化工原理实验

1、讲师：陈研讲师：陈研 化工原理基本实验 1. 流体阻力测定实验 实验目的：实验目的： 学习直管摩擦阻力Pf、直管摩擦系数的测定方法。 掌握直管摩擦系数与雷诺数Re之间关系及其变化规律。 学习压差和流量流速的测量方法。 掌握对数坐标系的使用方法。 实验内容：实验内容： 测定既定管路内流体流动的摩擦阻力和直管摩擦系数 测定既定管路内流体流动的直管摩擦系数与雷诺数Re的对 应数据，并在对数坐标纸上绘制与Re的关系曲线。 求出-Re关系式，并与理论公式比较 实验原理：实验原理： 2 2 u d l hf J/kg 直管阻力通式（范宁直管阻力通式（范宁FanningFanning公式）公式） 其它形式：

2、 压力损失：压力损失： 2 2 f u d l p Pa 该公式层流与湍流均适用；该公式层流与湍流均适用； 注意注意 与与 的区别。的区别。p f p 压头损失：压头损失： 2 f 2 l u H dg m 4 压强降的概念压强降的概念 定义：单位体积流体流动产生的能量损失称为流动阻力引起的压强降， 即 ff ph 32 J/m = N/mPa 特别强调，与伯努利方程中两截面的压强差是两个截然不同的概念。特别强调，与伯努利方程中两截面的压强差是两个截然不同的概念。 在一般情况下，p与pf在数值上不相等，即 2 21ef 2 u pppWg Zh 只有当流体在一段既无外功加入、直径又相同的水平管

3、内流动时， 才能得出两截面间的压强差p与压强降pf在绝对数值上相等。 ff12 phppp 2 2 f u d l p 2 f 2 u p l d 式中：pf 直管阻力损失，Pa； l 管段长度，m； d 管径，m； 流体的密度，kg/m3; u 管内平均流速，m/s； 摩擦系数 6 普通普通 U U 管压差计管压差计 p0 p0 0 p1 p2 R a b 要求： 指示剂密度0 被测流体密度 指示剂与被测流体不发生化学反应，且不互溶。 120 ppgR 由指示液高度差由指示液高度差 R R 计算压差计算压差 若被测流体为气体，其密度较指示液密度小得多， 上式可简化为 120 ppgR u H

4、 pa = p1 + g (H + R) pb = p2 + g H + 0 g R pa = pb 0.05 0.04 0.03 0.02 0.015 0.01 0.006 0.004 0.002 0.001 0.0006 0.0002 0.0004 0.0001 0.00005 湍流区（图中红色虚线上方为完全湍流区）湍流区（图中红色虚线上方为完全湍流区） 层流层流 过渡区过渡区 103104105106107108 0.01 0.10 摩擦因数摩擦因数 雷诺准数雷诺准数Re 相对粗糙度相对粗糙度 d/ 246246246246246 0.008 0.02 0.03 0.04 0.05 0.

5、06 0.07 0.08 光滑管光滑管 图图1-27 摩擦因数摩擦因数与与Re 、 /d的关系曲线的关系曲线 以 Re 和 / d 为参数，在双对数坐标中标绘测定的摩擦系数 值 莫狄（莫狄（Moody）摩擦因数图：）摩擦因数图： 对摩擦因数图应掌握好对摩擦因数图应掌握好“二线三区二线三区” （1） Re2000为为层流区层流区，与与/d无关，和无关，和Re成直线关系成直线关系 （2） Re=20004000为为过渡区过渡区，在此区域内，流体的流型可能是层，在此区域内，流体的流型可能是层 流，也可能是湍流，视外界条件而定，为安全起见，对流动阻力计算，流，也可能是湍流，视外界条件而定，为安全起见，

6、对流动阻力计算， 一般将湍流时的一般将湍流时的 Re曲线延伸查取曲线延伸查取的值。的值。 （3） Re4000及虚线以下和光滑管及虚线以下和光滑管 Re曲线以上的区域为曲线以上的区域为湍流粗糙湍流粗糙 管区管区。在这个区域内，管内流型为湍流，。在这个区域内，管内流型为湍流， =f ( Re, /d)。 /d 一定，一定， Re， ； Re一定，一定， /d ， 。 Re 64 （4） Re4000时的最下面一条时的最下面一条 Re曲线为曲线为湍流光滑管区湍流光滑管区，管内流型，管内流型 为湍流，为湍流， 0， =f(Re)。当。当Re=5000100000时，时， =0.3164/ Re0.2

