，还受到管子内壁面粗糙度的影响。即PduL2 uF,d,d式中： P /(P U2)欧拉数；& /d管子壁面的相对粗糙度。或：入=(Re,& /d )3. 摩狄摩擦因数图把摩擦系数 入与Re和& /d之间的关系绘于双对数坐标内，即摩狄摩擦因数图，见图5。

23、4. 摩擦因数的实验测定流体流过直管的损失头（压头损失）h可由U管压差计测得：fhf式中:流体流过管长L后的压降，Pa ;p 流体的密度，kg m-3 ；流量由涡轮流量计测定，由此可算出流体的平均流速为：u 乂-d24计算过程中注意单位换算，实验测定时摩擦因数入的计算式如下：（二）局部阻力L u2阀门、流量计、流道的突然扩大或缩小等局部地方时， 会形成大量旋涡, 此局部阻力可由当量长度法或阻力系数法计算，本实验中测定的是阻力流体流过管件、流动阻力显著增大。系数。局部流动阻力也表示为流体动能的一个倍数:hfu22g式中局部阻力系数，无量纲数。所以局部阻力系数Z由下式计算:算hfu2g p2u g

24、2 p2 u其中Ap与u的测量方法与直管阻力测定时相同。四、装置流程及操作步骤（一）装置流程【设备参数】直管1规格：25 >2.5 mm ;长度：1.2m直管2流量计LZB-25流量范围：40400L/h【流程图】XXTrvorL rIL沈量11节需MN水槽fl图7.测定流体阻力的实验装置 B流程（二）操作步骤1. 实验前的准备工作1.1检查装置上的各部件是否齐全、完好。熟悉装置上各个设备、仪表和部件的作用及 使用方法。1.2向水槽内注水至指定位置，注意水位要略高于挡板溢流孔。1.3关闭装置上的各个阀门，打开回流阀。2. 实验操作2.1 排气操作2.1.1 管路排气操作启动离心泵，先缓慢

25、开启“流量调节阀”（“闸阀”），再缓慢打开“球阀”，打开“管路排气阀”，调小“排气截止阀”。当排气管内无气泡时结束。2.1.2 压差传感器的排气打开导压管上的“排气阀”，接着依次打开导压管上的各组“测压阀”，至导压管的排气管内无气泡为止；然后再大开压差传感器的“平衡阀”及“排气阀H' “排气阀L”，再打开“导压阀”，至导压管内无气泡为止，关闭两个排气阀，并保持“平衡阀”处于开启状态。2.2直管1流动阻力的测定管路排气结束后，关闭直管2转子流量计调节阀，使流体流过直管1，调节“流量调节阀”至所需流量。待涡轮流量计流量显示稳定后，打开测压管的“排气阀”和直管1L、直管1H进行导压管和压差传

26、感器的排气操作（参见2.1.2 ）。排弋*压養计图9压差传感器流程示意图排气结束后，关闭其它测压阀，同时打开两个“直管1L”、“直管1H”测压阀，然后关闭测压管的“平衡阀”，待压差传感器的显示值稳定后，记录压差传感器的显示值。控制流量由小到大（或由大到小）依次测取数据，重复上述操作。实验完毕后检查所测数据的合理性，如合理进行下一操作， 如不合理重复上述操作重新进行测定。2.3 局部阻力的测定对局部阻力件（涡轮流量计、球阀、闸阀）进行测定，与直管 1的操作类似。实验完毕 后检查所测数据的合理性，如合理进行下一操作，如不合理重复上述操作重新进行测定。2.4 结束实验所有实验操作结束后，停泵，关闭所

