化工原理实验(教案).doc

《化工原理实验》讲 稿王 承 敏二 0 一二年九月11. 能量转换（伯努利）实验—、实验目的1.演示流体在管内流动时静压能、动能、位能相互之间的转换关系，加深对伯努利方程的理解2.通过能量之间变化了解流体在管内流动时其流体阻力的表现形式3.可直接观测到当流体经过扩大、收缩管段时，各截面上静压头的变化过程，形象直观，说服力强二、实验内容1.测量几种情况下的压头，并作分析比较2.测定管中水的平均流速和点 C、D 处的点流速，并做比较三、实验原理在实验管路中沿管内水流方向取 n 个过水断面运用不可压缩流体的定常流动的总流 Bernoulli 方程，可以列出进口附近断面（1）至另一缓变流断面（i）的伯努利方程：iwiii hgvpzgvpz 12211 其中 i=2，3，4…… ，n； 取 21n选好基准面，从断面处已设置的静压测管中读出测管水头 的值；通过测量管路的流量，计算出各pz断面的平均流速 和 的值，最后即可得到各断面的总水头 的值vg2 gv2四、实验装置基本情况1.实验设备流程图（如图一、图二所示）：图一 能量转换实验流程示意图2图二 实验测试导管管路图2.实验设备主要技术参数表一 设备主要技术参数序号 名称 规格（尺寸） 材料1 主体设备离心泵 型号：WB50/025 不锈钢2 水箱 880×370×550 不锈钢3 高位槽 445×445×730 有机玻璃五、实验方法及步骤1.将水箱灌入一定量的蒸馏水，关闭离心泵出口上水阀及实验测试导管出口流量调节阀、排气阀、排水阀，打开回水阀和循环水阀后启动离心泵。

2.逐步开大离心泵出口上水阀，当高位槽溢流管有液体溢流后，利用流量调节阀调节出水流量稳定一段时间3.待流体稳定后读取并记录各点数据4.逐步关小流量调节阀，重复以上步骤继续测定多组数据 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论6.关闭离心泵，结束实验六、实验注意事项1.离心泵出口上水阀不要开得过大，以免水流冲击到高位槽外面，导致高位槽液面不稳定2.调节水流量时，注意观察高位槽内水面是否稳定，随时补充水量保持稳定3.减小水流量时阀门调节要缓慢，以免水量突然减小使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.避免离心泵空转或离心泵在出口阀门全关的条件下工作七、实验数据处理（测量点结果图绘制为图三、图四、图五、图六）A 截面的直径 14mm； B 截面直径 28mm；C 截面、D 截面直径 14mm；以 D 截面的中心为零基准面；D 截面中心距基准面为 ZD=0mm A 截面和 D 截面间距离为 100mm；A、B、C 截面 ZA=ZB=ZC=100（即标尺为 100 毫米）对这些实验数据分析如下：表二 第一套数据记录表流量 560（ l/h） 流量 460（ l/h） 流量 360（ l/h）序号 项目压强测量值压头（mmH 2O)压强测量值压头（mmH 2O)压强测量值压头（mmH 2O)3（mmH 2O) （mmH 2O) （mmH 2O)1 静压头2 冲压头3 静压头4 静压头5 静压头6 静压头7 静压头8 静压头9 静压头10 静压头11 冲压头12 静压头13 冲压头14 静压头15 冲压头1.冲压头分析2.截面间静压头分析（同一水平面处静压头变化）3.截面间静压头分析（不同水平面处静压头变化）4.压头损失的计算5.文丘里测量段分析结论42. 单向流动阻力测定实验一、实验目的1.学习直管摩擦阻力 △ Pf 、直管摩擦系数 的测定方法。

2.掌握直管摩擦系数 与雷诺数 Re 和相对粗糙度之间的关系及其变化规律3.掌握局部摩擦阻力 △ Pf 、局部阻力系数 ζ的测定方法4.学习压强差的几种测量方法和提高其测量精确度的一些技巧二、实验内容1.测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数 2.测定并绘制实验管路内流体流动的直管摩擦系数 与雷诺数 Re 和相对粗糙度之间的关系曲线3.测定管路部件局部摩擦阻力 △ Pf和局部阻力系数 ζ三、实验原理1.直管摩擦系数 与雷诺数 Re 的测定流体在管道内流动时，由于流体的粘性作用和涡流的影响会产生阻力流体在直管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和管道摩擦系数有关，它们之间存在如下关系（1）2udlhfPf（2） （3）2ulf udRe式中： 管径，m ； 直管阻力引起的压强降，Pa；dfP管长，m； 流体的密度， kg / m3；l流速，m / s； 流体的粘度，N·s / m 2 u直管摩擦系数 λ与雷诺数 Re 之间有一定的关系，这个关系一般用曲线来表示在实验装置中，直管段管长 l 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 V）之间的关系fPu根据实验数据和式（1-2）可计算出不同流速下的直管摩擦系数 ，用式（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 与 Re 的关系曲线2．局部阻力系数 的测定: （4）2'uhff（5）'Pf式中： 局部阻力系数，无因次；局部阻力引起的压强降，Pa；'fP局部阻力引起的能量损失，J／kg'fh5图 1 局部阻力测量取压口布置图局部阻力引起的压强降 可用下面的方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装待测局'fP部阻力的阀门，在其上、下游开两对测压口 a-a'和 b-b＇，见图 1-1，使 ab＝bc， a’b’＝b’c’则 △P f， a b ＝△P f，bc ； △P f，a＇b＇ = △P f，b＇c＇在 a~a＇之间列柏努利方程式： Pa－P a＇ =2△P f，a b +2△P f，a ＇b＇ +△P ＇ f （1-6）在 b~b＇之间列柏努利方程式： Pb－P b＇ = △P f，bc +△P f，b＇c＇ +△P ＇ f= △P f，a b +△P f，a＇b＇ +△P ＇ f （1-7 ）联立式（1-6）和（1-7） ，则： ＝2（P b－P b＇ ）－（P a－P a＇ ）'f为了便于区分，称（P b－P b＇ ）为近点压差， （P a－P a＇ ）为远点压差。

