实验讲义(化工原理)

1、实验一、雷诺实验、实验目的了解管内流体质点的运动方式，认识不同流动形态的特点，掌握判别流型的准则。观察圆直管内流体作层流、过渡流、湍流的流动型态。观察流体层流流动的速度分布。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、湍流时的各种流动型态。观察流体在圆直玻璃管内作层流流动的速度分布。三、实验装置实验装置流程如图1-1所示。图1-1雷诺实验装置1溢流管；2墨水瓶；3进水阀；4示踪剂注入管5水箱；6水平玻璃管；7流量调节阀实验管道有效长度：L=600mm外径:Do=30mm内径：Di=24.5mm孔板流量计孔板内径：do=9.0mm四、实验步骤实验前的准备工作

2、实验前应仔细调整示踪剂注入管4的位置，使其处于实验管道6的中心线上。向红墨水储瓶2中加入适量稀释过的红墨水，作为实验用的示踪剂。关闭流量调节阀乙打开进水阀3,使水充满水槽并有一定的溢流，以保证水槽内的液位恒定。排除红墨水注入管4中的气泡，使红墨水全部充满细管道中。雷诺实验过程调节进水阀，维持尽可能小的溢流量。轻轻打开阀门7,让水缓慢流过实验管道。缓慢且适量地打开红墨水流量调节阀，即可看到当前水流量下实验管内水的流动状况(层流流动如图1-2所示)。用体积法(秒表计量时间、量筒测量出水体积)可测得水的流量并计算出雷诺准数。因进水和溢流造成的震动，有时会使实验管道中的红墨水流束偏离管的中心线或发生不

3、同程度的摆动；此时，可暂时关闭进水阀3,过一会儿，即可看到红墨水流束会重新回到实验管道的中心线。图1-2层流流动示意图逐步增大进水阀3和流量调节阀7的开度，在维持尽可能小的溢流量的情况下提高实验管道中的水流量，观察实验管道内水的流动状况(过渡流、湍流流动如图1-3所示)。同时，用体积法测定流量并计算出雷诺准数。图1-3过渡流、湍流流动示意图流体在圆管内流动速度分布演示实验首先将进口阀3打开，关闭流量调节阀7。打开红墨水流量调节阀，使少量红墨水流入不流动的实验管入口端。再突然打开流量调节阀7,在实验管路中可以清晰地看到红墨水流动所形成的，如图1-4所示的速度分布。图1-4速度分布示意图实验结束时

4、的操作关闭红墨水流量调节阀，使红墨水停止流动。关闭进水阀3，使自来水停止流入水槽。待实验管道冲洗干净，水中的红色消失时，关闭流量调节阀7。若日后较长时间不用，请将装置内各处的存水放净。五、注意事项做层流流动时,为了使层流状况能较快地形成，而且能够保持稳定。第一，水槽的溢流应尽可能的小。因为溢流大时，上水的流量也大，上水和溢流两者造成的震动都比较大，影响实验结果。第二，应尽量不要人为地使实验装置产生任何震动。为减小震动，若条件允许，可对实验架进行固定。实验二、流体流动阻力测定实验一、实验目的学习直管摩擦阻力APf、直管摩擦系数的测定方法。掌握不同流量下摩擦系数与雷诺数Re之间关系及其变化规律。学

5、习压差传感器测量压差，流量计测量流量的方法。掌握对数坐标系的使用方法。二、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系数。2测定既定管路内流体流动的直管摩擦系数与雷诺数Re之间关系曲线和关系式。三、实验原理流体在圆直管内流动时，由于流体的具有粘性和涡流的影响会产生摩擦阻力。流体在管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和摩擦系数有关，它们之间存在如下关系。pflu22dPfduhf=入=Re=d2lu2式中：d管径，m;Pf直管阻力引起的压强降，Pa;l管长，m;u管内平均流速，m/s;流体的密度，kg/m3;流体的粘度，Ns/m2。摩擦系数入与雷诺数Re之间有一定的关系，这个关系一

6、般用曲线来表示。在实验装置中，直管段管长I和管径d都已固定。若水温一定，则水的密度p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厶Pf与流速u（流量V）之间的关系。根据实验数据和式6-2可以计算出不同流速（流量V）下的直管摩擦系数人用式6-3计算对应的Re,从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出入与Re的关系曲线。四、实验流程及主要设备参数：1实验流程图：见图2-1水泵8将储水槽9中的水抽出，送入实验系统，首先经玻璃转子流量计2测量流量,然后送入被测直管段5或6测量流体流动的光滑管或粗糙管的阻力，或经7测量局部阻力后回到储水槽，水循环使用。被测直管段流体流动阻力p可根据

7、其数值大小分别采用变送器18或空气一水倒置U型管10来测量。2主要设备参数：被测光滑直管段:第-套管径d0.01(m)管长L1.6(m)材料：不锈钢管第二套管径d0.095(m)管长L1.6(m)材料：不锈钢管被测粗糙直管段:第-套管径d0.01(m)管长L1.6(m)材料：不锈钢管第二套管径d0.0095(m)管长L1.6(m)材料:不锈钢管2被测局部阻力直管段：管径d0.015(m)管长L1.2(m)材料：不锈钢管3压力传感器：型号:LXWY测量范围：200KPa压力传感器与直流数字电压表连接方法见图24.直流数字压差表：型号:PZ139测量范围：0200KPa离心泵：型号：WB70/05

