《化工原理实验》教案

1、学习好资料欢迎下载化工基础实训教案课程名称：化工基础实训学生专业及年级：2010、2011、20XX级化工专业教师姓名：王永志、张艳华、刘春波、韩艳荣所用教材：化工基础实训讲义天津职业大学化工系主编选读参考书：化工原理实验 雷良恒 主编 清华大学出版社课程性质：基础实训课卓资县职业中学化工部目 录实验一流体流动阻力的测定1实验二 离心泵特性曲线的测定错误！未定义书签。实验三恒压过滤实验3实验四 洞道干燥实验4实验五 超临界C02萃取实验5实验六膜分离实验6实验七液液萃取实验7实验八吸收实验8实验九精馏实验9实验十固体流态化实验10实验十一伯努利实验11实验十二管道阻力实验14实验十三离心泵实验

2、19实验十四传热实验24实验十五 填料塔气体吸收实验30实验十六雷诺实验37实验十七液体流量的测定与流量计的校正40实验十八 精溜塔的操作与塔板效率的测定44实验十九填料塔流体力学特性实验46实验二十填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定48化工基础实训教案授课内容实验一流体流动阻力的测定授课对象应用化学专业学时安排4学时目的要求(1) 掌握流体流经直管和阀门时阻力损失的测定方法，通过实验了 解流体流动中能量损失的变化规律。(2) 测定直管摩擦系数入与雷诺准数Re的关系，将所得的入Re方 程与经验公式比较。(3) 测定流体流经阀门时的局部阻力系数 E。(4) 学会倒U形差压计转子流量计的使用方法

3、。(5) 观察组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。授课内容及方式(1) 讲解实验原理；授课方式：利用多媒体教学(2) 实验操作演示；授课方式：现场操作；(3) 学生自己实验；授课方式：现场指导；(4) 学生实验数据处理的讲解；授课方式：利用多媒体教学重点实验原理的讲解要结合教材；学生对实验操作要熟悉，对所要转子流量计、 光滑管、粗糙管理解构 造与原理难点设备结构与实验操作；注意事项开启、关闭管道上的各阀门及倒U型差压计上的阀门时，一定要缓慢 开关，切忌用力过猛过大，防止测量仪表因突然受压、减压而受损(如 玻璃管断裂，阀门滑丝等)！实验报告要求(1) 在双对数坐标纸上标绘出光滑管、粗糙管的

4、入Re曲线，对照 化工原理教材上有关公式，即可确定该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。根据光滑管实验结果，并对照柏拉修斯方程，计算其误差。(2) 根据局部阻力实验结果，求出闸阀全开时的平均 E值。(3) 对实验结果进行分析讨论。思考题(1) 在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的流量调节 阀？为什么？(2) 如何检验测试系统内的空气是否已经被排除干净？化工原理实验教案授课内容实验二 离心泵特性曲线的测定授课对象应用化学专业学时安排4学时目的要求(1) 了解离心泵结构与特性，学会离心泵的操作。(2) 测定恒定转速条件下离心泵的有效扬程 (H)、轴功率(N)、以及 总效率(n )与有效流量(V)

5、之间的曲线关系。(3) 掌握离心泵流量调节的方法(阀门、转速和泵组合方式)和涡 轮流量传感器及智能流量积算仪的工作原理和使用方法。授课内容及方式(1) 讲解实验原理；授课方式：利用多媒体教学(2) 实验操作演示；授课方式：现场操作；(3) 学生自己实验；授课方式：现场指导；(4) 学生实验数据处理的讲解；授课方式：利用多媒体教学重点离心泵工作原理的讲解要结合教材；学生对离心泵结构与操作要熟悉，对涡轮流量计、传感器构造与原理 要了解难点离心泵的结构与实验操作；注意事项(1) 实验开始时，灌泵用的进水阀门开度要小，以防进水压力过大 损坏真空表。(2) 在实验开始时扭矩传感仪钩子要取下，在测数据时再

6、装上，每 测量一组数据后立刻取下，当测下一组数据时再装上。实验报告要求(1) 在同一张坐标纸上描绘一定转速下的 HV、NV、nV曲线(2) 分析实验结果，判断泵较为适宜的工作范围。思考题(1) 从所测实验数据分析，离心泵启动时为什么要关闭出口阀门？(2) 启动离心泵之前为什么要引水灌泵？如果灌泵后依然启动不起 来，你认为可能的原因是什么？(3) 为什么用泵的出口阀门调节流量？这种方法有什么优缺点？还 有其他方法调节流量？(4) 正常工作的离心泵，在其进口管路上安装阀门是否合理？为什 么？化工原理实验教案授课内容实验三恒压过滤实验授课对象应用化学专业学时安排4学时目的要求(1 )熟悉板框压滤机的

7、构造和操作方法；(2) 通过恒压过滤实验，验证过滤基本原理；(3) 学会测定过滤常数K、qe、T e及压缩性指数S的方法；(4) 了解操作压力对过滤速率的影响；授课内容及方式(1) 讲解实验原理；授课方式：利用多媒体教学(2) 实验操作演示；授课方式：现场操作；(3) 学生自己实验；授课方式：现场指导；(4) 学生实验数据处理的讲解；授课方式：利用多媒体教学重点过滤原理；恒压过滤设备的结构与操作难点恒压过滤设备的结构与实验操作；注意事项(1) 滤饼、滤液要全部回收到配料桶 。(2) 电磁阀、压力定值调节阀的顺序不能搞错。压力设定顺序为1# (低压)，3#(中压)，2#(高压)。否则压力定值调节

