《环境工程原理实验指导书》-环境工程专业

1、环境工程原理实验指导书目 录前 言-2实验守则-3对学生基本要求-3实验一 化工流体过程综合实验-4实验二 恒压过滤常数测定实验-12实验三 传热综合实验-16实验四 填料吸收塔实验-23、前 言 21世纪人类将进入知识经济的时代，人们正将其视为继农业经济、工业经济之后人类社会所面临的又一次生产方式、生活方式乃至思维方式的历史性变革。面对知识经济的到来，我国高等教育改革势在必行，以培养出知识面宽广且具有较强创新能力的人才。化工原理实验作为化工类创新人才培养过程中重要的实践环节，在化工教育中起着重要的作用，它具有直观性、实践性、综合性和创新性，而且还能培养学生具有一丝不苟、严谨的工作作风和实事求

2、是的工作态度。因此，以培养实验研究过程中所需的各种能力和素质为目的，以强化创新能力为重点，对化工原理实验进行了相应的改革，更新了全部实验内容。更新后的实验主要是符合“素质教育”需要的综合型、研究型、设计型实验，同时实验设备也达到了国内领先水平。本书作为化工原理实验的指导书。其具有如下特点：（1）将实验研究过程中所需要的各种能力，通过不同的实验来培养；而工作作风和态度的培养则贯穿于每个实验环节。（2）实验内容各专业稍有差别，真正达到因材施教的目的。（3）实验内容尽可能接近工厂实际，以训练工程能力。由于编者水平有限，时间仓促，书中难免有不妥和错误之处，恳切希望读者批评指出。实 验 守 则要 讲 究

3、 科 学 态 度要 遵 守 课 堂 纪 律要 敢 于 实 事 求 是要 勤 于 动 脑 动 手要 尊 重 老 师 指 导要 爱 护 仪 器 设 备要 注 意 人 身 安 全要 保 持 环 境 卫 生对学生基本要求 实验前必须到现场结合实验装置，进行实验预习，列出书写报告所需要的原始数据表，并通过老师的检查提问，方可参加实验。 实验做完后，所记录的数据经指导老师检查合格后，才可结束实验；实验若有短缺或不合理应该补全或重做。结束实验后，指导老师在原始数据表上签字。 实验结束后，应将使用的仪器设备整理复原。检查水源、电源、汽源等是否已确实关断，并将场地打扫干净。 用计算机整理数据时，要爱护计算机，不

4、要胡乱操作，如计算机出现问题要及时报告老师，要节约打印纸。 实验后要认真写实验报告，报告要求独立完成，若发现彼此抄袭，对有关的所有人都给低于及格分数线的低分。 实验报告中，除了包括实验数据与计算结果的表格以及需要的标绘曲线外，还必须有计算举例。同组人取实验的不同序号进行举例，列出全部数字运算过程；若发现同组中两人用相同的序号进行计算举例，则两人的报告均给低分。 对实验所测得的数据结果做必要的分析、讨论。实验一 化工流体过程综合实验一、实验方法1.掌握测定流体阻力的实验方法。2.掌握测定流体流经直管时摩擦系数l与雷诺数Re之间的关系。3.掌握离心泵的操作方法，了解离心泵的结构与性能。4.掌握离心

5、泵特性曲线和管路特性曲线的测定方法。5.掌握流量计的标定方法。6.学习压强差的几种测量方法和技巧。7.掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。二、实验原理 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

6、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，用式（4）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。 流量计性能测定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： （5） 式中：VS(Q) 被测流体(水)的体积流量，m3/s； 流量系数，无因次； 流量计节流孔截面积，m2； 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，kgm3 。

7、用涡轮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P和流量Vs绘制成一条曲线，即流量标定曲线。同时用上式整理数据可进一步得到C0Re关系曲线。 离心泵性能的测定（一）离心泵特性曲线离心泵是最常见的液体输送设备。在一定的型号和转速下，离心泵的扬程H、轴功率及效率均随流量Q而改变。通常通过实验测出HQ、NQ及 Q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。泵特性曲线的具体测定方法如下： H的测定： 在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程 上式中是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力(不包括泵体内部的流动阻力所引

