化工原理试验思考题答案56856

1、欢迎共阅化工原理实验思考题实验一：柏努利方程实验1. 关闭出口阀，旋转测压管小孔使其处于不同方向（垂直或正对流向），观测并记录 各测压管中的液柱高度H并回答以下问题：（1）各测压管旋转时，液柱高度H有无变化？这一现象说明了什么？这一高度的物 理意义是什么？答：在关闭出口阀情况下，各测压管无论如何旋转液柱高度 H无任何变化。这一现象,I | 1 I_2可通过柏努利方程得到解释：当管内流速 u=0时动压头H动二U =0,流体没有运动就不存在阻力，即工hf=0,由于流体保持静止状态也就无外功加入，既 We=0，此时该 式反映流体静止状态 见（P31）。这一液位高度的物理意义是总能量（总压头）。（2）

2、A、B、C、D E测压管内的液位是否同一高度？为什么？答：A B C D E测压管内的液位在同一高度（排除测量基准和人为误差）。这一 现象说明各测压管总能量相等。2. 当流量计阀门半开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察其的液位高度H/ 并回答以下问题：（1）各H/值的物理意义是什么？答：当测压管小孔转到正对流向时 （值指该测压点的冲压头 （冲；当测压管小孔转到 垂直流向时H/值指该测压点的静压头 H静；两者之间的差值为动压头 H/动=H，冲-H/静。（2）对同一测压点比较H与"各值之差，并分析其原因。答：对同一测压点H（值，而上游的测压点（值均大于下游相邻测压点 （值，原因 显

3、然是各点总能量相等的前提下减去上、下游相邻测压点之间的流体阻力损失 工hf所 致。（3）为什么离水槽越远H与H/差值越大？（4）答：离水槽越远流体阻力损失 工hf就越大，就直管阻力公式可以看出l 2H f =人，一 与管长I呈正比。d 2 当流量计阀门全开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察其的液位高度H并回答以下问题：（1）与阀门半开时相比，为什么各测压管内的液柱高度 H出现了变化？ 答：从采集的数据可以看出，阀门全开时的静压头或冲压头与半开时相比，各对应点 的压头均低于半开时的静压头或冲压头，因为直管阻力Hf与流速呈平方比（公式3-1）。（2）为什么C、D两点的静压头变化特别明显？答：

4、由于测压管C、D两点所对应的管道内径小于两侧为 © 12mm,因此在相同流量的 条件下C、D两点所对应的管道内的流速大于两侧的流速，根据柏努利方程机械能守2 2 2恒定律，当C、D两点的动能 也二亚 如时，c、D两点的静压能卫如 卫业。此2 22P P外从H f2才直管阻力公式可以看出，' d产生的阻力损失，hf对c、D两点的静压能也有一定的影响。4.计算流量计阀门半开和全开 A点以及C点所处截面流速大小。 答：注：A点处的管径d=0.0145(m) ;C点处的管径d=0.012(m)A点半开时的流速：Vs 422 =23600nd 36 0 0二 0.0 1 4 5O

5、9;08 ：2 =0.1 35 (m/s)A点全开时的流速:C点半开时的流速:C点全开时的流速:Uc全23600泊d3 6 0 0二 0.0 1 425Vsx40.08汉 423600 r 泊 d23600 二 0.012Vs><40.16汇4Vs 40.16 4U A全= 0.1 9 6 5 ( m/s)uc半23600，： ： -：d=0.2 6 9 ( m/s)-0.3 9 3(m/s)3 6 0 0二 0.0 1 21. 根据雷诺实验测定的读数和观察流态现象，列举层流和湍流临界雷诺准数的计算过 程，并提供数据完整的原始数据表。答：根据观察流态，层流临界状态时流量为 90(

6、l/h)体积流量:= 2.5"0°(m3/s)3600流速:雷诺准数:du'。.。145°.1514"8.7J19731.111 10”Vs25工10"5：<4u = Vs =乙5 iu 4 =0.1514(m/s) A 兀 X0.0145根据观察流态，湍流临界状态时流量为174 ( l/h)体积流量:必=叮"8310'(m3/s)流速：u，83 104 =0.2 926(9n/s)A-0.0 1 45雷诺准数：duP 0.0145 汇 0.29269 汉 998.73彳匚Re338 1 5卩 1.1110同理，