27、有阀门，打开回流阀。五、注意事项1. 涡轮流量计在每次开始使用时，应先缓慢开启流量调节阀使涡轮流量计内缓慢的充 满液体，然后再缓慢开启下游阀门，严禁涡轮流量计处于无液体状态时受到高速液 体的冲击。否则涡轮流量计将被损坏！2. 实验操作前要熟悉导压管上各个阀门的位置，避免实验时误开阀门造成压差传感器损坏。3. 实验前注意检查水槽水位，防止离心泵发生气蚀。4. 实验时要记得进行排气操作，否则会影响数据的准确性。5. 关闭平衡阀之前，一定确认所开阀门是否正确。否则会损坏压差传感器。六、数据记录分别对直管1、流量计、闸阀、球阀采用以下数据记录表水温：°C序号12流量m3/h压差kPa七、 报

28、告要求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计算过 程；2. 在合适的坐标系上标绘出光滑直管和粗糙直管入-Re关系曲线；3. 根据所标绘的 入一Re关系曲线，求出本实验条件下滞流区的入-Re关系式，并与理论公式比较。4. 对实验所测局部阻力与经验值比较，进行讨论。八、 思考题1. 在实验装置中，平衡阀起什么作用？实验结束后，应打开还是关闭平衡阀？2. 为什么在测定数据前必须排出管路和测压导管中的空气 ?3. 为什么须在对数坐标纸上标绘入 Re曲线？4. 本实验中在启动离心泵前需要给泵壳里灌水吗？实验 5 离心泵特性曲线的测定实验目的1. 熟悉离心泵的结构与操作方

29、法，了解常用的测压仪表；2. 掌握离心泵特性曲线的测定方法、表示方法，加深对离心泵性能的认识。实验内容1. 熟悉离心泵的结构与操作；2. 测定某型号离心泵在一定转速下， Q （流量）与H （扬程）、N （轴功率）、n（效率） 在特性曲线。基本原理离心泵是依靠叶轮旋转时产生的离心力来输送液体的。 叶轮内的液体受到叶片的推动与 叶片共同旋转； 在离心力作用下， 液体由叶轮中心向叶轮外周运动， 并被甩出至蜗壳形的泵 壳流道中； 同时在叶轮吸入口形成低压， 使吸入池中的液体被源源不断地吸入， 从而产生连 续的抽送作用。启动离心泵前， 为了避免发生气缚现象， 需在泵和吸入管路内灌满液体，为此，在离心 泵

30、的吸入管的进液端需安装一个单向阀。此外，在吸入管的进口端应安装粗滤器, 以拦截液体中的固体杂质进入管线。 粗滤器常以金属丝网或多孔板为过滤介质； 当过滤介质上的孔眼堵塞时，会产生很大的流动阻力，需拆下清洗或更换。固体杂质一旦进入管线，会对管路上安装的涡轮流量计的涡轮产生磨损，从而影响流量计的测量精度及使用寿命；纤维类杂质还会缠绕在涡轮上，使涡轮卡住，影响其正常使用。吸入池中液面距吸入口的垂直距离称为离心泵的实际吸上高度或安装高度，它必须低于允许吸上高度。池内液面不断下降，或吸入管路的阻力不断增大，都会导致吸入口的真空度不断增大。离心水泵在常温下运行时，若吸入口的真空度达到约730 750mmH

31、g ，即吸入口压力低于操作温度下输送液体的饱和蒸汽压，则会导致吸入口的液体汽化，有大量气泡形成。当这些气泡被液流夹带到叶轮出口处的高压区时，泡内气体受到压缩并凝结。在气泡破裂的瞬间，液体以极高的速度冲向气泡占有的空间，这种冲击产生的压力可达数十到数百兆帕。此时，泵体由于受到强烈冲击，泵的噪声显著增大，流量也显著下降，冲击引起的振动 使压力表指针明显不稳。 特别是冲击会使叶片材料疲劳而破坏，从点蚀开始直到出现蜂窝状空洞。从气泡生成、破裂到材料被破坏的全过程称作汽蚀。为提高泵的抗汽蚀性能，需降低 吸入管路的阻力；为此，吸入管路应尽可能短，且常采用较大的管径，还有，将流量调节阀 安装在排出管路上。1