8、5流量：8(m3/h)扬程：12(m)电机功率：550(W)玻璃转子流量计：型号LZB40LZB10测量范围1001000(L/h)10100(L/h)精度1.52.515*11lu6_:匚.=*_.w_：=：=16114141!：7图2-1五、实验方法向储水槽内注水，直到水满为止。(有条件最好用蒸馏水，以保持流体清洁)直流数字表的使用方法请详细阅读使用说明书。大流量状态下的压差测量系统，应先接电予热1015分钟，调好数字表的零点，方可启动泵做实验。检查导压系统内有无气泡存在.当流量为零时，若空气一水倒置U型管内两液柱的高度差不为零，则说明系统内有气泡存在,需赶净气泡方可测取数据。赶气泡的方法

9、：将流量调至最大，把所有的阀门全部打开，排出导压管内的气泡，直至排净为止。测取数据的顺序可从大流量至小流量，反之也可，一般测1520组数,建议当流量读数小于300L/h时，只用空气一水倒置U型管测压差P。6局部阻力测定时关闭阀门3和4,全开或半开阀门7,用倒置U型管关测量远端、近端压差并能测出局部阻力系数。7待数据测量完毕，关闭流量调节阀，切断电源。六、实验注意事项：1利用压力传感器测大流量下P时，应切断空气一水倒置U型管闭阀门13、13否则影响测量数值。2若较长时间内不做实验，放掉系统内及储水槽内的水。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。4较长时间未做

10、实验，启动离心泵之前应先盘轴转动否则易烧坏电机。七、数据处理：（1）入一R的计算在被测直管段的两取压口之间列柏努利方程式，可得：Pf=PPfLu2hf=入pd2=2dPfLpu2dupRe=（4）符号意义：卩d一管径（m）L一管长（m）u一流体流速（m/s）Pf直管阻力引起的压降（N/m2）P一流体密度（Kg/m3）卩一流体粘度（Pa.s）入俸擦阻力系数Re雷诺准数测得一系列流量下的Pf之后，根据实验数据和式（1）,（3）计算出不同流速下的入值。用式（4）计算出Re值，从而整理出入一R之间的关系，在双对数坐标纸上绘出入一R曲线。（2）局部阻力的计算：Hf局=AP局/p（2AP近-AP远）/p=

11、（泊2/2）实验三、流量计性能测定实验一、实验目的了解几种常用流量计的构造、工作原理和主要特点。掌握流量计的标定方法。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。学习合理选择坐标系的方法。二、实验内容1通过实验室实物和图像，了解孔板、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(孔板或文丘里)的流量标定曲线。3测定节流式流量计的雷诺数Re和流量系数C的关系。三、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：式中：V被测流体(水)的体积流量，m3/s;C流量系数，无因次;C流量系数，无因次;A流量计节流孔截面积，m2

12、;PhPr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，kg/m3。用涡轮流量计和转子流量计作为标准流量计来测量流量Vs。每一个流量在压差计上都有一对应的读数，将压差计读数厶P和流量Vs绘制成一条曲线，即流量标定曲线。同时用式6-8整理数据可进一步得到CRe关系曲线。四、主要设备参数：设备参数.离心泵：型号:WE70/055转速n=2800转/分，流量Q=20-120L/min,扬程H=19-13.5m贮水槽:550*400*450.试验管路：内径d=26.0mm流量测量：.涡轮流量计：025最大流量10m3/h.孔板流量计：孔板孔径015(3).文丘里流量计：喉径015.转

13、子流量计：LZB-25(0.25-2.5m3/h)(5)铜电阻温度计(6).差压变送器(0-200kPa)五、实验流程：实验流程示意图如下图：用离心泵3将贮水槽8的水直接送到实验管路中，经涡轮流量计计量后分别进入到转子流量计、孔板流量计、文丘里流量计，最后返回贮水槽&测量孔板流量计时把9、11阀门打开；10、12阀门关闭。测量文丘里流量计时把9、10阀门打开；11、12阀门关闭。测量转子流量计时把12、10、11阀门打开；9阀门关闭。流量由调节阀10、11、12来调节水的流量。温度由铜电阻温度计测量。六、实验方法及步骤1启动离心泵前，关闭泵流量调节阀2启动离心泵。3按流量从小到大的顺序进行实验

14、。用流量调节阀调某一流量，待稳定后，读取涡轮频率数，并分别记录流量、压强差。实验结束后，关闭泵出口流量调节阀9、12后,停泵。七、注意事项：阀门12在离心泵启动前应关闭，避免由于压力大将转子流量计的玻璃管打碎。实验四、离心泵性能测定实验、实验目的:1、熟悉离心泵的结构与操作方法，了解压力、流量的测量方法。2、掌握离心泵特性曲线、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、实验内容：1、熟悉离心泵的结构与操作。2、手动（或计算机自动采集数据和过程控制）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）、（效率）之间的特性曲线以及特定管路条件下的管路特性曲线。三、