8、阀会漏气。实验报告要求(1) 由恒压过滤实验数据求过滤常数 K, qe, T(2) 比较几种压差下的K, qe, T值，讨论压差变化对以上参数数 值的影响。(3) 在直角坐标纸上绘制lg K Ig(Ap)关系曲线，求出S及k(4) 写出完整的过滤方程式，弄清其中各个参数的符号及意义。思考题(1) 通过实验你认为过滤的一维模型是否适用？(2) 当操作压强增加一倍，其 K值是否也增加一倍？要得到同样的 过滤液，其过滤时间是否缩短了一半？(3) 影响过滤速率的主要因素有哪些？(4) 滤浆浓度和操作压强对过滤常数 K值有何影响？(5) 为什么过滤开始时，滤液常常有点浑浊，而过段时间后才变清？(6) 若

9、要做滤饼洗涤，管线应怎样安排？需增加什么设备？化工原理实验教案授课内容实验四洞道干燥实验授课对象应用化学专业学时安排4学时目的要求(1) 熟悉常压洞道式(厢式)干燥器的构造和操作；(2) 测定在恒定干燥条件(即热空气温度、湿度、流速不变、物料 与气流的接触方式不变)下的湿物料干燥曲线和干燥速率曲线；(3) 测定该物料的临界湿含量Xo;(4) 学会有关测量和控制仪器的使用方法。授课内容及方式(1) 讲解实验原理；授课方式：利用多媒体教学(2) 实验操作演示；授课方式：现场操作；(3) 学生自己实验；授课方式：现场指导；(4) 学生实验数据处理的讲解；授课方式：利用多媒体教学重点实验原理的讲解要结

10、合教材；厢式干燥器的构造和操作构造与操作难点设备结构与实验操作；注意事项必须先开风机，后开加热器，否则，加热管可能会被烧坏。传感器的负何量仅为200克，放取毛毡时必须十分小心以免损坏称重 传感器。实验报告要求(1) 绘制干燥曲线(失水量时间关系曲线)。(2) .根据干燥曲线作干燥速率曲线。(3) 读取物料的临界湿含量。(4) 对实验结果进行分析讨论。思考题(1) 毛毡含水是什么性质的水分？(2) 实验过程中干、湿球温度计是否变化？为什么？(3) 恒定干燥条件是指什么？(4) 如何判断实验已经结束？化工原理实验教案授课内容实验五超临界C02萃取实验授课对象应用化学专业学时安排4学时目的要求(1)

11、 让学生了解超临界萃取装置的结构， 掌握超临界萃取操作方法， 熟悉基本工作原理；(2) 通过与传统提取方法所得产物在质量上的比较，近一步掌握超 临界萃取的优点，从而加深科技进步对化工的影响。授课内容及方式(1) 讲解实验原理；授课方式：利用多媒体教学(2) 实验操作演示；授课方式：现场操作；(3) 学生自己实验；授课方式：现场指导；(4) 学生实验数据处理的讲解；授课方式：利用多媒体教学重点实验原理的讲解要结合教材；超临界萃取装置的流程及构造和操作难点设备结构与实验操作；注意事项实验过程中必须时刻注意仪表的指示，防止出现过压问题。 注意按操作说明进行操作。实验报告要求(1) 记录原理数据。(2

12、) 进行数据处理并在坐纸上绘制液固及气固系统的 Pu关 系曲线。思考题(1) 什么是超临界状态？(2) 实验过程中应如何调节阀门，使每个釜内压力维持所需状态？(3) 该装置有哪些方面的应用？化工原理实验教案授课内容实验六膜分离实验授课对象应用化学专业学时安排4学时目的要求（1）了解膜的结构和影响膜分离效果的因素，包括膜材质、压力和 流里等。（2）了解膜分离的主要工艺参数，掌握膜组件性能的表征方法。（3）掌握膜分离流程，比较各膜分离过程的异同。（4）掌握电导率仪、紫外分光光度计等检测方法。授课内容及方式（1）讲解实验原理；授课方式：利用多媒体教学（2）实验操作演示；授课方式：现场操作；（3）学生

13、自己实验；授课方式：现场指导；（4）学生实验数据处理的讲解；授课方式：利用多媒体教学重点不同膜组件的实验原理；膜实验装置的构造和操作构造与操作难点设备结构与实验操作；注意事项（1）每个单元分离过程前，均应用清水彻底清洗该段回路，方可进 行料液实验。清水清洗管路可仍旧按实验单元回路， 对于微滤组件则 可拆开膜外壳，直接清洗滤芯，对于另三个膜组件则不可打开，否则 膜组件和管路重新连接后可能造成漏水情况发生。（2）单元操作结束后，先用清水洗完管路，之后用 0.5-1%浓度的甲 醛溶液做保护液打入各膜组件中，使膜组件浸泡在保护液中。（3）对于长期使用的膜组件，其吸附杂质较多，或者浓差极化明显，则膜分离