32、. 离心泵方程离心泵方程表示泵的压头（扬程）、流量、转速和 叶轮的几何尺寸诸变量之间的关系：式中:Htcot 22 b?gQtH 理论压头;Tr2叶轮半径；3 叶轮旋转角速度；Qt 理论流量；3 2 叶片出口端的倾角；离心泵的叶轮上安装着后弯叶片b2 叶轮出口处叶轮宽度。（3 2 < 90 0 ），其弯曲方向与叶轮的旋转方向相反；与前弯叶片相比，后弯叶片传递给流体较多的静压头，从而泵的效率得以提高。 将泵壳设计成蜗形，也是为了将流体的动压头转化为静压头，以提高泵的效率。离心泵的理论流量主要由叶轮的直径和转速决定，增大直径或提高转速均可增大泵的流量。当离心泵的转速、叶轮的几何尺寸（r、32

33、 2b2）固定后，离心泵方程就可表示为:Ht = A -B Qt即理论压头H与理论流量 Q之间成线性关系。但是由于流体在叶片间的环流、流体的阻TTH与流量Q之间也不是线力损失、冲击损失等原因，离心泵实际压头低于理论压头，压头 性关系。2. 离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数包括流量Q压头H、有效功率2、轴功率N效率n 。泵的最佳参数，即最高效率点（也称设计点）所对应的参数，标明在离心泵的铭牌上。由实验测定的H- Q曲线、NQ曲线、nQ曲线，反映离心泵的基本性能， 称作离心 泵的特性曲线，见图 1。各种泵的特性曲线均已列入泵的样本中，供选泵时参考。在效率曲线上有一最高点， 此点对应的诸参数

34、称为离心泵的设计点，也称为最高效率点；离心泵工作时应调节流量使其尽可能靠近设计点。轴功率曲线表明泵的轴功率随流量的增大而增大，为了降低泵的启动负荷，启动时应先关闭流量调节阀， 待启动后再缓缓打开；否则，由于启动瞬间的电流很大，很可能把电机烧毁。离心泵在运转时，其转速达到每分钟2900转；对于采用填料密封的离心式清水泵而言，液体会滲入泵的轴密封填料中，起到润滑作用；因此，在无液情况下启动泵是严格禁止的。图10离心泵特性曲线3. 压头测量在安装真空表和压力表的两测压截面间列柏努利方程如下2 2H = p2/ ( p g) p" ( p g ) + h。+ (u2 -ui )/2g式中:压

35、力表/=P(p g)+ p真空表/(p g )H 泵的压头（m水柱）；+ h 22o + (u 2 -ui )/2gp压力表 -压力表读数（Pa ）；p真空表一真空表读数（Pa ）；p-流体的密度（kg m-3丿；h0-两测压截面间垂直距离（m ）；u2-1出口管中流体流速（ms ）；1u1 进口管中流体流速（ms 。上式即计算压头的公式。4. 流量测量泵的流量由涡轮流量计测定:-33-1Q = 10( f / E ), m s式中:涡轮流量计二次仪表显示的脉冲数;E 涡轮流量计的流量系数，例如，实验装置中某仪表：E =317.74本实验中涡轮流量计的显示仪表采用了智能单路数显（光柱）指示仪（

36、MDD-2 ）。5. 轴功率测定电机功率由功率表（单相）测定，故采用三相电时（如装置A）N电机=3N读数采用两相电时（如装置 B）N电机=N读数泵的轴功率由电机功率与电机效率的乘积求得，即n=n电机X n电机电机功率（kw ）n电机式中：N读数 一一单相功率表读数（kw ）N电机图11.离心泵的流量调节6. 泵的效率泵在运转中存在种种机械能损失,泵轴转动所做的功并不是全部转化为流体的能量， 括容积损失、水力损失和机械损失。所以泵的效率为：n =Ne/N由压头H和流量Q可计算出泵的有效功率-3Ne = HQ P gX10 （ kw ）式中：Ne泵的有效功率 （kw ）；Q 泵的排出量（m3s-1