15、实验原理：A、离心泵性能的测定：离心泵是最常见的液体输送设备。对于一定型号的泵在一定的转速下，离心泵的扬程H、轴功率N及效率n均随流量Q的改变而改变。通常通过实验测出Q-H、Q-N及Q-n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。本实验中使用的即为测定离心泵特性曲线的装置，具体测定方法如下：1、H的测定：在泵的吸入口和压出口之间以1N流体为基准列柏努利方程Hf-(1-1)H彳入出Hf-(1-1)H彳入出P入U2入P出U2出Z入H乙出g2gg2g、P出P入u2出u2入H（Z出Z入）-g2g上式中Hf入出是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力（不包

16、括泵体内部的流动阻力所引起的压头损失），当所选的两截面很接近泵体时，与柏努利方程中其它项比较，Hf-出值很小，故可忽略。于是上式变为：PbP-gu2出口2入2g(1-2)将测得的高差（Z出Z入）和P-P-的值以及计算所得的u入,u出代入式1-2即可求得H的值。2、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1.0,所以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=电动机的输入功率於电动机的效率。泵的轴功率=功率表的读数X电动机效率，kw。3、n的测定B、管路特性曲线的测定：Ne“HQgHQ%NeN1000102

17、式中：n泵的效率，;N-泵的轴功率，kwNe-泵的有效功率，kw,H泵的压头，mQ泵的流量，m3/s,P-水的密度，kg/m3在特定的管路条件下，应用变频调速器改变电机的频率，相应改变了泵的转速（流量）。分别测量泵的扬程、流量，即可得到管路特性曲线。四、实验流程及设备主要技术参数：1、实验流程：水泵将储水槽中的水抽出，送入实验系统，由出口调节阀控制流量，经涡轮流量计计量流量后经流回储水槽循环使用。2、主要仪器设备一览表：流量公式：Q=F/K*3600/1000，其中F为频率数，K为涡轮流量计仪表常数。泵入口，出口测压点间的距离（Z2-Z1）=0.180米泵入口，出口管内径_di、d2=0.05

18、0米序号名称规格型号1储水箱不锈钢450X00X5502离心泵WB70/0553出口调节阀J同质截止阀，通径404变频调速器NS五、实验操作：实验前，向储水槽加入蒸馏水，合上电源总开关。实验操作：将出口调节阀关到零位。1按照变频调速器说明设定（Fn-11为0；Fn-10为0）后在并设定变频调速器的频率（50）。2、启动离心泵；改变流量调节阀的位置，分别记录稳定后各流量下的流量、泵进出口压力和电机输入功率值，测8-10组数据（流量调节阀的位置从零位到最大）。处理数据后可以得到离心泵特性曲线。3、将流量调节阀放在任何一位置，改变变频调速器的频率以改变泵的流量，分别记录稳定后各频率下的流量、泵进出口

19、压力值，测810组数据，处理数据后可得到管路特性曲线。4、把流量调至零位后，停泵。六、使用实验设备应注意的事项：实验前应检查水槽水位，流量调节阀关闭到零位。注意变频调速器的使用方法。严格按照实验操作中给出的变频器参数进行调节，在计算机自动控制时不要手动改变变频器的频率。变频器其它参数不要改动。七、附录1、数据处理方法：计算举例：测量频率（流量）138HZ、电机输入功率0.65（Kw）泵出口处压强P2=0.132（MPa）、泵入口处压强P仁0.012（MPa）,液体温度17.5C液体密度p=1000.8kg/（m）、泵进口高度=0.18米流量公式：Q=F/K*3600/1000，其中仪表常数K=

20、76.724,F=138泵的效率：泵的效率：N10001力689.81他0.8=67.5%0.3910003600泵的轴功率N轴=N电XY电=650X60%=0.390(Kw)Q=138/76.724*3600/1000=6.48M3/H泵的扬程H迟一巴也U1g2g(Z2乙）6(0.1320.012)100.18=14.9(m)实验五、搅拌器性能测定搅拌是重要的化工单元操作之一，它常用于互溶液体的混合、不互溶液体的分散和接触、气液接触、固体颗粒在液体中的悬浮、强化传热及化学反应等过程一、实验目的掌握搅拌功率曲线的测定方法。了解影响搅拌功率的因素及其关联方法。二、实验内容1用水溶液，测定液相搅拌

21、功率曲线。2用水溶液和空气，测定气一液相搅拌功率并与液相搅拌功率比较。三、实验原理搅拌过程中要输入能量才能达到混合的目的，即通过搅拌器把能量输入到被搅拌的流体中去。因此搅拌釜内单位体积流体的能耗成为判断搅拌过程好坏的依据之一。由于搅拌釜内液体运动状态十分复杂，搅拌功率目前尚不能由理论得出。只能由实验获得它和多变量之间的关系，以此作为搅拌操作放大过程中确定搅拌规律的依据。液体搅拌功率消耗可表达为下列诸变量的函数：Np称为功率准数d2nRe，Re称为搅拌雷诺准数由因次分析法可得下列无因次数群的关联式:Nf(k,n,d,g,)式中：N搅拌功率，W;K无量纲系数;n搅拌转数，r/s;d搅拌器直径,m;