7、5。 （5） 虚线以上的区域为虚线以上的区域为完全湍流区完全湍流区， Re曲线近似水平，曲线近似水平， 与与Re 无关，只与无关，只与/d有关。对于一定管道，有关。对于一定管道， /d为定值，为定值， =常数，由范宁公式，常数，由范宁公式， 可知可知 2 2 f 2 u u d l p 光滑管，柏拉修斯公式 0.2 0. Re 5 316 适用范围 35 3 10 1 10Re 报告内容：报告内容： 自制ppt，时间不超过15分钟。 报告分为三个部分: 1、实验原理和设备 2、实验操作讲解 3、实验结果分析（绘制曲线，找出关系式，对 比理论公式，分析原因） 回答以下问题： 为了使实验数据点在曲

8、线上尽可能均匀分布，为此实验 中压力差的读数应怎样选取？ 本实验以水为工作介质，做出-Re曲线，是否适用于 其他流体，为什么？ 2. 离心泵性能测定实验 实验目的：实验目的： 熟悉离心泵的结构与操作方法，了解泵的结构组成及特性。 掌握离心泵特性曲线的测定方法、表示方法、加深对离心 泵性能的了解。 实验内容：实验内容： 熟悉离心泵的结构与操作。 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 实验原理：实验原理： 离心泵的 H、N 都与离心泵的 Q 有关，它们之间的关系 由确定离心泵压头的实验来测定，实验测出的一组关系曲 线： HQ 、Q 、 NQ 离

9、心泵的特性曲线 注意：特性曲线随转速而变,图上需标出测定是的转速。 各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状基本 相似，具有共同的特点 测定条件：固定转速， 20C清水 出入 出出 出 入入 入-, 22 g2gg2g f H up ZH up Z 出入 入出入出 入出 ）（）（ ）（ -, 22 g2 - g - f H uupp ZZH Hf,入-出 可忽略 出入管径相同，因此 u出 = u入 已知 Z出-Z入 = 0.4 m 4 . 0 g - ）（ 入出 pp H (1) 求扬程 He (2) 求效率 N gHQ N Ne 式中：Q 流量，m3s； H 压头，m； 被输送液体密度

10、，kgm3； N 泵的轴功率，W。 报告内容：报告内容： 自制ppt，时间不超过15分钟。 报告分为三个部分: 1、实验原理和设备 2、实验操作讲解 3、实验结果分析（列出原始数据，以一组数据 进行举例计算。绘制特性曲线） 回答以下问题： 离心泵的主要部件及其功能？ 为什么要先灌泵？ 离心泵开启前为什么要关出口阀？ 3. 过滤实验 实验目的：实验目的： 掌握恒压过滤常数K、通过单位过滤面积当量滤液量qe、当 量过滤时间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d/dq q关系的实验确定方法。 实验内容：实验内容： 熟悉过滤的操作和流程。 在实验条件下，测定过滤方程中的过滤常

11、数K、qe、e。 ee Kqq 2 恒压过滤方程式 实验原理：实验原理： 2 218. 0mS S V q i i 过滤面积 e q K q Kdq 22d 微分式： ee Kq 2 来替代可用增量之比不大时，当各数据点的时间间隔 qdq d 2 1 ii m qq q ii qqq 1 ii 1 距直线图，找出斜率和截作 m q q 报告内容：报告内容： 自制ppt，时间不超过15分钟。 报告分为三个部分: 1、实验原理和设备 2、实验操作讲解 3、实验结果分析（列出原始数据，绘制曲线， 演示计算过程） 回答以下问题： 在恒压过滤中，你的实验数据第一点是否有偏高或偏 低现象，原因如何，如何对待这异常数据？ 如果过滤液的粘度比较大，你考虑用什么方法改善过 滤速率？ 4. 干燥实验 实验目的：实验目的： 掌握干燥曲线、干燥速率曲线的测定方法 学习物料含水量的测定方法。 加深对物料临界含水量Xc的概念及其影响因素的理解 实验内容：实验内容： 在空气流量和温度不变的条件下，测量物料的干燥曲线、 干燥速率曲线和临界含水量。 c ci i W WW X 干燥曲线作图 i X i d d S W U S W gW S 9 .26 m0326. 0 c 2 已知： 2 1 ii i XX X 干燥速率曲线作图 i XU 报告内容：