37、）。7. 流量调节离心泵的工作点是泵的特性曲线与管路特性曲线的交点，输送系统的流量调节实际上就是改变泵的工作点的位置。离心泵的流量调节方式较多，如通过出口阀、改变转速、车削叶轮等方式进行流量调节。本实验装置中由安装在排出管路上的阀门调节。如图11所示，阀门开度增大时，阻力减小，管路特性曲线向下移动，泵的工作点向流量增大的方向移动。四、装置流程及操作步骤实验室有两种不同类型的离心泵特性曲线测定装置，其中A型装置流程及操作步骤如下：（一）A型装置流程【设备参数】离心泵1型号：1 一 BL 6清水离心泵2进口管内径：40mm出口管内径：25mm涡轮流量计的 显示仪表MDD智能流量仪流量系数E标注在显

38、示仪表箱的侧面r功率表DP3（1）-W1100数显功率表（单相）涡轮流量计型号：LWGY-25A量程：1.6 10 m3/h精度：0.5级真空表精度：1.5级量程：00.1M Pa压力表精度：1.5级 量程：0 0.4 M Pa【流程图】54.1.5.9.离心泵2.流量调节阀6.排水阀10.真空表3.压力表引水阀7.灌水阀水箱8.涡轮流量计 上水阀图12.测定离心泵特性曲线的实验装置A流程（二）A型装置操作步骤1. 开引水阀6（按逆时针方向旋转），再打开上水阀8,水箱充水至少 80%关闭上水 阀8（按顺时针方向旋转）；开关阀门时不能开关过头，用力过猛；2. 关闭功率表和流量计的二次仪表；关闭流

39、量调节阀5；3. 开灌水阀7,反复开和关放气阀，排除泵壳里的空气；排气结束，关闭灌水阀；4. 启动离心泵（按下控制面板上的绿色按钮，指示灯亮）；待转速恒定后，注意听泵运转的声音是否正常（平稳的声音）,若噪音太大或刺耳，则停泵（按下控制面板上的 红色按钮，指示灯灭）；若声音正常，则缓缓打开流量调节阀，并注意观察流量显示仪表上的光柱的变化；5. 开启各仪表开关，功率表开关为仪表面板上的按钮；6. 开流量调节阀至最大开度，合理分割流量以便于实验布点；7. 由调节阀调节流量，稳定后在每一实验点读取实验数据（温度计、真空表、压力表、涡轮流量计的显示仪表、功率表），实验点必须包括零流量点，在此点，要快快地

40、读数；8. 关闭流量调节阀，离心泵停车（按下控制面板上的红色按钮，指示灯灭）；关闭各仪表开关，实验装置恢复原状；关引水阀6;清理实验场地；9. 用米尺量出两测压截面间的垂直距离ho，吸入管路以管心为基准。（三）B型装置流程【设备参数】不锈钢离心泵型号：WBD70/037额定功率：370W气蚀余量：2.0m进口管内径：25mm取大扬程： 出口管内径15.5m:25mm压力传感器型号：BP501X取大量程：0.16MPa精度：0.5%FS使用温度：10 80 C功率传感器型号：FZ-14a精度：0.5%FS使用温度：一1055C响应时间：<500ms量程：0 7m3/h涡轮流量计精度：0.5

41、%FS;不锈钢水槽规格：450 X 450mm容量：70L真空传感器量程：0-0.1MPa精度：0.5%FS使用温度：10 80C。【流程图】水槽离心泵图13.测定离心泵特性曲线的实验装置B流程（四）B型装置操作步骤1. 实验前先熟悉设备上各个仪表和部件的使用方法，了解有关注意事项。2. 将水槽加满水，注意检查水槽内是否有大块的固体颗粒。3. 将“流量调节阀”关闭，开启“总开关”，再开启“离心泵开关”，缓慢调节流量调 节阀，调节流量至所需流量。4. 待系统稳定（约5分钟），记录流量、功率、泵出口压力、泵入口真空度。5. 改变流量，重复步骤 4。6. 实验结束，关闭电源，一切复原。五、 注意事项