7、根据雷诺实验测定的读数计算其余各点的流量、流速和雷诺准数如原始数据表 所述。2根据实验观察到的流态，层流和湍流临界雷诺准数值与公认值有无差距？原因何 在？答：略有差距。主要原因在于实验设备测量精度和测量稳定性不高，其次是流态显色 墨水的注入量控制不当以及人为干扰产生的震动等。3 根据雷诺准数表示式，你认为在什么条件下可以只用流速来判断流动型态 (如层流、 湍流)？答：根据雷诺准数的四个影响因素：d、u p、卩可知，在同一台实验装置(即 管径 d,且管子不变)，水的温度不变(即 水的密度和黏度不变)以及测试的人为环境不 变时，可以依据前次的实验结果判断流态。实验三管道流体阻力的测定1 测得水银一

8、水差压计的读数为 Rf (mHg)，证明Rf与阻力的关系为：Hf=12.6Rf g (J/kg)答：设环境温度为20C，水银的密度p Hg=13590(kg/m3)水的密度p H2O=998.2(kg/m3)证明如下：HfB Rf g3590 998.2 Rf g=12.6Rf gPb998.2h . ' / - /2. 紧靠孔板流量计前后测得的压差，是否代表流体通过流量计的永久阻力损失？为什 么？答：测得的压差不代表流体通过流量计的永久阻力损失。流量计测得的压差 P 一方面由流体流经孔板产生的永久阻力 Pi,另一方面由流体流经孔板的流速变化也将产 生一定的阻力 P2。3. 实验装置各

9、压差计上的“平衡阀”(旁通阀)有何作用？在什么状况下进行开启或 关闭操作？答：平衡阀用以调节压差计两臂液柱的平衡。在实验装置启动运行或结束实验时，平 衡阀应该处在开启状态；在实验装置检验系统内空气是否排净或测量阻力数据是平衡 阀应该处在关闭状态。4. 根据管道流体阻力测定的读数，列举 1米直管在某一流量下的阻力Hf和摩擦系数 入;在某一流量下的局部阻力Hf'和局部阻力系数Z的计算过程，并提供数据完整的 实验结果表及用双对数坐标绘制一般湍流区内 入Re、uR关系曲线。答：计算条件 差压计指示液及水的密度：p Hg 13950 kg/m3p cci4 1596 kg/m3实验温度 20Cp

10、 H2O 998.2 kg/m3实验装置提供的有关系数：a =0.3393n=0.1589求实验装置流量最大时一米直管的流体阻力 Hf ；摩擦系数 入值。t (C)d ( m)L1 ( m)L2 (m)200.0271.002.00阻力实验结果图表2007年10月25日实验求实验装置流量最大时两米直管内，截止阀的局部阻力H；局部阻力系数Z值。R(cmHg)u(m/s)Rf1(cmCCI4)Hf1(J/kg)Rf2(cmHg)Hf2(J/kg)pkg/m3)u(cp)Re入Z80.4003.30567.103.94855.5060.684998.21.00488722.510.019511.11

11、59.0002.81550.602.97740.1043.596998.21.00475559.930.020311.00条件39.9002.29836.302.13628.0530.389998.21.00461679.560.021811.5127.4001.89125.401.49518.7020.118998.21.00450751.070.022611.2617.8001.51217.551.03312.4013.257998.21.00440573.210.024411.6012.0501.23512.700.7478.208.638998.21.00433137.570.0265

12、11.348.2001.0119.100.5356.006.343998.21.00427137.790.028312.415.8500.8476.900.4064.304.501998.21.00422739.620.030512.543.9000.6884.900.2882.852.945998.21.00418454.400.032912.465 如何检验实验装置中的空气已经排净 ？答：排空气操作后，在离心泵运行的状态下，关闭管路中的流量调节阀和各压差计上 的平衡阀，观察各压差计上的读数为 0是时，表示系统内的空气已经排净。实验四 离心泵特性曲线的测定1. 根据离心泵特性曲线实验所测定的

13、读数，列举某一流量Qi (m3/s)下的实际扬程H ；轴功率N；总效率n的计算过程，并提供数据完整的原始数据、计算结果表和绘制 Q； NQ； n Q特性曲线图。传=1答：计算条件：进出口压力、真空表间的垂直距离 hO=0.125 (n)计进出口管内径 d1 = 0.048 (n) ： d2 = 0.031 根据电机编号1194的效率n与电机输入功率(W曲线图，查得电机效率 表你列如下。计算示例：a.功率1二格数1X C=48X 40=1920 (W) 计算结果表你列如下2二 d14丿兀 x2.304=<10'-5.816710-：(n)n电(%数据b流速计算C.扬程计算d.轴功率

