化工基础实验讲义剖析.doc

《化工基础实验》讲义应用化学教研室 编写 适用专业 化学 邯郸学院 化学化工与材料学院2015年 11月目录实验一 伯努利实验 1实验二 管道流体阻力的测定实验 5实验三 离心泵特性曲线的测定实验 12实验四 板框过滤实验 18实验五 空气-水蒸气套管传热实验 21实验六 精馏实验 26实验一 伯努利实验—、实验目的1.了解流体在管内流动时，静压能、动能、位能之间的转换关系，加深对机械能衡算方程的理解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.直接观测流体经过扩大、收缩管段时，各截面上静压头的变化过程二、实验原理在实验管路中沿管内水流方向取n个过水截面运用不可压缩流体的定常流动的伯努利（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：选好基准面，从断面处设置的静压头测管中读出的值；通过测量管路的流量，计算出各断面的平均流速和的值，最后即可得到各断面的总能头的值三、实验装置1.实验设备图（如图1、图2所示）图1 实验测试导管管路图图2 能量转换实验流程示意图2.实验设备主要技术参数表1 设备主要技术参数序号名称规格（尺寸/mm）材料1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有机玻璃四、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，打开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3.待流体稳定后读取并记录各点的压头数据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，结束实验五、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.水流量减小时阀门调节要缓慢，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.离心泵不要空转和在出口阀门全关的条件下工作六、实验数据处理A、C、D截面的直径14mm；B截面直径28mm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截面中心和D截面中心间的垂直距离为100mm，即A、B、C截面zA=zB=zC=100mm1.实验数据表2 原始数据记录表序号项目(mmH2O)流量1 l/h流量2 l/h流量3 l/h流量4 l/h流量5 l/hA1静压头2冲压头文丘里测量段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B10静压头11冲压头C12静压头13冲压头D14静压头15冲压头2.压头损失的计算以从C到D的压头损失和hf ,C-D为例。

压头损失的可用冲压头(冲压头为静压头与动压头之和)来计算序号流速（m/s）动压头（mmH2O）压头损失（mmH2O）Ahf ,A-D:Bhf ,A-B:Chf ,B-C:Dhf ,C-D:3.文丘里测量段分析本实验3~9测量段为文丘里管路3~6横截面积依次减小，6~9横截面积依次增大测量点6为喉径，横截面积最小通过测量数据我们可以看出，由于横截面积不断减小，通过测量点3~6的流速(增大？减小？)_________，3~6测量点静压头在不断降低，静压能转化为_______，在测量点6处横截面积最小、流速最____、静压头最____反之，测量点6~9动能转化为______，静压能________根据实验记录的静压头数据，绘制如下图所示的能量转换位置——压强图实验二 管道流体阻力的测定实验一、实验目的1.学习直管摩擦阻力，直管摩擦系数的测定方法2.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3.掌握局部摩擦阻力，局部阻力系数的测定方法二、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.测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数与雷诺数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和局部阻力系数。

三、实验原理1.直管摩擦系数l与雷诺数Re的测定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）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） （2）整理（1）（2）两式得 （3） （4）式中： 管径，m； 直管阻力引起的压强降，Pa；管长，m； 流速，m / s；流体的密度，kg / m3； 流体的粘度，N·s / m2 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ρ和粘度μ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△Pf与流速u（流量V）之间的关系。

根据实验数据和式（3）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（4）计算对应的Re，整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与Re的关系曲线2.局部阻力系数的测定 式中： 局部阻力系数，无因次； 局部阻力引起的压强降，Pa；局部阻力引起的能量损失，J／kg图1 局部阻力测量取压口布置图局部阻力引起的压强降 可用下面方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在上、下游各开两对测压口a-a'和b-b＇如图1，使 ab＝bc ； a＇b＇＝b＇c＇，则 △Pf，a b ＝△Pf，bc ； △Pf，a＇b＇= △Pf，b＇c＇在a~a＇之间列柏努利方程式 Pa－Pa＇ =2△Pf，a b+2△Pf，a＇b＇+△P＇f (5)在b~b＇之间列柏努利方程式： Pb－Pb＇ = △Pf，bc+△Pf，b＇c＇+△P＇f = △Pf，a b+△Pf，a＇b＇+△P＇f （6）联立式(5)和(6)，则：＝2(Pb－Pb＇)－(Pa－Pa＇) （7）为了实验方便，称(Pb－Pb＇)为近点压差，称(Pa－Pa＇)为远点压差。

其数值用差压传感器来测量四、实验装置的基本情况1.实验装置流程示意图图2 流动过程综合实验流程示意图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（孔板流量计）；12-压力传感器；13-涡流流量计；18、32-阀门；20-粗糙管阀；22-小转子流量计；23-大转子流量计； 24阀门；25-水箱放水阀；26-倒U型管放空阀；27- 倒U型管；28、30-倒U型管排水阀；29、31-倒U型管平衡阀2.实验装置流程简介水泵2将储水槽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测量流体流动阻力，经回流管流回储水槽1被测直管段流体流动阻力ΔP 可根据其数值大小分别采用变送器12或空气—水倒置Ｕ型管来测量3.实验设备主要技术参数表1实验设备主要技术参数序号名称规格材料1玻璃转子流量计LZB—25 100~1000（L/h）LZB—10 10~100（L/h）2压差传感器型号LXWY 测量范围0--200 KPa不锈钢3离心泵型号WB70/055不锈钢4文丘里流量计喉径0.020m不锈钢5实验管路管径0.043m不锈钢6真空表测量范围0.1-0MPa 精度1.5级，真空表测压位置管内径d1=0.028m7压力表测量范围0-0.25MPa 精度1.5级压强表测压位置管内径d2=0.042m8涡轮流量计型号LWY-40 测量范围0—20m3/h9变频器型号N2-401-H 规格（0-50）Hz表2 实验设备主要技术参数第一套：光滑管：管径d-0.008(m) 管长L-1.70(m)粗糙管：管径d-0.010(m) 管长L-1.70(m)真空表与压强表测压口之间的垂直距离h0=0.23m局部阻力管径：0.015m第二套：光滑管：管径d-0.008(m) 管长L-1.70(m)粗糙管：管径d-0.010(m) 管长L-1.70(m)真空表与压强表测压口之间的垂直距离h0=0.23m局部阻力管径：0.015m4. 实验装置面板图图3 实验装置面板图五、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8，17，20，将光滑管路阀门9，19，21全开，在流量为零条件下，打开通向倒置U型管的进水阀29，31，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4所示操作方法如下：加大流量，打开U型管进出水阀门29，31，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29，31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28、30，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29，31。