8、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，值很小，故可忽略。于是上式变为： 将测得的和的值以及计算所得的u入，u出代入上式即可求得H的值。 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×电动机的效率。 泵的轴功率N功率表的读数×电动机效率，kw。 的测定 其中 kw式中：泵的效率； N泵的轴功率，kw Ne泵的有效功率，kw H泵的压头，m Q泵的流量，m3/s 水的密度，kg/m3（二）

9、管路特性曲线当离心泵安装在特定的管路系统中工作时，实际的工作压头和流量不仅与离心泵本身的性能有关，还与管路特性有关，也就是说，在液体输送过程中，泵和管路二者是相互制约的。在一定的管路上，泵所提供的压头和流量必然与管路所需的压头和流量一致。若将泵的特性曲线与管路特性曲线绘在同一坐标图上，两曲线交点即为泵在该管路的工作点。因此，可通过改变泵转速来改变泵的特性曲线，从而得出管路特性曲线。泵的压头H计算同上。三、实验装置与流程（一）实验装置、流程示意图见图1图1 流动过程综合实验装置 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

10、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； 12压力传感器； 13涡流流量计； 18阀门；19光滑进口管阀门； 20粗糙管进口阀门； 22小流量计； 23大流量计； 24阀门； 25水箱放水阀； 26倒U型管放空阀； 27倒U型管压差计；28,30倒U型管排水阀；29,31倒U型管平衡阀； 32，33文丘里测压阀图2 流动过程综合实验流程示意图（二）设备的主要技术数据：.流体阻力 被测直管段：型 号光滑管管径d (m)粗糙管管径d (m)管长L(m)LZTB0.0080.0101.715LZT20.0080.0101.698 玻璃转子流量计：型

11、号测量范围精度LZB251001000（L/h）1.5LZB1010100（L/h）2.5 压差传感器：型号：LXWY测量范围：200 KPa 数显表：型号：501测量范围：0200Kpa 离心泵：型号：WB70/055流量：20200（1h）扬程：1913.5(m)电机功率：550（W）电流：1.35(A)电压：380（V）. 流量计性能设备型号涡轮流量计流量 (m3/h)文丘里喉径d (m)实验管路管径D (m)LZTB仪表直接显示0.0200.043LZT2用下面公式计算：Vs（Q）=f/=(f/77.468)×(3600/1000)式中：f涡轮流量计频率，（赫兹）；涡轮流量计

12、仪表常数 =77.4680.0200.043. 离心泵性能 离心泵 型号 WB70/055流量Q=4m3/h，扬程H=8m，轴功率N=168w，电机效率为60% 真空表 用于泵吸入口真空度的测量盘真径-100mm 测量范围-0.1-0MPa 精度1.5级真空表测压位置管内径d1=0.025m 压力表 用于泵出口压力的测量表盘直径-100mm 测量范围0-0.25MPa 精度1.5级压强表测压位置管内径d2=0.025m 流量计 涡轮流量计 精度0.5级； 功率表 型号501 精度1.0级 两测压口之间距离 真空表与压强表测压口之间的垂直距离h0=0.35m. 管路特性 变频器：型号：N2-40

13、1-H 规格：（0-50）Hz（三）实验流程1流体阻力的测量流程：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的阻力，经回流管流回储水槽1。被测直管段流体流动阻力P 可根据其数值大小分别采用变送器12或空气水倒置型管来测量。2流量计、离心泵性能的测定流程：水泵2将水槽1内的水输送到实验系统，用流量调节阀18调节流量，流体经涡轮流量计13计量，回到储水槽。同时测量文丘里流量计两端的压差，离心泵进出口压强、离心泵电机输入功率。3管路特性的测量流程：流量调节阀18调节流量调节到某一位置，改变电机频率，测定涡轮流量计的频率，泵入口真空度，

14、泵出口压强四、实验内容及操作步骤 直管摩擦系数l与雷诺数Re的测定 向储水槽内注满水（蒸馏水，以保持流体清洁）。关闭流量调节阀18，压力表4的开关及真空表3的开关。2. 启动实验装置总电源，预热约15分钟，用变频调速器上、及键设定频率后，按run键启动离心泵。 光滑管阻力测定： 如图3，关闭粗糙管进水阀20、粗糙管测压进出水阀（17，8）、测局部阻力近端阀(6,14)、测局部阻力远端阀（7,15 ）、局部阻力阀10、文丘里流量计测压阀（32，33）。 在流量为零条件下，打开光滑管进水阀19，旋开倒置U型管（如图）进水阀29和出水阀31（LTZB型这样操作。对LTZ2型操作则相反，即：旋开倒U型