14、性能显著下降。对于预滤和微滤组件，采取更换新内芯的手段；对于超滤、纳滤和反渗透组件，一般先采取反清洗手段，即将 低浓度的料液溶液从透过液侧进入膜组件，同时关闭浓缩液侧出口阀，使料液反向通过膜内芯而从物料进口侧出液，若反清洗后膜组件仍无法回复分离性能，则表面膜组件使用寿命已到，需更换新内芯。实验报告要求用截留率（R）、透过液通量（J）和溶质浓缩倍数（N）来表示膜组件 的性能。思考题（1）每种膜组件的原理是什么？（2）如何膜组件维护中注意哪些问题？化工原理实验教案授课内容实验七液液萃取实验授课对象应用化学专业学时安排4学时目的要求(1) 了解转盘萃取塔的基本结构、操作方法及萃取的工艺流程。(2)

15、观察转盘转速变化时，萃取塔内轻、重两相流动状况，了解萃 取操作的主要影响因素。(3) 掌握每米萃取咼度的传质单兀数 NOr、传质单兀咼度Hor和萃 取率口的实验测法。(4) 研究萃取操作条件对萃取过程的影响。授课内容及方式(1) 讲解实验原理；授课方式：利用多媒体教学(2) 实验操作演示；授课方式：现场操作；(3) 学生自己实验；授课方式：现场指导；(4) 学生实验数据处理的讲解；授课方式：利用多媒体教学重点转盘萃取塔的基本结构、操作方法及萃取的工艺流程；掌握每米萃取咼度的传质单兀数 Nor、传质单兀咼度Hor和萃取率耳 的实验测法。难点转盘萃取塔的基本结构、操作方法及萃取的工艺流程。注意事项

16、注意转速的调整不能过快；以防将玻璃打碎；实验报告要求(1) 测定不同转速下的萃取效率，传质单元咼度。(2) 以煤油为分散相，水为连续相，进行萃取过程的操作。思考题(1) 请分析比较萃取实验装置与吸收、精馏实验装置的异同点？(2) 说说本萃取实验装置的转盘转速是如何调节和测量的？从实验 结果分析转盘转速变化对萃取传质系数与萃取率的影响。(3) 测定原料液、萃取相、萃余相的组成可用哪些方法？米用中和滴定法时，标准碱为什么选用 KOH CH3OH溶液，而不选用KOH H2O溶液？化工原理实验教案授课内容实验八吸收实验授课对象应用化学专业学时安排4学时目的要求(1) 了解填料塔吸收装置的基本结构及流程

17、。(2) 了解填料塔的流体力学性能，测定干填料及一定喷淋量的湿填 料下填料塔压降也P与气速u的关系曲线，确定载点及泛点。(3) 学习填料吸收塔传质能力和传质效率测定方法，测定不同填料 下传质单兀数Nog和吸收率H，传质单兀咼度Hog和体积吸收系数 KYa ；测定气体空塔速度和液体喷淋密度对传质系数的影响。(4) 了解气相色谱仪和六通阀的使用方法；授课内容及方式(1) 讲解实验原理；授课方式：利用多媒体教学(2) 实验操作演示；授课方式：现场操作；(3) 学生自己实验；授课方式：现场指导；(4) 学生实验数据处理的讲解；授课方式：利用多媒体教学重点塔吸收装置的基本结构及流程。填料吸收塔传质能力和

18、传质效率测定方法，测定不同填料下传质单元 数Nog和吸收率口，传质单元高度Hog和体积吸收系数Kya ；测定气 体空塔速度和液体喷淋密度对传质系数的影响。难点填料塔的流体力学性能；注意事项(1) 固定好操作参数后，应随时注意调整以保持各量不变。(2) 在填料塔操作条件改变后，需要有较长的稳定时间，一定要等 到稳疋以后方能读取有关数据。(3) 由于CO2在水中的溶解度很小，因此，在分析组成时一定要仔 细认真，这是做好本试验的关键。实验报告要求(1) 将原始数据列表。(2) 在双对数坐标纸上绘图表示二氧化碳解吸时体积传质系数、传 质单元咼度与液体流量的关系。(3) 列出实验计算结果与计算示例。思考

19、题1 本实验中，为什么塔底要有液封？液封高度如何计算？2能否用自来水代替高位槽水？为什么？化工原理实验教案授课内容实验九精馏实验授课对象应用化学专业学时安排4学时目的要求(1) 了解连续精馏塔的基本结构及流程。(2) 掌握连续精馏塔的操作方法。(3) 学会板式精馏塔全塔效率、单板效率和填料精馏塔等板高度的 测定方法。(4) 确疋部分回流时不同回流比对精馏塔效率的影响。(5) 了解气相色谱仪的使用方法。授课内容及方式(1) 讲解实验原理；授课方式：利用多媒体教学(2) 实验操作演示；授课方式：现场操作；(3) 学生自己实验；授课方式：现场指导；(4) 学生实验数据处理的讲解；授课方式：利用多媒体