22、流体密度，kg/m3;流体粘度，pas;g重力加速度,m/s2；Nn3d522K(dn)X(nd)ygn2dFr,Fr称为搅拌佛鲁德准数g则NpKR；Fry；令则NpKR；Fry；令Np称为功率因数,对于不打旋的系统重力影响极小，可忽略Fr的影响，即yNpKRX本实验中，搅拌功率采用下式得到：NIV(I2RKn1.2)式中：I搅拌电机的电枢电流，A;V搅拌电机的电枢电压，V;R搅拌电机的内阻，28Q;n搅拌电机的转数，r/s；K0.00125。当有气体通入时，在相同的转速下，搅拌功率会显著下降。因为，物系的粘度、密度发生改变。设Q为空气的体积流量，令Na=Q/nd3通气准数。相同转速下，气液搅

23、拌功率Ng/N与通气准数Na的关系可用下式描述：当Na0.035时Ng/N=a-bNa；a,b为常数通过测定Ng,在直角坐标纸上作Ng/NNa曲线，确定常数a,b或a,b四、主要设备参数：1搅拌器：型号：KDZ-1;功率：160w转速：3200转/分搅拌釜内径280mm；搅拌器直径100mm五、实验流程：本实验使用的是标准搅拌槽，其直径为280mm;搅拌浆为六片平直叶圆盘涡轮。装置流程见图。多相搅拌实验装置流程图1空压机；2流量计；3温度计；4电动机；5直流电流表；6电机调速器；7直流电压表，8-测速仪；9挡板；10-搅拌槽；11-气体分布器六、实验方法测定水溶液搅拌功率曲线打开总电源，各数字

24、仪表显示“0。打开搅拌调速开关，慢慢转动调速旋纽，电机开始转动。在转速约100400（r/min）之间，取1012个点测试（实验中适宜的转速选择：低转速时搅拌器的转动要均匀；高转速时以流体不出现旋涡为宜）。实验中每调一个转速，待数据显示基本稳定后方可读数，同时注意观察流型及搅拌情况。每调节一个转速记录以下数据：电机的电压（V）、电流（A）、转速n（r/min）。测定气液搅拌功率开启空气压缩机，调节气体流量计的空气流量为定值（如300L/h）.在上述每一转速下记录以下数据：电机的电压（V）、电流（A）、转速n（r/min）。在某一转速下改变空气流量，重复操作实验结束时一定把调速降为“0”方可关闭

25、搅拌调速。七、注意事项1电机调速一定是从“（开始，调速过程要慢，否则易损坏电机。2不得随便移动实验装置。3本实验没有测气液混合后的密度和粘度。（无粘度计）八、实验数据记录与数据处理（一）数据计算1液相搅拌功率：水温：密度：粘度：搅拌器直径：nIVNNpRe2气液搅拌功率气体流量Q=（注意：转速与前面一致）nIVNgNg/NNa转速n=,不通气时的1=,V=N=QIVNgNg/NNa（二）作图1在对数坐标纸上可标绘出N-Re与Np与Re的关系曲线。2在直角坐标纸上作Ng/NNa曲线，确定常数a,b或a,b思考题：搅拌功率受哪些因素的影响？如何提高实验结果准确性？实验六恒压过滤常数测定(板框过滤机

26、)过滤是利用过滤介质进行液一固混合系统的分离过程，过滤介质通常采用带有许多毛细孔的物质如滤布、毛织物、多孔陶瓷等。含有固体颗粒的悬浮液在一定压力差的作用下液体通过过滤介质，固体颗粒被截留在介质表面上，从而使液固两相分离。一、实验目的与内容1掌握恒压过滤常数K、通过单位过滤面积虚拟滤液量qe、虚拟过滤时间e的测定方法，加深对K、qe、e的概念和影响因素的理解。学习滤饼的压缩性指数s和物料常数k的测定方法。学习q一类关系的实验确定方法。dq二、实验原理恒压过滤常数K、qe、e的测定方法：在过滤过程中，由于固体颗粒不断地被截留在介质表面上，滤饼厚度增加，液体流过固体颗粒之间的孔道加长，而使流体阻力增

27、加，故恒压过滤时，过滤速率逐渐下降。随着过滤进行，若得到相同的滤液量，贝y过滤时间增加。恒压过滤方程2(qqe)K(e)式中：q单位过滤面积获得的滤液体积，m3/m2;qe单位过滤面积上的虚拟滤液体积，m3/m2;实际过滤时间，S；e虚拟过滤时间，S；K过滤常数，m2/s。将式6-9进行微分可得：-q-qedqKK这是一个直线方程式，于普通坐标上标绘q的关系，可得直线。其斜率为-，截dqK22距为匸qe，从而求出K、qe。至于e可由下式求出：qeKeK当各数据点的时间间隔不大时，可用增量之比一来代替。dqq在本实验装置中，若在计量瓶中收集的滤液量达到100ml时作为恒压过滤时间的零点。那么，在

28、此之前从真空吸滤器出口到计量瓶之间的管线中已有的滤液再加上计量瓶中100ml滤液，这两部分滤液可视为常量(用q表示)，这些滤液对应的滤饼视为过滤介质以外的另一层过滤介质。在整理数据时，应考虑进去，则方程式6-10变为：22Vq(qeq)q(各套V为200ml)qKKA过滤常数的定义式：K2kp1s两边取对数lgK(1s)lgplg(2k)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，直线的斜率r为1s，由此可得滤饼的压缩性指数s，然后代入式6-12求物料特性常数k。三、主要设备参数：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:160