15、管进水阀28和出水阀30），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。操作方法如下：开大流量（大流量计和小流量计）阀24，使倒置U型管内液体充分流动，然后关小，再开大，重复直至赶出管路内的气泡；若认为气泡已赶净，将流量阀24关闭；慢慢旋开倒置U型管上部的放空阀26，再慢慢分别打开倒U型管阀28、30（LTZB型这样操作。对LTZ2型操作则相反，即：慢慢旋开倒U型管阀29和31），使液柱降至零点上下时马上关闭，管内形成气-水柱，此时管内液柱高度差应为零，表明管内无气泡存在。然后关闭放空阀26。 该装置两个转子流量计并联连接，根据流量大

16、小选择不同量程的流量计测量流量。 压力传感器与倒U型管压差计也是并联连接，用于测量直管段的压差。小流量（流量100Lh）时只用倒型管压差计测量；大流量（100Lh）时应关闭倒型管压差计平衡阀-29、31（LTZB型这样操作，对LTZ2型操作则相反，即：关闭倒置U型管进水阀28和出水阀30），只用压力传感器测量。应在最小流量和最大流量之间进行实验，一般测取1520组数据。(5) 测取水箱水温,取开始本次实验时水温与结束本次实验时水温的算术平均值。(6) 实验结束后，关闭流量调节阀，停泵，切断电源。4.粗糙管阻力测定： 关闭光滑管进水阀19、光滑管测压阀（21，9）、测局部阻力近端阀(6,14)、

17、测局部阻力远端阀（7,15 ）、局部阻力阀10、文丘里流量计测压阀（32，33）、流量调节阀18，压力表4的开关及真空表3的开关。 在流量为零条件下，打开粗糙管进水阀-20，旋开倒置U型管进水阀29和出水阀31（LTZB型这样操作。对LTZ2型操作则相反，即：旋开倒置U型管进水阀29和出水阀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，操作方法同上。 同上、步骤，从小流量到最大流量，一般测取1520组数据。 测取水箱水温，取开始本次实验时水温与结束本次实验时水温的算术平均值。(5) 实验结束后，关闭流量调节阀，停泵，切断电源。.

18、 流量计、离心泵性能的测定 向储水槽内注入蒸馏水。检查流量调节阀18，压力表4的开关及真空表3的开关是否关闭(应关闭)。关闭光滑管进水阀19、光滑管测压阀（9，21）、关闭粗糙管进水阀20、粗糙管测压进出水阀（17，8）、关闭测局部阻力近端阀(6,14)、测局部阻力远端阀（7,15 ）、关闭阀门24、局部阻力阀10、打开文丘里测压阀32，33。 启动离心泵，缓慢打开调节阀18至全开。待系统内流体稳定，即系统内已没有气体，打开压力表和真空表的开关，方可测取数据。 用阀18调节流量，从流量为零至最大或流量从最大到零，测取 1015组数据，同时记录涡轮流量计频率、文丘里流量计的压差、泵入口真空度、泵

19、出口压强、功率表读数，并记录水温（取开始本次实验时水温与结束本次实验时水温的算术平均值）。 实验结束后，关闭流量调节阀，停泵，切断电源. 管路特性的测量 测量管路特性曲线测定时，先置流量调节阀18为某一开度，调节离心泵电机频率（调节范围500Hz），测取 1015组数据，同时记录电机频率、流量计读数、泵入口真空度、泵出口压强，并记录水温（取开始本次实验时水温与结束本次实验时水温的算术平均值）。 实验结束后，关闭流量调节阀，停泵，切断电源。五、使用实验设备应注意的事项 直流数字表操作方法请仔细阅读说明书后,方可使用。 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

20、阀是否关闭。 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，否则影响测量数值。 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。 较长时间未做实验，启动离心泵之前应先盘轴转动，否则易烧坏电机。 该装置电路采用五线三相制配电，实验设备应良好地接地。 使用变频调速器时一定注意FWD指示灯亮，切忌按FWD REV键，REV指示灯亮，电机反转。 启动离心泵前，必须关闭流量调节阀，关闭压力表和真空表的开关，以免损坏压强表。 水质要清洁，以免影响涡轮流量计的运行。六、思考题 摩擦系数是 和 的函数。 直管摩擦阻力系数随雷诺数的变化规律因 不同而不同。 本实验中