20、教学重点(1) 了解连续精馏塔的基本结构及流程。(2) 学会板式精馏塔全塔效率、单板效率和填料精馏塔等板高度的 测定方法。(3) 确定部分回流时不同回流比对精馏塔效率的影响。(4) 了解气相色谱仪的使用方法难点气相色谱仪的使用方法；注意事项(1) 塔顶放空阀一定要打开。(2) 料液一定要加到设定液位 2/3处方可打开加热管电源，否则塔 釜液位过低会使电加热丝露出干烧致坏。(3) 部分回流时，进料泵电源开启前务必打开进料阀，否则会损害 进料泵。实验报告要求(1) 将塔顶、塔底温度和组成等原始数据列表。(2) 按全回流和部分回流分别计算理论板数。(3) 计算全塔效率、单板效率或等板高度。(4) 分

21、析并讨论实验过程中观察到的现象。思考题1 测定全回流和部分回流总板效率(或等板高度)与单板效率时各 需测几个参数？化工原理实验教案授课内容实验十固体流态化实验授课对象应用化学专业学时安排4学时目的要求（1）观察聚式和散式流化现象；（2）掌握流体通过颗粒床层流动特性的测量方法；（3）测定床层的堆积密度和空隙率；（4）测定流化曲线（Apu曲线）和临界流化速度。授课内容及方式（1）讲解实验原理；授课方式：利用多媒体教学（2）实验操作演示；授课方式：现场操作；（3）学生自己实验；授课方式：现场指导；（4）学生实验数据处理的讲解；授课方式：利用多媒体教学重点（1）测定床层的堆积密度和空隙率；（2）测定流

22、化曲线（Apu曲线）和临界流化速度。难点床层的堆积密度和空隙率；注意事项（1）由小到大改变气（或液）量（注意:不要把床层内固体颗粒带出！）,记 录各压差计及流量计读数，注意观察床层高度变化及临界流化状态时 的现象，记录温度。（2）关闭电源，测量静床咼度，比较两次静床咼度的变化。（3）在临界流化点之前必须保证有六点以上数据，且在临界流化点 附近应多测几个点。实验报告要求（1）在直角坐标纸上作出pu曲线。（2）利用固定床阶段实验数据，求取欧根系数，并进行讨论分析。（3）求取实测的临界变化速度，并与理论值进行比较。（4）对实验中观察到的现象，运用气（液）体与颗粒运动的规律加 以解释。思考题（1）从观

23、察到的现象，判断属于何种流化？（2）实际流化时，p为什么会波动？（3）由小到大改变流量与由大到小改变流量测定的流化曲线是否重 合，为什么？（4）流体分布板的作用是什么？实验十一伯努利实验、实验目的流动流体所具有的总能量是由各种形式的能量所组成，并且各种形式的能量之间又可相互转换。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，可由机械能衡算基本方程来表达。 这些规律对于解决流 体流动过程的管路计算、流体压强、流速与流量的测量，以及流体输送等问题， 都有着十分重要的作用。本实验采用一种称之为伯努利试验仪的简单装置，实验观察不可压缩流体在 导管内流动时的各种形式机械能的

24、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。二、实验原理对于不可压缩流体，在导管内作定常流动，系统与环境又无功的交换时，若 以单位质量流体为衡算基准，则对确定的系统即可列出机械能衡算方程：gZi “ 1山2 二 gZ2 山 fu；二 hfJ kg（1）若以单位重量流体为衡算基准时，则又可表达为2 2乙 E1 Hl Z；Hf m 液柱（2）g 2g-g 2g式中Z 流体的位压头，m液柱；p 流体的压强，Pa；u 流体的平均流速，ms ;流体密度，kgm;、hf 流动系统内因阻力造成的能量损失，Jkg;x Hf 流动系统内因阻力造成的压头损失

25、， m液柱。下标1和2分别为系统的进口和出口两个截面。不可压缩流体的机械能衡算方程，应用于各种具体情况下可作适当简化， 例 如：（1）当流体为理想液体时，于是式（1）和（2）可简化为gZi 単 * u2 = gZ2 竺 f u； J kg（3）2 2Z -Pk= Z2 -P1 -u2m 液柱（4）:g 2g: g 2g该式即为伯努利（Bernoulli）方程。J kg(5)(2) 当液体流经的系统为一水平装置的管道时，则(1)和(2)式又可简 化为2Pl . u-2-P2 U2 h fm液柱(6)g 2gg 2g匕匕2r 2P2-u|hf2(3)当流体处于静止状态时，则(1)和(2)式又可简化

26、为gz- p- = gZ2 P2J kgJ(7)ZiP1 忆P2m液柱(8)Pg中或者将上式可改写为P2 - P1 = -g J-J(9)这就是流体静力学基本方程。三、实验装置(实验仪 CE 103型)本实验装置主要由试验导管、稳压溢流水槽和三对测压管所组成。试验导管为一水平装变径圆管，沿程分三处设置测压管。每处测压管由一对 并列的测压管组成，分别测量该截面处的静压头和冲压头。伯努利实验装置包括稳压水槽；试验导管；出口调节阀； 静压头测量管； 冲压头测量管。实验装置的流程如实验室实验仪所示。液体由稳压水槽流入试验 导管，途径不同直径的管子，最后排出设备。流体流量由出口调节阀调节。四、实验方法实