29、*180*11（mm）。4滤布：型号工业用；过滤面积0.0475m2。计量桶：第1套长282mm、宽325mm。四、实验流程：流程图：（见图一）rM-llIIIIIIIP,、IT图一恒压过滤实验流示意图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。如图一所示，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、洗涤管路如图二示：罔二楹框过瀝肌固定头管路分祁岡五实验方法及步骤：1系统接上

30、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使阀门3处于全开、阀4、6、11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。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20mm时所用的时间。当计量桶13读数为160mm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。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，以保证滤浆浓度恒

31、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11接上自来水、阀门4接通下水，关闭阀门3对泵及滤浆进出口管进行冲洗。六、注意事项：1）过滤板与框之间的密圭寸垫应注意放正，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。用阀门11、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，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

32、搅拌前，用手旋转一下搅拌轴以保证顺利启动搅拌器。实验七化工传热综合实验、实验目的：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i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。通过对管程内部插有螺旋线圈的空气一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/Nuo,了解强化传热的基本理论和基本方式。TOCo1-5hz求取简单套管换热器、强化套管换热器的总传热系数Ko。了解热电偶温度计的使用。、实验内容：1测定56个不同空气流速下简单套管换热器的对流传热系数i。2对i

33、的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=ARe中r0.4中常数A、m的值。测定56个不同空气流速下强化套管换热器的对流传热系数i。对i的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=BRem中常数B、m的值。同一流量下，按实验一所得准数关联式求得Nu，计算传热强化比Nu/Nuo。在同一流量下分别求取一次简单套管换热器、强化套管换热器的总传热系数Ko。、实验原理：1对流传热系数i的测定对流传热系数i可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定QiitmiSi(6-14)式中：i管内流体对流传热系数，Qi管内传热速率，W;S管内换热面积：m2;W/(m2?C)；tmi管内流体空气与管内壁面的平均温差，C。平均温差由下式

34、确定：tmitw（5且）（6-15）2式中：ti1,ti2冷流体空气的入口、出口温度，C；tw壁面平均温度，C。因为传热管为紫铜管，其导热系数很大，而管壁又薄，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：SidiLi（6-16）式中：di传热管内径，m;Li传热管测量段的实际长度，m。由热量衡算式：其中质量流量由下式求得:WiVii3600式中：Vi冷流体在套管内的平均体积流量，m3/h;Cpi冷流体的定压比热，kJ/(kgC)p冷流体的密度，kg/m3。Cpi和p可根据定性温度tm查得，tm也如为冷流体进出口平均温度。22.对流传热系数准数关联式的实验确定流体

35、在管内作强制湍流时，处于被加热状态，准数关联式的形式为(6-19)(6-19)NuiAReimPrin.其中：NuidiiReiPncpii物性数据入、Cpi、pl、pI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Pri变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为:NuiAReimPr,4这样通过实验确定不同流量下的Rei与Ng，然后用线性回归方法确定A和m的值。3.强化比的确定强化传热能减小传热面积，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。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

36、线圈的结构图如图6-3所示，螺旋线圈由直径(6-20)1mm钢丝按一定节距绕成。将金属螺旋线圈插入并固定在管内，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，且节距与管内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NuBRem的经验公式，其中B和m的值因螺旋丝尺寸不同而不同。在本实验中，测定不同流量下的Rei与Nuj，用线性回归方法可确定B和m的值。单纯研究强化效果(不考虑阻力的影响)，可

37、以用强化比的概念作为评判准则，它的形式是：NuNu。，其中Nu是强化管的努塞尔准数，Nuo是普通管的努塞尔准数，显然，强化比NuNu。1,而且它的值越大，强化效果越好。需要说明的是，如果评判强化方式的真正效果和经济效益，则必须考虑阻力因素，只有强化比较高，且阻力系数较小的强化方式,才是最佳的强化方法。换热器总传热系数Ko的确定实验中若忽略换热器的热损失,实验中若忽略换热器的热损失,在定态传热过程中,空气升温获得的热量与对流传递的热量及换热器的总传热量均相等:QiWeeti1)i1K0Sotm(6-21)即以外表面为基准的总传热系数:K0S0tm(6-22)式中传热量Q已由式（6-17）得到,管

38、外径为基准的换热面积:S0doLi式中传热间壁两侧对数平均温度差:tm(Ts如)(TsTsti1InTsti2ti2)(6-23)在同一流量下分别求取一次简单套管换热器、强化套管换热器的总传热系数Ko，并比较两种套管换热器Ko值的大小。四、实验流程及设备主要参数1、实验流程：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；19、

39、电动旁路调节阀2、主要设备参数:传热管参数：表1实验装置结构参数3空气流量计实验内管内径di(mm)20.00实验内管外径do(mm)22.0实验外管内径Di(mm)50实验外管外径Do(mm)57.0测量段(紫铜内管)长度1(m)1.00强化内管内插物(螺旋线圈)尺寸丝径h(mm)1节距H(mm)40加热釜操作电压W200伏操作电流W10安由孔板与压力传感器及数字显示仪表组成空气流量计。空气流量由公式1计算。Vt018.113(P)0.62031其中，Vt0-20C下的体积流量，m3/h；P-孔板两端压差，Kpa-空气入口温度(及流量计处温度)下密度，kg/m3。要想得到实验条件下的空气流量