14、计算比= Q“o2d1U2 - Q 4= 5.8167 10-二 9.61 10*3= 3.2 m3/s22H厂 h° 巾 2g1.15汉105 +2.5 汉 1047.712 3.22Ni- II3= 7.71 m3/s= 0.125 亠2汇 9.811000 9.81= 16.9 m二N电机1L电机1 一传= 1920 79.9% e.总效率计算=1534.08 WN16.9 9.81 5.81671534.08= 62.86%离心泵特性曲线实验原始数据记录及计算结果表同理其他数据按以上公式计算得表内结果:X#数流欠序读菟量积算仪卖数(m3/h)流量Q(l/s )压力表读数(MP

15、a真空表读数(MPa功率表 (格数)电机输入功率(W电机效率 n电(%扬程H(MHO)轴功率N(W泵总效率 n (%功率表常数C=40 功率(W)=格数X C120.945.81670.1150.025048.0192079.916.901534.0862.86220.005.55560.1250.023047.0188079.917.501502.1263.49318.965.26670.1340.021646.0184079.818.041468.3263.48417.664.90560.1460.019045.0180079.818.721436.4062.72517.004.72220

16、.1520.018044.5178079.719.101418.6662.37614.404.00000.1680.015041.5166079.119.961313.0159.65710.183.05000.1890.010238.0152078.521.121193.2052.9688.862.46110.1960.008534.0136077.521.421054.0049.0796.201.72220.2040.007031.0124076.421.85947.3638.97103.190.88610.2060.004027.0108074.421.19803.5222.92110.0

17、00.00000.2090.000023.594072.421.43680.560.002离心泵启动前为何要引水灌泵？若灌泵后仍不能正常运行，你认为是什么原因？ 答：离心泵启动前引水灌泵，可避免泵腔产生气膊，也有利于泵进口的吸人真空度。倘若灌泵后仍不能正常运行，原因有几个方面：a底阀锈蚀不能自动打开，b进口管 污物堵塞，c水面上方至泵腔明显的空气泄漏点，d泵的安装高度大于泵的实际吸入 扬程。3.根据实验数据所知，泵的输送水量越大进口处的真空度越大，为什么？ 答：根据示意图按柏努利方程分析可知：a. 系统流体构成有效回路，形成稳态流动，两截面的位能zo、zi保持不变，大气压Po不变,F0/（：

18、g）不变。2 2b. 两截面间的动能Uo和U1将同步提2g 2gc. 0-0 、1-1两截面间无外功加入We，即无有效压头He。由于流体的能量损失与动能成 正比，2流量越大越大，Hf响应增大，2小，即Pi减小（真空度增大）4 .能否在离心泵的进口管处安装调节阀？为什么？答：不能。因为在离心泵的进口管处安装调节阀，会增加吸入管路的压头损失，也有 出现增加叶轮汽蚀可能性。5两台同型号的离心泵并联，其流量能否增加一倍？若两泵串联，其扬程能否增加一 倍？答：由于流量的增大使管路阻力增加，因此两台同型号的离心泵并联后的总流量必然 低于原单台泵流量的两倍。两台泵串联操作的总压头必然低于单台泵压头的两倍。实

19、验五板框压滤机过滤常数的测定1 据板框压滤机实验所测定的数据，计算出两种过滤条件下的过滤常数K和K2;过滤介质的当量滤液体积 Ve和Vq；过滤介质的当量过滤时间9 ei和B e2。并提供数 据完整的原始数据表。答：a.原始数据记录表过滤介质(滤布)直径d=120mm数量2块。 总过滤面积：A 二2 一0.12 =2.262 104过滤常数计算：100kPa组Ki=2/S =2/46.313 (2.262 X 10-2)210-43=84.4 (m /s)过滤介质的当量滤液体积：3Ve=|/S= 24.229/46.313= 0.5232 ( m3)(3(m )过滤介质的当量滤液时间：9 e=V