21、用水为工作介质，做出的曲线，对其它流体是否适用？为什么？4试分析实验数据，看一看，随着泵出口流量调节阀开度的增大，泵入口真空表读数是减少还是增加，泵出口压强表读数是减少还是增加。为什么?5离心泵的流量，为什么可以通过出口阀来调节?往复泵的流量是否也可采用同样的方法来调节。为什么? 实验二 恒压过滤常数测定实验一、实验目的 了解板框压滤机的构造、过滤工艺流程和操作方法。 掌握恒压过滤常数、的测定方法，加深对、影响因素的理解。 学习滤饼的压缩性指数s和物料常数的测定方法。二、实验原理 过滤是利用过滤介质进行液固系统的分离过程，过滤介质通常采用带有许多毛细孔的物质如帆布、毛毯、多孔陶瓷等。含有固体颗

22、粒的悬浮液在一定压力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。 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，而使流体流动阻力增加。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，则过滤时间增加。 恒压过滤方程： （1）式中：单位过滤面积获得的滤液体积，m3 / m2； 单位过滤面积上的虚拟滤液体积，m3 / m2； 实际过滤时间，s； 虚拟过滤时间，s； 过滤常数，m2/s。 将式（1）进行微分可得： （2）由于微分是一无穷小量，无法用实验的办法测定该时间内所得的滤液量，因此将式（2）改写成

23、差分式（即可用增量之比来代替）： （3）这是一个直线方程。实验时，在恒压条件下过滤要测定的悬浮液，测出过滤时间及滤液累积量的数据，在直角坐标上标绘的关系（为时间内的平均值），可得直线，其斜率为，截距为，从而求出、。至于可由下式求出： （4）过滤常数的定义式： （5）两边取对数 (6)因，故与的关系在双对数坐标上标绘时应是一条直线，直线的斜率为，由此可得滤饼的压缩性指数，然后代入式（5）求物料特性常数。三、实验装置、流程及主要设备（一）实验装置及流程 图1 恒压过滤实验装置图2 恒压过滤实验装置流程示意图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

24、紧装置； 10滤浆槽； 12旋涡泵； 13-计量桶 （二）设备流程： 如图2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3所示：（三）设备的主要技术数据：1.旋涡泵: 型号: Y80-2。 2.搅拌器: 型号: KDZ-1； 功率: 160w； 转速: 3200转/分。3.过滤板: 规格: 160*180*11（mm）。4.滤布：型号：工业用；过滤面积0.0475m2。5.计量桶： 长327mm、宽286mm。 6.过滤压力: 0.0502

25、 MPa。四、实验内容及操作步骤1.系统接上电源，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10mm时所用的时间。当计量桶13读数为160 mm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

26、洗干净。放出计量桶内的滤液并倒回槽内，以保证滤浆浓度恒定。6.改变压力，从步骤2开始重复上述实验。7.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。五、使用实验设备应注意的事项1.过滤板与框之间的密封垫应注意放正，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

27、。 5.启动搅拌前，用手旋转一下搅拌轴以保证顺利启动搅拌器。六、思考题1. 过滤常数与哪些因数有关?恒压过滤开始时，为什么滤液是混浊的？3恒压过滤中，不同过滤压力得到的滤饼结构是否相同？其空隙率随压力如何变化？4过滤压差由小到大时，实验测得的、值的变化规律的特点是什么？为什么？若过滤压强增加1倍时，得到同样的滤液量所需的时间是否也减小一半？滤浆浓度和过滤压强对K有何影响？实验三 传热综合实验一、实验目的 通过对空气水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。并应用作图法或线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m的值。 通过对

28、管程内部插有螺旋线圈和采用螺旋扁管为内管的空气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/Nu0，了解强化传热的基本理论和基本方式。二、实验原理 (一) 光滑套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 对流传热系数的测定在该传热实验中，空气走内管，蒸气走外管。对流传热系数可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定 （1）式中：管内流体对流传热系数，W/(m2)； Q管内传热速率，W； S 管内换热面积，m2； 内壁面与流体间的温差，。(1).内壁面与流体间的温差的确定： (2) 式中：t1，t2 冷流体的入口、出口温度，； tw 壁面平均温度，；因为换热器内