40、V(m3/h)则需按下式计算22273t273t0其中，V-实验条件(管内平均温度)下的空气流量，m3/h；t-换热器管内平均温度，C；t1-传热内管空气进口(即流量计处)温度，c。4温度测量空气入传热管测量段前的温度t1(C)由电阻温度计测量，可由数字显示仪表直接读出。空气出传热管测量段时的温度t2(C)由电阻温度计测量，可由数字显示仪表直接读出。管外壁面平均温度tw(C)由数字式毫伏计测出与其对应的热电势E(mv),热电偶是由铜T康铜组成),再由E根据公式：tw(C)=1.2705+23.518E(mv)计算得到。电加热釜是产生水蒸汽的装置,使用体积为7升(加水至液位计的上端红线),?内装

41、有一支2.5kw的螺旋形电热器,当水温为30C时，用200伏电压加热釣25分钟后水便沸腾,为了安全和长久使用,建议最高加热(使用)电压不超过200伏(由固态调压器调节)。气源(鼓风机)又称旋涡气泵,XGB-2型，电机功率约0.75KW(使用三相电源),在本实验装置上,产生的最大和最小空气流量基本满足要求。使用过程中,?输出空气的温度呈上升趋势。电动旁路调节阀实现计算机过程控制的执行机构，型号QSVW-16K。通过对旁路的开关量来控制进入换热器的空气流量。A/D转换卡ARTPCI2003数据通讯MOXAINDUSTRIOCP-132五、实验操作：实验前的准备,检查工作.向电加热釜加水至液位计上端

42、红线处。向冰水保温瓶中加入适量的冰水,并将冷端补偿热电偶插入其中。检查蒸气管支路各控制阀是否已打开。保证蒸汽和空气管线的畅通。接通电源总闸，设定加热电压，启动电加热器开关，开始加热。或由计算机控制加热。加热电压170-190V。实验操作：一段时间后水沸腾,水蒸汽自行充入普通套管换热器外管，观察蒸汽排出口有恒量蒸汽排出，标志着实验可以开始。约加热十分钟后，可提前启动鼓风机，保证实验开始时空气入口温度ti(C)比较稳定。用仪表调节空气流量旁路阀的开度,使压差计的读数为所需的空气流量值(当旁路阀全开时,通过传热管的空气流量为所需的最小值,全关时为最大值)。仪表调节方法：同时按住set键和A/M键，用

43、-键和1键调节阀门开度。如果想让仪表恢复自控，则再同时按住set键和A/M键。也可利用仪表的控制功能调节流量：长set按键，当仪表pv栏显示su时，用键和1键调节sv栏中的数值，至需要达到的压差数(即孔板流量计压差，测量空气流量)后，即可等待仪表自行控制。稳定5-8分钟左右可转动各仪表选择开关读取t1，t2，E值。(注意：第1个数据点必须稳定足够的时间)重复(3)与(4)共做710个空气流量值。最小，最大流量值一定要做。整个实验过程中，加热电压可以保持(调节)不变，也可随空气流量的变化作适当的调节。3转换支路，重复步骤2或3的内容，进行强化套管换热器的实验。测定710组实验数据。4实验结束.(

44、1)关闭加热器开关。过5分钟后关闭鼓风机，并将旁路阀全开。切段总电源若需几天后再做实验，则应将电加热釜和冰水保温瓶中的水放干净。六、实验设备注意事项：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，两蒸汽支路控制阀之一必须全开。在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭控制阀必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。4必须保证空气管线的畅

45、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，应先关闭风机电源，然后开启和关闭控制阀。七、附录：1数据处理方法：孔板流量计压差P=0.60Kpa、进口温度ti=22.4C、出口温度t2=62.8C壁面温度热电势4.20mv。已知数据及有关常数：传热管内径di(mm)及流通断面积F(m2).di=20.0(mm),=0.0200(m);F=ndi2)/4=3.142(0.0200)2/4=0.0003142(m2).传热管有效长度L(m)及传热面积Si(m2).L=1.00(m)si=nLc=0.06284(m2).t1(C)为孔板处空气的温度，为由此值查得

46、空气的平均密度(1，例如：t1=22.4C,查得=1.19Kg/m3。传热管测量段上空气平均物性常数的确定.先算出测量段上空气的定性温度t(C)为简化计算，取t值为空气进口温度t1(C)及出口温度t2(C)的平均值,即t出口温度t2(C)的平均值,即t2=42.6(C)p=1.12(Kg/m3);Cp=1005(J/Kg-K);此查得：测量段上空气的平均密度测量段上空气的平均比热测量段上空气的平均导热系数入=0.0277/mK);测量段上空气的平均粘度尸0.0000192(Pas);传热管测量段上空气的平均普兰特准数的0.4次方为：Pr0.4=0.696.4=0.865空气流过测量段上平均体积

47、V(m3/h)的计算：Vt018.113(P)0620318.113(0.60)0620313.13(m3/h)VVt0273t273t113.1327342.602732014.21(m3/h)冷热流体间的平均温度差tm：C)的计算：Tw=1.2705+23.5184.20=100.(C)tmTwtmTw勺乞(C)2(7)其余计算：传热速率(W)3600仏21行11005(62.828)180(w)3600iQ/tm$180/(57.450.06284)50(W/m2-C)传热准数Nujdj/500.0200/0.027736测量段上空气的平均流速uV/F360014.21/(0.00031