42、1. 保持水箱清洁，不允许有纤维状杂质， 以防涡轮流量计的涡轮被卡住；应定期将涡轮传感器从管路上拆卸下来进行清洗，去除缠绕在位于涡轮前后的导流器上的纤维状杂质；安装时要注意传感器上用箭头标明的安装方向，避免反向安装；2. 实验前注意仪表的辅助电源 （12V稳压电源）的开启；3. 启动离心泵前，引水灌泵，关闭流量调节阀 ，拉下功率表开关；4. 停泵前应先关闭出口阀， 以避免排出管路的流体倒流入泵内，使叶轮受到冲击而损坏；5. 开或关流量调节阀时，动作要轻柔，慢慢调节，以避免管路上的涡轮传感器受到剧烈 冲击而影响测量精度。6. 特别提示：严禁在无液时启动离心泵！六、数据记录原始数据表两测压口之间垂

43、直高度差： 水的平均温度：mC序号流量，m3/h压力，kPa真空度，kPa电机功率，W12七、报告要求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示例；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（泵的型号和转速、高效率区等）。八、 思考题1. 为什么在启动离心泵前要引水灌泵2. 为什么在启动离心泵前要关闭出口阀和拉下功率表开关3. 为什么离心泵的流量调节阀安装在出口管路上？4. 为什么离心泵的吸入管路的管径大于排出管路的管径5. 为什么严禁在无液情况下启动离心泵？6. 离心泵的流量能不能超过铭牌上的标示值？?还是在仪表量程的中间7. 测量时流量显

44、示仪表上的光柱在最大流量下应是满刻度吗为宜？实验6过滤实验实验目的381. 掌握恒压过滤常数 K、通过单位过滤面积当量滤液量qe、物料的特性常数 k和压缩指数s的测定方法，加深对过滤操作中各影响因素的理解；2. 学习d 0 /dq 一类关系的实验确定方法；3. 了解一般过滤设备的构造和操作方法。实验内容1. 测定恒定压降时，单位过滤面积上得到滤液体积q与过滤时间0之间的关系，确定K、qe；2. 测定不同压降时的K确定物料的特性常数k和压缩指数s。基本原理在过滤过程中，体颗粒之间的孔道加长， 而使流体阻力增加, 进行，若得到相同的滤液量，则过滤时间增加。恒压过滤方程由于固体颗粒不断地被截留在介质

45、表面上(q2qe)K(e)式中q单位过滤面积获得的滤液体积，qe-一单位过滤面积上的当量过滤体积,实际过滤时间，se-当量过滤时间，sK-过滤常数，m2/s对上式进行微分可得d2 2qqedqKK滤饼厚度增加，液体流过固故恒压过滤时，过滤速率逐渐下降。随着过滤(1)m3/m2m3/m2这是一个直线方程，在普通坐标系上标绘 d q的关系，可得直线。其斜率为2，截dqK2距为一 qe，从而可求出KqeKeK、qe。对于e可由下式求得-J当各数据点的时间间隔不大时，微分可用增量之比 来代替。dqq在本实验装置中，开始过滤时，以较低的恒速操作，避免颗粒穿透滤布、滤液混浊或滤布堵塞。当压差上升到给定数值

46、后，采用恒压操作，直到过滤终止。若在接受滤液量达到200ml是作为恒压过滤时间的零点，这部分滤液可视为常量（用q'表示），这些滤液对应的滤饼市委过滤介质以外的另一层过滤介质。在整理数据时，应考虑进取，则方程（2）变为2 2KqK(qe q')V'q' （V' 200ml） A过滤常数的定义式为1 sK 2k p两边取对数In K (1 s)ln p In(2 k)因k常数，故K与p的关系在对数坐标上标绘时应是一条直线，直线的斜r 'v率为（1-s），由此可得滤饼的压缩性指数s，然后可通过截距求出物料特性常数k。四、装置流程及操作步骤（一）装置流程