29、管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，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。(2).管内换热面积S的确定： （3）式中：d内管管内径，m； L传热管测量段的实际长度，m。 (3).管内传热速率Qi的确定： （4）其中质量流量由下式求得： （5）式中：冷流体在套管内的平均体积流量，m3 / h； 冷流体的定压比热，kJ / (kg·)； 冷流体的密度，kg /m3。和可根据定性温度tm查得，为冷流体进出口的平均温度。t1，t2， tw， 可采取一定的测量手段得到。(4). 冷流体在套管内平均体积流量的测量 空气流量计由孔板与差压变送器和二次仪表组成。该孔板流

30、量计在20时标定的流量和压差的关系式为： （6）流量计在实际使用时往往不是20，此时需要对该读数进行校正： （7）式中：孔板流量计两端压差，KPa； 20时体积流量， m3/h；流量计处体积流量，也是空气入口体积流量，m3/h；流量计处温度，也是空气入口温度，。由于换热器内温度的变化，传热管内的体积流量需进行校正： （8）式中：冷流体在套管内的平均体积流量，m3 / h； 冷流体进出口的平均温度，。平均流速: （m/s） (9)式中: 管内流通截面积；（m2）； 内管管内径，（m）。(5). 温度测量及物性参数的求法.温度测量空气进口温度(t1)、出口温度(t2)采用电偶电阻温度计测得，由多路

31、巡检表以数值形式显示（1普通管空气进口温度；2普通管空气出口温度；3强化管空气进口温度；4强化管空气出口温度；）。壁温tw采用热电偶温度计测量，光滑管的壁温由显示表的上排数据读出，强化管的壁温由显示表的下排数据读出。.物性参数的求法在传热设备中，沿着流体流动的方向上，流体的物性参数随温度发生变化，并且当流量发生变化时，由于平均温度的变化也引起物性的变化。为了实验研究方便及实现计算机辅助计算，可将物性参数与定性温度的关系回归成以下多项式。多项式中的温度范围为0tm100，tm为进、出口平均温度。. 空气密度，kg /m31.2916-0.0045 tm+1.05828×10-5 tm2

32、 . 空气的定压比热，kJ / (kg·)1.00492-2.88378×10-5 tm +8.88638×10-7 tm2 -1.36051×10-9 tm3 +9.38989×10-13 tm4 -2.57422 ×10-16 tm5 . 空气粘度 ，Pa.s1.71692×10-5+4.96573×10-8 tm-1.74825×10-11 tm2. 空气导热系数，W/m2. 0.02437+7.83333×10-5 tm+1.51515×10-8 tm2 对流传热系数准数关联式

33、的实验确定流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为 . （10） 其中： ， ， 物性数据、可根据定性温度tm计算（或查表）求得。经计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为： （11）这样通过实验确定不同流量下的与，然后以为纵坐标，为横坐标，在双对数坐标系上标绘关系，由作图法（或线性回归方法）确定A和m的值。(二) 强化套管换热器传热系数、准数关联式及强化比的测定强化传热又被学术界称为第二代传热技术，它能减小初设计的传热面积，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；并且能够减少换热器的阻力以减少

34、换热器的动力消耗，更有效地利用能源和资金。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。螺旋线圈的结构图如图1所示，螺旋线圈由直径3mm以下的铜丝和钢丝按一定节距绕成。将金属螺旋线圈插入并固定在管内，即可构成一种强化传热管。在近壁区域，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，且长径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素。科学图1 螺旋线圈内部结构家通过实验研究总结了形式为的经

35、验公式，其中B和m的值因螺旋丝尺寸不同而不同。采用和光滑套管同样的实验方法确定不同流量下得Re与Nu，用作图法或线性回归方法可确定B和m的值。单纯研究强化手段的强化效果（不考虑阻力的影响），可以用强化比的概念作为评判准则，它的形式是：Nu/ Nu0，其中Nu是强化管的努塞尔准数，Nu0是光滑管的努塞尔准数（将强化套管换热器求得的Re数代入光滑套管换热器所得的准数关联式中，即得到Nu0）。显然，强化比Nu/ Nu01，而且它的值越大，强化效果越好。，三、实验流程和设备主要技术数据（一）实验装置（图2）及流程（图3）图2 空气-水蒸气传热综合实验装置 图3 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图1-液