27、验前，先缓慢开启进水阀，水充满稳压溢流水槽，并保持有适量溢流水流 出，使槽内液面平稳不变。最后，设法排尽设备内的空气泡。实验可按如下步骤进行：(1) 关闭试验导管出口调节阀，观察和测量液体处于静止状态下各测试点 的压强。(2) 开启试验导管出口调节阀，观察比较液体在流动情况下的各测试点的 压头变化。(3) 缓慢开启试验导管的出口调节阀，测量流体在不同流量下的各测试点 的静压头、动压头和损失压力。实验过程中必须注意如下几点：（1）实验前一定要将试验导管和测压管中的空气泡排除干净，否则会干扰 实验现象和测量的准确性。（2）开启进水阀向稳压水槽注水，或开关试验导管出口调节阀时，一定要 缓慢地调节开启

28、程度，并随时注意设备内的变化。（3）试验过程中需根据测压管量程范围，确定最小和最大流量。（4）为了便于观察测压管的液柱高度，可在临实验测定前，向各测压管滴 入几滴红墨水。五、实验结果1. 测量并记录实验基本参数试验导管内径：dA =18 （mm）;dp =30 （mm）;实验导管长度：L=1060 mm ；测试段为800mm。测压管6根d = 8 mm2. 非流体体系的机械能分布及其转换（1）实验数据记录（2）验证流体静力学方程。3. 流动体系的机械能分布及其转换（1）实验数据记录（2）验证流动流体的机械能衡算方程。实验十二 管道阻力实验一、实验目的研究管路系统中的流体流动和输送，其中重要的问

29、题之一，是确定流体在流 动过程中的能量损耗。流体流动时的能量损耗（压头损失），主要由于管路系统中存在着各种阻力 管路中的各种阻力可分为沿程阻力（直管阻力）和局部阻力两大类。本实验的目的，是以实验方法直接测定摩擦系数 和局部阻力系数 。二、实验原理当不可压缩流体体在圆形导管中流动时， 在管路系统内任意二个截面之间列 出机械能衡算方程为gZiPi12P212Ui = gZ2u2 hfP2 1P22fJ kg J(1)或2 2ZP1 . U1 _ Z2 P2 U2 H fm液柱(2):g 2g-g 2g式中Z流体的位压头，m液柱；p-流体的压强，Pa；u-流体的平均流速，ms，；P流体密度，kg m

30、 ；hf -流动系统内因阻力造成的能量损失，J kg JHf单位重量流体因流体阻力所造成的能量损失,即所谓压头损失，m液柱；符号下标1和2分别表示上游和下游截面上的数值。假设：（1）水作为试验物系，则水可视为不可压缩液体;（2）试验导管是按水平装置的，则 乙二J ；（3）试验导管的上下游截面上的横截面积相同，则 uu2。 因此（1）和（2）两式分别可简化为hf=B 也 J g 4 （3） ;Hf 二旦 m 液柱（4）。由此可见，因阻力造成的能量损失（压头损失），可由管路系统的两截面之间的 压力差（压头差）来测定。当流体在圆形直管内流动时，流体因摩擦阻力所造成的能量损失（压头损失），有如下一般关

31、系:Pl - p2 hr-1 u2=A *d 2J kg J(5)或Pl p21 u2m液柱(6)H f -gd 2g式中：d圆形直管的管径，m；l圆形直管的长度，m；扎摩擦系数，无因次。大量实验研究表明：摩擦系数与流体的密度和粘度，管径d、流速u 和管壁粗糙度；有关。应用因次分析的方法，可以得出摩擦系数与雷诺数和管壁 相对粗糙度；/d存在函数关系，即d通过实验测得和Re数据，可以在双对数坐标上标绘出实验曲线。当 Rev 2000时，摩擦系数与管壁粗糙度；无关。当流体在直管中呈湍流时，不仅与 雷诺数有关，而且与管壁相对粗糙度有关。当流体流过管路系统时，因遇各种管件、阀门和测量仪表等而产生局部阻

32、力， 所造成的能量损失（压头损失），有如下一般关系式：22hf = u（J kg ） ;H f = u（m 液柱）。22g式中：u 连接管件等的直管中流体的平均流速，ms ;局部阻力系数无因次。由于造成局部阻力的原因和条件极为复杂，各种局部阻力系数的具体数值， 都需要通过实验直接测定。三、实验装置（实验仪 CEA F03型）本实验装置主要是由循环水系统（或高位稳压水槽）、试验管路系统和高位 排气水槽串联组合而成。每条测试管的测压口通过转换阀组与压差计连通。压差由一倒置U形水柱压差计显示。孔板流量计的读数由另一倒置U形水柱压差计显示。该装置的流程如图1所示。XK一 L詬亍厶图1管路流体阻力实验装

33、置流程1. 循环水泵；2.光滑试验管；3.粗糙试验管；4.扩大与缩小试验管；5.孔板 流量计；6阀门；7.转换阀组；8.高位排气水槽。试验管路系统是由五条玻璃直管平行排列，经U形弯管串联连接而成。每条直管上分别配置光滑管、粗糙管、骤然扩大与缩小管、阀门和孔板流量计。每 根试验管测试段长度，即两测压口距离均为 0.6m。流程图中标出符号G和D分 别表示上游测压口（高压侧）和下游测压口（低压侧）。测压口位置的配置，以 保证上游测压口距U形弯管接口的距离，以及下游测压口距造成局部阻力处的 距离，均大于50倍管径。作为试验用水，用循环水泵或直接用自来水由循环水槽送入试验管路系统， 由下而上依次流经各种