其数值通过差压传感器来测量四、实验装置基本情况1.实验装置技术参数离心泵：型号 WB 70/055 流量 8m3／h 扬程:12m 电机功率 550W被测直管段：光滑管管径 d=0.0078 (m) 管长 L-1.70 (m) 材料不锈钢 粗糙管管径 d=0.01 (m) 管长 L-1.70(m) 材料不锈钢 被测局部阻力直管:管径 d=0.015(m) 管长 L-1.70(m) 材料不锈钢玻璃转子流量计： 型号 LZB—25 测量范围 100~1000（L/h） 型号 LZB—10 测量范围 10~100（L/h ） 压差传感器： 型号 LXWY 测量范围 200 KPa数字显示仪表: 温度测量 Pt100 数显仪表：AI501B压差测量 压差传感器 数显仪表：AI501BV242. 单相流动阻力测定实验装置流程示意图（见图-2）图-2 单相流动阻力测定实验装置流程示意图1-水箱；2- 离心泵；3、4- 放水阀；5、13- 缓冲罐；6-局部阻力近端测压阀；7、15-局部阻力远端测压阀；8、20-粗糙管测压阀；9、19-光滑管测压阀；10-局部阻力管阀；11-U 型管进出水阀；12- 压力传感器；14-大流量调节阀； 15、16-水转子流量计；17-光滑管阀；18-粗糙管阀；21- 倒置 U 型管放空阀；22-倒置 U 型管；23-水箱放水阀；24- 放水阀；3. 单相流动阻力测定实验装置面板示意图见图-36图-3 实验装置面板示意图五、实验方法及步骤1.向储水槽内注水至水满为止。

最好使用蒸馏水，以保持流体清洁) 2.光滑管阻力测定①关闭粗糙管路阀门，将光滑管路阀门全开，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需要进行赶气泡操作导压系统如图三所示操作方法如下：加大流量，打开 U 型管进出水阀门 11，使倒置 U 型管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若观察气泡已赶净，将流量调节阀 24 关闭，U 型管进出水阀 11 关闭，慢慢旋开倒置 U 型管上部的放空阀 26后，分别缓慢打开阀门 3、4，使液柱降至中点上下时马上关闭，管内形成气—水柱，此时管内液柱高度差不一定为零然后关闭放空阀 26，打开 U 型管进出水阀 11，此时 U 型管两液柱的高度差应为零（1—2mm 的高度差可以忽略） ，如不为零则表明管路中仍有气泡存在，需要重复进行赶气泡操作②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③差压变送器与倒置 U 型管亦是并联连接，用于测量压差，小流量时用∪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操作，一般测取 15～20 组数据。

注：在测大流量的压差时应关闭 U 型管的进出水阀 11，防止水利用 U 型管形成回路影响实验数据图-4 导压系统示意图73、4-排水阀；11-U 型管进水阀； 12-压力传感器；26-U 型管放空阀； 27-U 型管3.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 15~20 组数据4.测取水箱水温待数据测量完毕，关闭流量调节阀，停泵5.粗糙管、局部阻力测量方法同前六、实验操作注意事项1.启动离心泵之前以及从光滑管阻力测量过渡到其它测量之前，都必须检查所有流量调节阀是否关闭2.利用压力传感器测量大流量下△P 时,应切断空气—水倒置∪型玻璃管的阀门否则将影响测量数值的准确3.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 七、附数据处理过程举例(计算过程 )1.流体阻力测量(1) 直管摩擦系数 与雷诺数 Re 的测定①光滑管小流量数据：Q＝ L/h h ＝ ｍｍH 2O( 表一第 组数据)实验水温 = ℃ 粘度 ＝ Pa.s 密度 ＝ kg／m 3 t管内流速 阻力降 雷诺数 阻力系数 ②粗糙管大流量数据：Q＝ L/h h ＝ ｍｍH 2O( 表二第 组数据)实验水温 = ℃ 粘度 ＝ Pa.s 密度 ＝ kg／m 3 t管内流速 阻力降 雷诺数 阻力系数 2.局部阻力系数 的测定局部阻力实验数据：Q＝ L/h 近端压差＝ kPa 远端压差＝ kPa实验水温 = ℃ 粘度 ＝ Pa.s 密度 ＝ kg／m 3t管内流速： 局部阻力： 局部阻力系数： 3.单相流动阻力实验数据记录表（光滑管）见表一表一 单相流动阻力实验数据记录表（光滑管）光滑管内径 7.8mm 管长 1.70m 液体温度 27.7℃ 液体密度 ρ= kg/m 液体粘度 μ= mPa.S直管压差 ΔP序号 流量(l/h)（kPa） （mmH2o）ΔP（Pa）流速 u(m/s) Re λ12348567891011。