36、位管； 2-储水罐； 3-排水阀； 4-蒸汽发生器； 5-强化套管蒸汽进口阀；6-普通套管蒸汽进口阀；7-普通套管换热器；8-内插有螺旋线圈的强化套管换热器；9-普通套管蒸汽出口；10-强化套管蒸汽出口；11-普通套管空气进口阀；12-强化套管空气进口阀；13-孔板流量计；14-空气旁路调节阀；15-旋涡气泵加水口；（二）设备主要技术数据： 设备主要技术参数见表1 表1 实验装置结构参数实验内管内径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L（m）1.20强化内管内插物（螺旋线圈）尺寸丝径h（mm）1

37、节距H（mm）40加热釜操作电压200伏 操作电流10安2电加热釜是产生水蒸汽的装置，使用体积为7升,内装有一支2.5kw的螺旋形电热器，当水温为30时，用(120180)伏电压加热，约15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(可由固态调压器调节)。3气源(鼓风机) 又称旋涡气泵，XGB2型，由无锡市仪表二厂生产，电机功率约0.75 KW（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。四、实验内容及操作步骤 实验前的准备，检查工作。 向储水罐中加水至液位计上端处。 检查空气流量旁路调节阀是否全开

38、。 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。2. 实验开始. 关闭通向强化套管的阀门5，打开通向简单套管的阀门6，当简单套管换热器的放空口9有水蒸气冒出时，可启动风机，此时要关闭阀门12，打开阀门11。在整个实验过程中始终保持换热器出口处有水蒸气冒出。 启动风机后用放空阀14来调节流量，调好某一流量后稳定3-8分钟后，分别测量空气的流量，空气进、出口的温度及壁面温度。然后，改变流量测量下组数据。一般从小流量到最大流量之间，要测量56组数据。 做完简单套管换热器的数据后，要进行强化管换热器实验。先打开蒸汽支路阀5，全部

39、打开空气旁路阀14，关闭蒸汽支路阀6，打开空气支路阀12,关闭空气支路阀11，进行强化管传热实验。实验方法同步骤。 实验结束后，依次关闭加热电源、风机和总电源。一切复原。五、使用实验设备应注意的事项 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。 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，两蒸汽支路阀门之一必须全开。在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭阀门必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。 必须保证空气管线的畅通。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

40、。在转换支路时，应先关闭风机电源，然后开启和关闭支路阀。 调节流量后，应至少稳定38分钟后读取实验数据。 实验中保持上升蒸汽量的稳定，不应改变加热电压，且保证蒸汽放空口一直有蒸汽放出。六、思考题何谓强化传热过程？可采取哪些强化传热的途径？气液对流传热，若提高总传热系数有什么办法？当空气流速增大时，空气离开换热器的温度将升高还是降低？为什么？ 本实验中空气和蒸汽的流向对传热效果有什么影响？随着冷流体流速的增加，管内对流传热系数变化规律如何？对于蒸汽空气换热系统来说，总传热系数接近于什么流体的对流传热系数？如果测量总传热系数，需要测量哪些量？实验四 填料吸收塔实验一、实验目的 熟悉填料吸收塔的结构

41、与操作方法。 掌握填料吸收塔传质单元高度、体积吸收系数和回收率的测定方法。 通过实验了解（PZ)u关系曲线和体积吸收系数对工程设计的重要意义。二、实验原理 气体通过填料层的压强降P , kPa压强降是塔设计中的重要参数，气体通过填料层压强降的大小决定了塔的动力消耗。压强降与气液流量有关，不同喷淋量下的填料层的压强降P与气速u的关系如图1所示： 图1 填料层的Pu关系 当无液体喷淋即喷淋量L0=0时，干填料的Pu的关系是直线，如图中的直线0。当有一定的喷淋量时，Pu的关系变成折线，并存在两个转折点，下转折点称为“载点”，上转折点称为“泛点”。这两个转折点将Pu关系分为三个区段：恒持液量区、载液区

42、与液泛区。 传质性能 吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数，而实验测定是获取吸收系数的根本途径。对于相同的物系及一定的设备（填料类型与尺寸），吸收系数将随着操作条件及气液接触状况的不同而变化。 本实验所用气体混合物中氨的浓度很低（摩尔比为0.02），所得吸收液的浓度也不高，可认为气-液平衡关系服从亨利定律，可用方程式Y*=mX表示。又因是常压操作，相平衡常数m值仅是温度的函数。（1） NOG 、HOG 、 A可依下列公式进行计算 （1） （2） （3） （4） ×100% （5）式中： Z填料层的高度，m； HOG气相总传质单元高度，m； NOG气相总传质单元数，无因次； Y1