47、【流程图】02配料桶12清洗阀8出料阀10供料泵4滤液计量桶6 板式过滤器14循环阀16过滤阀图14.过滤实验装置流程 【流程说明】配料桶2内的滤浆，先经过出料阀8，进入供料泵10的吸入管路，再由排出管路经过循环阀14进入配料桶而循环。打开过滤阀16后，滤浆从过滤线（而非循环线）进入过滤器6。清洗离心泵时，清水经清洗阀12 （而非出料阀8）后，走过滤线。板式过滤器类似于板框压滤机，也是由滤板、滤框和滤布构成，是间歇操作的过滤设备。 滤板是圆盘形的，其上规则地分布着网孔作为滤液的通道。滤框是中空的框形零件，它与装 在滤板表面的滤布所构成的空间，用来容纳滤浆和滤饼。操作时要通过紧固螺栓上的螺母来

48、压紧滤板与滤框，板与框之间还要安放橡胶密封垫片，以防止泄漏。过滤管线上所安装的压力表为YB-150型精密压力表，其精度等级为0.4级，量程为0 0.16Mpa。导压管上安装有切断阀门，操作时要注意只有在过滤线上的流量调节阀打开时才能打开导压管上的切断阀门，否则，导压管内压力可能会超过压力表的量程，造成压力表的损坏。在关闭过滤线上的流量调节阀之前，先关闭导压管上的切断阀门。（二）操作步骤1. 用轻质CaCO3粉末配制一定浓度（如浓度为5%的滤浆，其量约为料桶容积的 2/3 ；2. 用水浸湿或清洗滤布，安装圆板过滤器；安装时，要注意螺栓上螺母的紧固方法，应间隔开交替地逐步紧固，以避免在滤板与滤框间

49、发生泄漏；滤布上有残留滤渣时， 需彻底清洗，并注意把滤布铺平；3. 打开出料阀，关闭所有其它阀门，启动供料泵，缓缓打开循环阀至全开，使泵循环 操作；4. 打开过滤阀；打开压力表的切断阀；用循环阀开度来调节过滤的压降，即逐渐关小循环阀；待压力稳定后（0.02 0.05Mpa），并且滤液由起始的浑浊变为清澈后，开 始用秒表计时，每10秒记录相应的滤液量或计量筒的液位，共7个实验点；5. 关闭压力表的切断阀； 打开上水阀和清洗阀， 再关闭循环阀和出料阀，进行清洗操作；6. 至少做3组压差下的实验；改用另一压差前，应先清洗滤饼及滤布；7. 过滤结束,清洗泵（防止CaC03在泵内沉积）；8. 清洗结束，

50、关闭过滤阀后再关闭供料泵；装置复原。五、注意事项1. 实验操作包括5个环节：滤浆循环、过滤器安装、过滤、清洗、停车。特别强调要避免过滤器的泄漏和防止滤浆颗粒在泵内沉积。还需将过滤线、循环线、清洗线区分清楚。2. 特别提示：严禁在离心泵前阀门关闭时、无液时启动离心泵！3. 安装圆板过滤器时， 要注意螺栓上螺母的紧固方法，应间隔开交替地逐步紧固，以避免在滤板与滤框间发生泄漏；滤布上有残留滤渣时， 需彻底清洗，并注意把滤布铺平。4. 清洗滤饼时用滤液洗，注意回收滤饼和滤液，以保持滤浆的浓度。六、数据记录原始数据表开始计时时的滤液体积V 'ml序号压力，kPa时间，s滤液体积，ml12七、报告要求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示例。2.在合适的坐标系上标绘不同p的d q线，由此计算K、qe。 dq3.在合适的坐标系上标绘的K p线，由此计算k、s。八、 思考题1. 恒压过滤时，欲提高过滤速率，应采取哪些措施？2. 如果滤液的粘度比较大，用什么方法改善过滤速率？3. 在过滤刚开始时，为什么滤液常常是浑浊的 ？4. 若采用最小二乘法处理实验数据，则最少需要多少个实验点 ？实验 7 流化床实验一、实验目的与内容1.观察流化床中气固两相的流动