20、e2/K- A2= 0.5232/84.4 5.116 X 10-42-40.063 /207.3 5.116 X 10=6.339(S)=(ni)A 2=0.022622=5.116 X 10-4120kPa 组K2=2/S A"=2/18.855 5.116 X3=207.3 (m3/s)Ve=I/S= 1.1895/18.855= 0.0632 29 e=Ve2/K - A2= 0.037(S)I r-项 次目 序实验组数In压力(表压)kPa P1=100kPa P2=120kPa滤液体积V(l)相邻V差 (1)算术平均值？( l )过滤时间9 (s) 9(s) 9 / V(

21、s/l )过滤时间9 (s) 9(s) 9 / V(s/l )10000020.40.40.24.34.310.753.23.28.0030.80.40.68.84.511.256.83.69.0041.20.41.014.55.714.2512.25.413.551.60.41.423.79.223.0019.87.6 :19.062.00.41.840.116.441.0032.312.531.2572.40.42.270.830.776.7548.816.541.2582.80.42.6106.235.488.5068.419.6 :49.0093.20.43.0148.442.2105

22、.592.624.260.50103.60.43.4199.551.1127.75120.227.669.00114.00.43.8260.360.8152.00150.129.974.75124.40.44.2331.371.0177.50181.533.378.50134.80.44.6410.479.1197.75214.833.383.25145.20.45.0498.187.7219.25250.235.488.50155.60.45.4593.895.7239.25288.438.295.50166.00.45.8696.7102.9257.25330.442.0105.00176

23、.40.46.2803.9107.2268.00376.446.0115.00186.80.46.6914.7110.8277.00425.649.2123.00197.20.47.01031.2116.5291.2479.053.4133.50207.60.47.41148.4117.2293.00535.656.6141.502. 在过滤初始阶段，为什么可见滤液是由浑浊变清？答：过滤介质中微孔通道的直径可能大于悬浮液中部分颗粒直径，因此，过滤初期会 有一些小颗粒穿过而使滤液浑浊，但是颗粒会在孔道中迅速地发生“架桥”现象，使 小于孔道直径的细小颗粒也能被拦截，并开始形成滤饼，由此滤液变清，过

24、滤才有效 进行。3请阐述板框压滤机的优、缺点和适用场合。答：板框压滤机优点：结构简单、制造方便、占地面积较小过滤面积较小，操作强度 高，适应能力强。缺点；间歇操作，生产效率低，劳动强度大，滤布损耗也比较快。 适应与中小规模的生产场合。4. 实验板框压滤机的操作分哪几个阶段？答:按实验要求配制滤浆滤浆搅拌开泵将滤浆打入衡压罐并搅拌组装板框压滤机衡压罐加压将滤浆按实验设定的压力打入板框压滤机进行压滤对设定的单位滤液量进行计时并记录过滤结束用衡压水罐的水对滤饼进行清洗打开板框压滤机取出滤饼并对板框压滤机及管路进行清洗。5. 若操作压力提高一倍，过滤效率是否增加一倍？答：不。根据单位过滤面积获得的滤液

25、体积计算公式可知:k滤浆特性常数，因此相同滤浆和时间q.环，结论：过滤效率与压力成正比但不成倍数。实验六管内强制对流传热膜系数的测定1.根据实验数据，列举某一设定的空气质量流量 W状态下，Re Nu的计算过程。注： 实验数据表tW2为空气进口侧换热管壁温，twi为空气出口侧换热管壁温答：计算条件 质量流量 W=0.023(kg/s);换热管内径di=32.8 2X3.5=25.8x 10 3 m换热管长度I =1.45m;换热管流通截面积S= (25.8X 10 3) 2X 0.7854=5.23X 104换热面积 A1= n -di 匸 n X 25.8X 103X 1.45=0.1175(

26、 m2) 进、出换热器的空气温度 =80C、T2=525C ;热空气进、出口的算术平均温度(定 性温度)：T 平均(80+ 52.5)十 2 =66.25 (C)查表得：空气黏度 卩=2.04X 105 ( Pa - s)比热Cp=1.008kJ/kg.C 导热系数入=2.94 X 10-2 (W/m K)空气进、出口侧对应的换热管管壁温度tw仁33.5C、tw2=20C由于质量流速质量流量/流通截面，因此:求：该流量状态下的雷诺值: 该流量状态下的努塞尔准数:八 X = T1- tw1=80 - 33.5二 46.5 oC '：t2 二 T2 - tw2二 52.5 - 20二 32