48、423600)12.57(m/s)雷诺准数Redi=14638(8)作图、回归得到准数关联式NuARemPr0.4中的系数。(9)重复(1)-(8)步，处理强化管的实验数据。作图、回归得到准数关联式NuBRem中的系数。Nu0.0215Re0.788Pr04实验八、板式塔塔板的水力学性能测定、实验目的通过实验了解塔设备的基本结构和塔板（筛孔、浮阀、泡罩、固舌）的基本结构，观察气液两相在不同类型塔板上气T夜的流动与接触状况，加深对塔性能的解。二、实验内容通过冷模实验可以观察到实验塔内正常与几种不正常的操作现象，并进行塔板压降的测量。?通过实验测得每种塔板的负荷性能图。三、主要设备参数：板式塔塔高

49、：920mm塔径：100X5材料为有机玻璃板间距：180mm空气孔板流量计：孔径17mmC。C。A。d4其中：Q流量（m3/s）C0-孔板流量计孔流系数（C0-0.67）d0-流量计孔流直径（m2）P-孔板流量计压差（Pa）XGB-2旋涡气泵SZ037水泵四、实验流程实验设备流程示意图（见图一），板式塔由下向上,?由塔底流，板式塔由下向上,?由塔底流如图一所示，空气由旋涡气泵经过孔板流量计计量后输送到板式塔塔底的塔板依次是筛板、浮阀、泡罩、舌形塔板液体则由离心泵经过孔板流量计计量后由塔顶进入塔内并与空气进行接触回水箱内。nKzi乩啜流量计陌ui送压绘rt宁气甫.目M图一、板式曙胚梅示意图五、实

50、验方法：首先向水槽内放入一定数量的蒸馏水，将空气流量调节阀放置开的位置，?将离心泵流量调节阀关上。启动旋涡气泵改变空气流量分别测定四块塔板的干板压降。将流程图示下路打开上路关闭后启动离心泵，分别改变空气、液体流量，用观察法测出筛板的操作负荷性能图。将下路打开关闭上路，分别改变空气流量、液体流量，测定其四块塔板的压降，同时观察实验现象。实验结束时先关闭水流量，待塔内液体大部分流回到塔底时再关闭旋涡气泵。六、注意事项：为保护有机玻璃塔的透明度，实验用水必须采用蒸馏水。开车时先开旋涡气泵后开离心泵，停车反之，？这样避免板式塔内的液体灌入风机中。实验过程中每改变空气流量或水流量时，必须待其稳定后关察其

51、现象和测取数据。若U型管压差计指示液面过高时将导压管取下用吸耳球吸出指示液。水箱必须充满水，否则空气压力过大易走短路。七、实验结果（参考值）1.干板时每块塔板的压降水流量0（升/时）温度14C1234空气孔板流量计U型管压差计读数（毫米水柱）175796200空气流量（m3/h）0.1570.2880.3740.540筛板压降及实验现象491733浮阀压降及实验现象11102147泡罩压降及实验现象8112873舌形压降及实验现象102338752.在空气流量一定时每块塔板的压降及操作现象从以上实验可以观察到实验塔内几种不正常的操作现象，并得泡罩塔板压降最大，筛板塔板最空气孔板流量计U型管压差

52、计读数（mmH2O）28空气流量（m3/h）0.202水流量（升/时）204060筛板压降及实验现象9（正常）24（正常）34（正常）浮阀压降及实验现象45（正常）50（正常）45（正常）泡罩压降及实验现象51（正常）60（液泛）64（液泛）舌形压降及实验现象43（正常）46（正常）83（液沫夹带）小,泡罩塔板容易液泛。3.筛塔塔板操作的测定固定空气流量，改变液体流量空气孔板流量计U型管压差计读数（mmH2O）20空气流量0.170（m3/h）水流量（升/时）1020406080100筛板压降222528344240实验现象正常正常正常正常正常漏液固定液体流量，改变空气流量水流量40（升/时）

53、空气孔板流量计U型管压差计读数（mmH20）71100200空气流量（m3/h）0.3210.3810.540筛板压降及实验现象323854实验现象正常正常雾沫夹带固定液体流量，改变空气流量水流量100（升/时）空气孔板流量计U型管压差计读数（mmH2O）1660100空气流量（m3/h）0.1520.2950.381筛板压降及实验现象354455实验现象正常正常雾沫夹带为让实验的学生能同时看到几种塔板，？本实验装置所采用的实验塔为四种塔板复合而成它较之采用四个塔并列装置，具有流程简单的优点，但在设计和测试中却带来了一定困难。由于四块塔板具有各自的性能，？在同一操作条件下每块塔板的操作状况不同