34、流体阻力试验管， 最后充入高位排气水槽。由高位排气水 槽溢流出来的水，返回循环水槽。水在试验管路中的流速，通过调节阀加以调节。流量由试验管路中的孔板流 量计测量，并由压差计显示读数。四、实验方法实验前准备工作须按如下步骤顺序进行操作:（1）先将水灌满循环水槽，然后关闭试验导管入口的调节阀，再启动循环 水泵。洋运转正常后，先将试验导管中的旋塞阀全部打开， 并关闭转换阀组中的 全部旋塞，然后缓慢开启试验导管的入口调节阀。 当水流满整个试验导管，并在 高位排气水槽中有溢流水排出时，关闭调节阀，停泵。（2）检查循环水槽中的水量，一般需要再补充些水，防止水面低于泵吸入 口。（3）逐一检查并排除试验导管和

35、联接管线中可能存在的空气泡。排除空气泡的方法是，先将转换阀组中被栓一组测压口旋塞打开，然后打开倒置U形水柱压差计顶部的放空阀，直至排尽空气泡再关闭放空阀，必要时可在流体流动状 态下，按上述方法排除空气泡。（4）调节倒置U形压差计的水柱高度。先将转换阀组上的旋塞全部关闭，然后打开压差计顶部放空阀，再缓慢开启转换阀组中的放空阀，这时压差计中液 面徐徐下降。当压差计中的水柱高度居于标尺中间部位时， 关闭转换阀组中的放 空阀。为了便于观察，在临实验前，可由压差计顶部的放空处，滴入几滴红墨水， 将压差计水柱染红。（5）在高位排水槽中悬挂一支温度计，用以测量水的温度。（6）实验前需对孔板流量计进行标定，作

36、出流量标定曲线。实验测定时，按如下步骤进行操作：（1）先检查试验导管中旋塞是否置于全开位置，其余测压旋塞和试验系统 入口调节阀是否全部关闭。检查毕启动循环水泵。（2）待泵运转正常后，根据需要缓慢开启调节阀调节流量，流量大小由孔 板流量计的压差计显示。（3）待流量稳定后，将转换阀组中，与需要测定管路相连的一组旋塞置于 全开位置。这时测压口与倒置 U形水柱压差计接通，即可记录由压差计显示出 压强降。（4）当需改换测试部位时，只需将转换阀组由一组旋塞切换为喂组旋塞。 例如，将G1和D1 一组旋塞关闭，打开另一组 G2和D2旋塞。这时，压差计与 G1和D1测压口断开，而与G2和D2测压口接通，压差计显

37、示读数即为第二支 测试管的压强降。以此类推。（5）改变流量，重复上述操作，测得各试验导管中不同流速下的压强降。（6）当测定旋塞在同一流量不同开度的流体阻力时，由于旋塞开度变小， 流量必然会随之下降，为了保持流量不变，需将入口调节阀作相应调节。（7）每测定一组流量与压强降数据，同时记录水的温度。实验注意事项：（1）实验前务必将系统内存留的气泡排除干净，否则实验不能达到预期效（2）若实验装置旋转不用时，尤其是冬季，应将管路系统和水槽内水排放 干净。五、实验结果（1）实验基本参数 试验导管的内径 试验导管的测试段长度 粗糙管的粗糙度 粗糙管的相对粗糙度 孔板流量计的孔径 旋塞的孔径（2）流量标定曲线

38、（3）实验数据 列出表中各项计算公式。（5）标绘Re- 实验曲线d = 17 mml =600mmmm/ddodvmmmm实验十三离心泵实验一、实验目的在化工厂或实验室中，经常需要各种输送机械用来输送流体。根据不同使用 场合和操作要求，选择各种型式的流体输送机械。离心泵是其中最为常用的一类 流体输送机械。离心泵的特性由厂家通过实验直接测定， 并提供给用户在选择和 使用泵时参考。本实验采用单级单吸离心泵装置，实验测定在一定转速下泵的特性曲线。通 过实验了解离心泵的构造、安装流程和正常的操作过程，掌握离心泵各项主要特 性及其相互关系，进而加深对离心泵的性能和操作原理的理解。二、实验原理离心泵主要特

39、性参数有流量、扬程、功率和效率。这些参数不仅表征泵的性 能，也是选择和正确使用泵的主要依据。1.泵的流量泵的流量即泵的送液能力，是指单位时间内泵所排出的液体体积。泵的流量 可直接由一定时间t内排出液体的体积V或质量m来测定。即Vs 二 *m3 s(1)或Pt(2)若泵的输送系统中安装有经过标定的流量计时，泵的流量也可由流量计测 定。当系统中装有孔板流量计时，流量大小由压差计显示，流量 Vs与倒置U形 管压差计读数R之间存在如下关系：31Vs =CoS。2gR m s(3)式中，Co 孔板流量系数；S0 孔板的锐孔面积，m2;2. 泵的扬程若以泵的压出管路中装有压力表处为 B截面，以及入管路中装