43、、Y2进、出口气体中溶质组分的摩尔比，； D Ym所测填料层两端面上气相推动力的平均值；D Y2、D Y1分别为填料层上、下两端面上气相推动力； D Y1= Y1-1*= Y1- mX 1 ； D Y2= Y2-2*= Y2- mX 2 X2 、X1进、出口液体中溶质组分的摩尔比，； m相平衡常数，无因次； 气相总体积吸收系数，kmol /（m3 · h）； 空气的摩尔流率，kmol（B）/ h； 填料塔截面积，m2； 混合气中氨被吸收的百分率（吸收率），无因次。 （2） 操作条件下液体喷淋密度的计算 最小喷淋密度的经验值 为0.2 m3/ （m2· h） 三、实验装置、流

44、程及主要设备（一）实验装置（图2）及流程示意图（图3）图2 填料吸收塔实验装置流程示意图图3 填料吸收塔实验装置流程示意图1-鼓风机； 2-空气流量调节阀； 3-空气转子流量计； 4-空气温度； 5-液封管； 6-吸收液取样口； 7-填料吸收塔； 8-氨瓶阀门； 9-氨转子流量计； 10-氨流量调节阀； 11-水转子流量计； 12-水流量调节阀； 13-U型管压差计； 14-吸收瓶； 15-量气管； 16-水准瓶； 17-氨气瓶； 18-氨气温度； 20-吸收液温度； 21-空气进入流量计处压力设备流程：空气由鼓风机1送入空气转子流量计3计量,空气通过流量计处的温度由温度计4测量,空气流量由放

45、空阀2调节。氨气由氨瓶送出,经过氨瓶总阀8进入氨气转子流量计9计量,氨气通过转子流量计处温度由实验时大气温度代替；其流量由阀10调节5,然后进入空气管道与空气混合后进入吸收塔7的底部。水由自来水管经水转子流量计11,水的流量由阀12调节,然后进入塔顶。分析塔顶尾气浓度时靠降低水准瓶16的位置,将塔顶尾气吸入吸收瓶14和量气管15。在吸入塔顶尾气之前,予先在吸收瓶14内放入5mL已知浓度的硫酸作为吸收尾气中氨之用。 吸收液的取样可用塔底6取样口进行。填料层压降用形管压差计13测定。 （二）设备的主要技术数据：1. 设备参数: (1) 鼓风机: XGB型旋涡气泵,型号2,最大压力1176Kpa，最

46、大流量75m3h (2) 填料塔: 玻璃管,内装10×10×1.5瓷拉西环, 填料层高度Z0.39m,填料塔内径 D0.075m (3) 液氨瓶1个、氨气减压阀1个。2. 流量测量: (1) 空气转子流量计: 型号: LZB-25 流量范围: 2.525m3h 精度: 2.5 (2) 水转子流量计: 型号: LZB-6 流量范围: 660Lh 精度: 2.5 (3) 氨转子流量计: 型号: LZB-6 流量范围: 0.060.6m3h 精度: 2.53. 浓度测量:塔底吸收液浓度分析可采用滴定分析仪。塔顶尾气浓度分析: 吸收瓶, 量气管, 水准瓶一套。4.温度测量: 气相温度为CU50铜电阻； 液相温度为Pt100.0铂电阻。 四、实验内容及操作步骤1. 测量干填料层(PZ)u关系曲线先全开调节阀 2，后启动鼓风机，用阀 2 调节进塔的空气流量,按空气流量从小到大的顺序读取填料层压降P、转子流量计读数和流量计处空气温度（取10组数据左右），然后在对数坐标纸上以空塔气速 u为横坐标，以单位高度的压降PZ为纵坐标，标绘干填料层(PZ)u关系曲线。2. 测量某喷淋量下填料层(PZ)u关系曲线将水流量调节为40Lh，调节空气流量，用上面相同方法读取填料层压降P、转子流量计读数和流量计处空气温度并注意观察塔内的操作现象,一旦看到液泛现象