54、且相互影响，？我们所测筛板塔板的操作负荷性能图是用目测法来确定的误差一定会很大。空气流量?/hA-B为液沫夹带线B-D为最大液相线C-D为漏液线A-C为最小液相线液体流量（l/h）空气流量0.54（m3/h）液体流量10（l/h）空气流量0.15（m3/h）液体流量100（l/h）实验九、空气（氨）水填料吸收塔性能测定一、实验目的：1了解填料吸收塔的操作原理和实验方法；2测定干填料塔单位填料高度的压力降Ap与空气气速的变化关系；3在一定的水喷淋密度下，测定湿填料塔单位填料高度的压力降Ap与空气气速的变化关系，并确定泛点速度；4以氨吸收为对象测定填料塔的传质单元数NOG、传质单元高度HOG、总体

55、积吸收系数KYa.二、实验原理：（1）液泛现象填料塔的压力降与填料的性质有关。当无液体通过时，压力降与空塔气速成正比，在双对数坐标纸上为线性关系。而有一定喷淋密度的液体通过填料层时，气速变化小时压力降的变化与空塔一致；当气速增大到某一值，压力降的变化突然加大，此时填料表面载液量增多，气体通过受阻，达到了载点；当气速再增大，压力降变化急剧增大，此时液体不能顺利下流，填料塔充满液体，产生了液泛现象，塔工作不正常，刚开始产生液泛的速度称为液泛速度UF。实际操作气速u=（0.5-0.8）UF.以转子流量计测空气、水、氨的体积流量，空气和氨的体积流量需校正。故必须测进入流量计的空气和氨的温度，再查标准校

56、正曲线（见说明书），确定实际流量。以U型管压差计测填料层压力降Ap（mmH2O）。（2）吸收操作浓度计算：以清水逆流吸收Air（NH3）中的氨气，清水中X2=0；原料气Air（NH3）中氨含量Y1靠流量计控制，VNH3/VAir=0.0151=实际VNH3与实际VAir之比。塔顶尾气中氨含量Y2通过预先装有5ml、0.005M的硫酸吸收瓶来分析，靠量气管量取达到终点所需尾气的体积V量，若量气管温度为T量，则：Y2=2MH2SO4*VH2SO4/（V量*273/T量）/22.4塔底吸收液的浓度Xi靠滴定分析，移取10ml塔底吸收液，加2滴甲基橙，再以0.05M的硫酸滴定至橙红色。记录所消耗的体积

57、V硫酸，则：M1=2MH2SO4*V硫酸/10,X1=18M1/1000（3）NOG、HOG、Kva.的计算测出吸收液的温度，从相平衡曲线上查出相平衡常数m.AY1=丫1-Y1*=丫1-mX1,AY=丫2-丫2*=丫2-mX2则平均推动力为：AYm=（AY1-AY2）/ln（A1/YAY2）,NOG=（丫1-丫2）/AmY填料层高度Z=HogNog,Hog=（V空气*273）/（22.4*T空气）/KYa*Q,-塔横截面积。Z已知，则可求Hog，最后求出总体积吸收系数KYa。三、实验仪器与试剂：填料吸收装置一套，配有空气鼓风机、氨气钢瓶及减压表。塔系硼酸玻璃管，装10*10*1.5瓷拉西环，填

58、料层高度Z=0.4m,塔内径D=0.075m分析：50ml酸式滴定管一支，铁架台，5ml、10ml移液管各一支，250ml锥形瓶2个，吸耳球一个，0.05M、0.005M硫酸各500ml,甲基橙指示剂一瓶。（新）填料塔的塔体为100X5mm有机玻璃管制成，填料层高度学生自行测取20.水四、实验步骤：1空气旁路阀全开，只启动鼓风机，调空气流量由小到大，依次读取压力降转子流量计读数、和空气温度。标绘p/Zu的曲线。2先将空气流量调至0,打开水保持喷淋量为4OL/h,慢慢调空气流量，直到观察到液泛现象，并确定液泛气速。读数同1,并记录。3将水流量调到301/h,控制原料气中氨浓度，氨流量选为0.02

59、(m3/h),靠减压阀控制。在空气、氨气和水的流量基本稳定后，记录各流量计读数以及空气、氨气温度，塔底排出液温度；并分析塔顶尾气及塔底吸收液的浓度。4尾气分析：(见说明书)5吸收液分析：接取200ml的吸收液加盖。再取10ml进行滴定分析。6实验结束，先关氨气、再关水，最后关空气。五、数据记录与处理：1干填料层p/Z-u关系Z=0.4m,D=0.075m序号填料压降Ap(mmH2O)Ap/ZmmH2O/m空气流量读数(m3/h)空气温度C校正后空气流量(m3/h)空塔气速(m/s)1234567892喷淋量为401/h时，p/Z-u关系Z=0.4m,D=0.075m序号填料压降Ap(mmH2O

60、)Ap/ZmmH2O/m空气流量读数(m3/h)空气温度C校正后空气流量(m3/h)空塔气速(m/s)塔内操作现象1塔内正常3在双对数坐标纸上作出p/Z-u变化曲线23456789开始积液:10塔内积液11液泛12严重液泛:134氨吸收传质实验数据与计算；气体：空气一氨混合气；吸收剂：水；10*10*1.5瓷拉西环，填料层高度Z=0.4m,塔内径D=0.075m思考题：如何提高实验结果的准确性?实验项目实验结果空气流量空气流量计读数（m3/h）空气在流量计处温度C校正后空气流量（m3/h）氨气流里氨转子流量计读数（m3/h）氨的温度C校正后氨的体积流量（m3/h）水的流量（L/h）30.0塔顶