40、有真空表处 为A截面，并在此两截面之间列机械能衡算式，则可得出泵扬程He的计算公式:=Ho2 2Pb - Pa . U B -U A巾2g(4)式中Pb由压力表测得的表压强，Pa；Pa 由真空表测得的真空度，Pa；Ho A、B两个截面之间的垂直距离，m；uA A截面处的液体流速， ms ;Ub B截面处的液体流速，ms，。在单位时间内，液体从泵中实际所获得的功，即为泵的有效功率。若测得泵 的流量为V m-s 1，扬程为He， m，被输送液体的密度为Ne=VsHegW( 5)泵轴所作的实际功率不可能全部为被输送液体所获得， 其中部分消耗于泵内 的各种能量损失。电动机所消耗的功率又大于泵轴所作出的

41、实际功率。电机所消 耗的功率可直接由输入电压U和电流I测得，即N 二UlW(6)4.泵的总效率Ne泵的总效率可由测得的泵有效功率和电机实际消耗功率计算得出，即(7)这时得到的泵的总效率除了泵的效率外，还包括传动效率和电机的效率。5.泵的特性曲线上述各项泵的转性参数并不是孤立的， 而是相互制约的。因此，为了准确全 面地表征离心泵的性能，需在一定转速下，将实验测得的各项参数即：He、N、 与V,之间的变化关系标绘成一组曲线。这组关系曲线称为离心泵特性曲线，如图1所示。离心泵特性曲线对离心泵的操作性能得到完整的概念，并由此可确定泵的最适宜操作状态。图1离心泵特性曲线-/v7w 厂SO通常，离心泵在恒

42、定转速下运转，因此泵的特性曲线是在一定转速下测得的。 若改变了转速，泵的特性曲线也将随之而异。泵的流量V、扬程He和有效功率Ne 与转速 之间，大致存在如下比例关系：CEA F05 型)(8)三、实验装置（实验仪本实验装置主体设备为一台单级单吸离心水泵。为了便于观察，泵壳端盖用 透明材料制成。电动机直接连接半敞式叶轮。离心泵与循环水槽、分水槽和各种 测量仪表构成一个测试系统。实验装置及其流程如图 2所示。图2离心泵实验仪流程图1.循环水槽；2.底阀；3.离心泵；4.真空表；5.注水槽；6.压力表；7.调节 阀；8.孔板流量计；9.分流槽；10.电流表；11.调压变压器；12.电压表；13.倒

43、置U形管压差计。泵将循环水槽中的水，通过汲入导管汲入泵体的在汲入导管上端装有真空 表，下端装有底阀（单向阀）。底阀的作用是当注水槽向泵体内注水时，防止水 的漏出。水由泵的出口进入压出导管。压出导管沿程装有压力表、调节阀和孔板流量 计。由压出导管流出的水，用转向弯管送入分流槽。分流槽分为二格，其中一格 的水可流出用以计量，另一格的水可流回循环槽。根据实验内容不同可用转向弯 管进行切换。四、实验方法在离心泵性能测定前，按下列步骤进行启动操作：（1）充水。打开注水槽下的阀门，将水灌入泵内。在灌水过程中，需打开调节阀，将泵内空气排除。当从透明端盖中观察到泵内已灌满水后，将注水阀门关闭。（2）启动。启动

44、前，先确认泵出口调节阀关闭，变压器调回零点，然后合 闸接通电源。缓慢调节变压器至额定电压（220V），泵即随之启动。（3）运行。泵启动后，叶轮旋转无振动和噪声，电压表、电流表、压力表 和真空表指示稳定，则表明运行已经正常，即可投入实验。实验时，逐渐分步调节出口调节阀。每调定一次阀的开启度，待状况稳定后， 即可进行以下测量：（1） 将出水转向弯头由分水槽的回流格拨向排水格同时， 用秒表计取时间， 用容器取一定水量。用称量或量取体积的方法测定水的体积流率。 （这时要接好 循环水槽的自来水源）。（2）从压强表和真空表上读取压强和真空度的数值。（3）记取孔板流量计的压差计读数。（4）从电压表和电流表上

45、读取电压和电流值。实验完毕，应先将泵出口调节阀关闭，再将调压变压器调回零点，最后再切 断电源。五、实验结果1.基本参数（1）离心泵流量：Vs _20L.mm杨程：He _5m（H2。）功率：N -120W转速：1n = 2800r. min（2）管道吸入导管内径：dj =20.8mm压出导管内径：d2 =20.8mmA、B两截面间垂直距离：H 0 =mm（3）孔板流量计锐孔直径：d0 =14 mm 导管内径：dj =20.8mm（2）将实验数据标绘成孔板流量计的流量标定曲线，并求取孔板流量计的 孔流系数。（3）将实验数据整理结果标绘成离心泵的特性曲线。实验十四传热实验、实验目的在工业生产或实验

46、研究中，常遇到两种流体进行热量交换，来达到加热或冷 却之目的。为了加速热量仁慈过程，往往需要将流体进行强制流动。对于在强制对流下进行的液-液热交换过程，曾有不少学者进行过研究，并 取得了不少求算传热膜系数的关联式。这些研究结果都是在实验基础上取得的。 对于新的物系或者新的设备，仍需要通过实验来取得传热系数的数据及其计算 式。本实验的目的，是测定在套管换热器中进行的液-液热交换过程的传热总系 数，流体在圆管内作强制湍流时的传热膜系数。以及确立求算传热系数的关联式。 同时希望通过本实验，对传热过程的实验研究方法有所了解， 在实验技能上受到 一定的训练，并对传热过程基本原理加深理解。二、实验原理冷热