27、.50C二 diW 二 25.8 10 0.023-S)- 5.23 10* 2.04 10*= 55618Q =W Cp(T -丁2)=0.023 1008(80-52.5)=637.34 W氏1- ：t246.5-33.5ln九一 ,46.5 ln氏232.5Q637.34-39.65 (C)Ar : tm 0.1 1 7539.652136.8(W/m .K)2为何要把实验结果关联成 Nu Re的准数方程式的形式，而不用a W来关联？ 答：影响对流传热系数 a的因素太多，如：流体的种类和相变化；流体的特性( 入、 卩、p、cp、B );流体温度；流体的流动状态；流体流动的原因；传热面的形

28、状、 位置和大小。因此要以质量流量 W来关联，建立一个通式来求各种条件下的 a是很困 难的，所以通过实验结果关联成 Nu Re的准数间的关系形式，即可求得不同情况下 的a的关联式。3 分析强化传热过程有哪些途径？在不改变本系统中套管式换热器型式的前提下，如何提高其传热速率？答：按照传热速率方程 Q=KSA tm （化原教材上册P229公式4-43）可知，强化传热的 途径有：1）增加传热面积S （既单位体积的传热面积）；2）增大传热温差A tm （提高载热体的温度或降低冷流体的温度；若两流体温度一定时，尽量采用逆流）；3）主要提高传热系数K，由K值的计算公式可知（化原教材上册 P227公式4-4

29、2）: 在上述各项热阻中，应重点降低主要热阻数值。在不改变本系统中套管式换热器型式的前提下，强化传热速率途径可用螺纹管或翅片 管代替原有的光滑管（化原教材上册 P276）。本装置的主要热阻是空气的对流热阻， 如此即可提高空气的湍流程度，也可增加管壁的传热面积，使空气侧传热系数ai增大 （即主要热阻降低），从而使K值有明显的提高。实验七填料吸收塔的操作及体积吸收系数的测定1 根据实验采集的数据提供原始数据表，列举某一状态下填料层压力降AP与气速u的计算示例，表列完整的计算结果，并绘制 A Pu的关系曲线图。答：原始数据记录表大气压1030 hPa 塔径70 mm填料层高度39 cm标准酸浓度0.

30、2115 mol/l环-J h /I I 、:境温度22 C1）喷淋密度：0 （l/h）2）喷淋密度：25 （l/h）表12空气流量（m>h）5.01 112.519.55.06.58.09.510.513.014.515.5空气压力（cmCC）2.013.031.52.13.95.67.89.715.421.026.4全塔压差R全（cmHC）0.33.69.00.81.22.12.84.17.312.015.2流量计后空气温度（C）23.024.223.524.330.531.032.033.034.035.036.0填料层压降A P（Pa/m）75.46905.52264201.23

31、01.8528.2704.3931183630183823空塔气速u （m/S0.3610.9011.4440.3610.4690.5780.6860.7580.9391.0471.119空 气U型差压计 数（cmCC十读左R21.321.7右R2837.7空气温度流量计C)刖流量计 后3838流量计读数V示（mf/h）6.57.5氨 气U型差压计读 数（cmCC）左R2019.6右R29.529.5氨气温度（C ）28.028.0流量计读数V示（l/h）325325出 塔 尾 气尾气温度（C ）26.726.8湿式流量计读数V初（1）625631.85湿式流量计读数V终（1）631.8563

32、6.34标准硫酸溶液浓度M（mol/l0.21150.2115标准硫酸溶液用量Va （m）5.05.0塔底溶 液塔底溶液温度（C ）25.527.5用水量水流量计读数V示（l/h）25.025.0塔顶压 强（表压）U型差压计读 数（cmHO）左R27.728.4右R22.920.3全塔压 强 PU型差压计读 数（cmHO）左R125.625.4右R27.327.4注： 按理论，塔内的空气流量应进行校正，但由于流量计后的空气压力略高于塔 系统总压力，而流量计后空气温度却也相应的高于塔系统空气温度（塔系统且无温度 监测），因此为计算方便，可用流量计显示的流量读数直接代入，计算空塔气速（本 环节已经过验算误差小可忽略不计）。数据处理：塔内流通截面d? =0.7854 0.072= 0.003847 m24见表12填料层单位压降R:，水