47、流体通过固体壁所进行的热交换过程， 先由热流体把热量仁慈给固体壁 面，然后由固体壁面的一侧传向另一侧， 最后再由壁面把热量传给冷流体。 换言 之，热交换过程即为给热 导热 给热三个串联过程组成。若热流体在套管热交换器的管内流过，而冷流体在管外流过，设备两端测试 点上的温度如图1所示。则在单位时间内热流体向冷流体仁慈的热量， 可由热流 体的热量衡算方式来表示：图1套管热交换器两端测试点的温度Q-maCp-T? Js4(1)就整个热交换而言，由传热速率基本方程经过数学处理，可得计算式为Q 二 KA Tm J s4(2)式中：Q传热速率，Js，或W;ma热流体的质量流率，kg s ;Cp热流体的平均

48、比热容，是Jkg1 K* ;T 热流体的温度，K;T 冷流体的温度，K;Tw 固体壁面温度，K;K 传热总系数，W-m 2 K JA 热交换面积，m2;-Tm两流体间的平均温度差，K o(符号下标1和2分别表示热交换器两端的数值)若盯和汀2分别为热交换器两端冷热流体之间的温度差，即汀1 二 Ti -T；(3);汀2 二 T2 -T2(4)则平均温度差可按下式计算:(6)。由(1)2时，肱(5);当誥劲.t2和(2)两式联立求解，可得传热总系数的计算式:JlT2.Ti In.T2(7)(8)KmsCp T1 -T2K MTm就固体壁面两侧的给热过程来说，给热速率基本方程为Q = ： 1Aw T

49、-TwQ pAwTw -T根据热交换两端的边界条件，经数学推导，同理可得管内给热过程的给热速 率计算式Q = ： 1Qw(9)式中：?1与分别有示固体壁两侧的传热膜系数，W- m 2 k;2Aw与Aw 分别表示固体壁两侧的内壁表面积和外壁表面积，m ;T2与Tw分别表示固体壁两侧的内壁面温度和外壁面温度，K;UTm 热流体与内壁面之间的平均温度差；K o热流体与管内壁面之间的平均温度差可按下式计算：当 _Tw12 时 ，T - 丁1 _Tw1 _ T2 _Tw2( 10)(T2 -Tw2 )In 6 _Tw1 )(T2 -Tw2 )当 T1 -几 2 时 T = T1 -Tw1 - T2 -T

50、w2( 11)T2 _Tw2mT1 -Tw1(T2 - Tw2 )学习好资料欢迎下载由（1）和（9）式联立求解可得管内传热膜系数的计算式为msC p T1 -T2Awl =Tm2 1W- m 2 K 1式中:Nu努塞尔准数（Nusselt numbe）;同理也可得到管外给热过程的传热膜系数的类同公式。流体在圆形直管内作强制对流时，传热膜系数：与各项影响因素（如：管内 径d,m ；管内流速u , ms ；流体密度，kg m 3;流体粘度二，Pas；定压比 热溶，Cp , J kg J K J和流体导热系数 , WmK _1 ）之间的关系可关联成如 下准数关联式：(13)Nu =aRem Prnd

51、uC pJ 、Re =雷诺准数(Reynolds numbe) ; Pr =普兰特准数(Prandtl number）。上列关联式中系数a和指数m,n的具体数值，通过实验来测定。实验测得a、 m、n数值后，则传热膜系数即可由该式计算。例如：当流体在圆形直管内作强制湍流时，Re 10000 ; Pr=0.7160 ; l/d 50。 则流体被冷却时，:值可按下列公式求算：Nu =0.023Re0 Pr0.3 (13.a) 流体被加热时N0.023Re08 Pr0.4 (14.a)当流体在套管环隙内作强制湍流时，上列各式中 d用当量直径de替代即可 各项物性常数均取流体进出口平均温度下的数值。、实

52、验装置（CEA H01型实验仪）本实验装置主要由套管热交换器、恒温循环水槽、高位稳压水槽以及一系列 测量和控制仪表所组成，装置流程如图 2所示图2套管换热器液-液热交换实验装置流程套管热交换器由一根 12X 1.5mm勺黄铜管作为内管，20X 2.0mm勺有机玻 璃管作为套管所构成。套管热交换器外面再套一根 32 X 2.5mmt机玻璃管作为 保温管。套管热交换器两端测温点之间距离(测试段距离)为 1000mm。每个检 测端面上在管内、管外和管壁内设置三支铜-康铜热电偶， 并通过转换开关与数 字电压表相连接，用以测量管内、管外的流体温度和管内壁的温度。热水由循环水泵从恒温水槽送入管内， 然后经转子流量计再返回槽内。恒温 循环水柄中用电热器补充热水在热交换器中移去的热量，并控制恒温。冷水由自来水管直接送入高位稳压水槽再由稳压水槽流经转子流量计和套管的环隙空间。高位稳压水槽排出的溢流水和由换热管排出被加热后的水，均排入下水道。四、实验方法实验前准备工作(1) 向恒温循环水槽灌入蒸馏水或软水，直至溢流管有水溢出为止