中南大学化工原理实验指导

1、流体阻力实验一、实验目的1. 学习直管摩擦阻力 P f 、直管摩擦系数 的测定方法。2. 掌握直管摩擦系数 与雷诺数 Re 之间关系及其变化规律。3. 掌握弯头等局部阻力系数 测定方法。4. 学习流量流速的几种测量方法和技巧。5. 掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。二、实验装置秒表一块、温度计一支。 图 1 实验装置实物图表 1 装置管道尺寸一览表 实验装置如图 1所示。主要部分由水槽,不同管径、材质的管子,各种阀门或管件,孔 板流量计、文丘里流量计、皮托测速管等组成。最下边的第五根为内径 6mm 的细铜管,用于层流流动阻力的测定。三、实验内容1孔板流量计孔流系数的测定(2(2-=-

2、=z oo b a oo o o gR A C p p A C u A V (1-1关联 Co Re 曲线2 文丘里流量计的流量系数的测定(2(2-=-=z oV o a oV gR A C p p A C V (1-2关联 Cv Re 曲线 3 掌握毕托管测速原理o u =(1-3 关联 C Re 曲线4 测定流体在螺纹管内的 Re 。 5 测定流体在直管内的 Re 。6 测定 90o标准弯头的局部阻力系数 Re 。 7. 滞留区摩擦系数的测定,绘制 Re 关系图。四、实验原理l.直管阻力系数测定直管的摩擦系数是雷诺数和管的相对粗糙度(/d的函数,即 =(Re , /d ,因 此,相对粗糙度

3、一定, 与 Re 有一定的关系。根据流体力学的基本理论,摩擦系数与阻力损 失之间存在如下的关系:2u d l h 2f =(1-4式中:h f 阻力损失, J/kg; l 管段长度, m ; d 管径, m ; u 流速, m/s; 摩擦系数。管路的摩擦系数是根据这一理论关系来测定的。 对已知长度、 管径的直管, 在一定流速范围内,测出阻力损失,然后按式(1-4求出摩擦系数。根据能量衡算方程f 22222111h 2u g z p 2u g z p +=+(1-5在一条等直径的水平管上选取两个截面,测定 Re 的关系,则这两截面间管段的阻 力损失便简化为21f p p h -=(1-6两截面间

4、管段的压力差(p 1-p 2可用 U 形管压差计测量,故可计算出 h f 。用流量计测定流体通过相应管段的流量,在已知 d 的情况下流速可以通过式 V=d 2u/4计 算,由流体的温度可查得流体的密度 、 粘度 , 因此, 对于每一组测得的数据可分别计算 出对应的 和 Re ,作出 lg lgRe 图。 2.局部阻力系数测定 根据局部阻力系数的定义:2u h 2f =(1-7式中: 局部阻力系数。只要测出流体经过管件时的阻力损失 h f 以及流体通过管路的流速 u ,即可算出局部阻力 系数,由此可作出 lg lgRe 图。 。不过在测定阻力损失时,测压孔不能在紧靠管件处,否 则静压强差难以测准

5、。 另外, 还有一个重要原因, 即管件的阻力损失不仅是流体通过管件的 损失, 还包括由于流体通过管件时, 其前后扰动加强, 使得前后一小段管子内管壁摩擦增加 的损失。 通常测压孔都开设在距管件一定距离的管子上, 这样测出的阻力损失包括了管件和 直管两部分,因此,计算管件阻力损失时应扣除直管的阻力损失。五、实验操作1、孔板流量计系数的测定:本装置的孔板,管径, d 1 = 40.00;孔径, d 0 = 24.33, d 0/d = 0.6083。查得此孔板的孔流系数如下表:表 2 本装置孔板的孔流系数 实际孔流系数还要乘上一管道粗糙度校正系数 k 2 = 1.0116.开关适当阀门,使水流流程

6、如图 2: 图 2 孔板流量计系数测定流程打开电源开关开启水泵,全开 1#阀门,关闭 3#阀门,调节 2#阀门开度,利用秒表、摆头 和计量槽测流量(间隔一定时间,记录计量槽中液体液位,从 U 形管读取孔板压差示值, 计算 Re 01并由式 1-1计算孔板流量计孔流系数 C 01值, 改变 2#阀门开度, 利用秒表、 摆头和计量 槽测流量从 U 形管读取孔板压差示值, 计算 Re 02并由式 1-1计算孔板流量计孔流系数 C 02值, , 如此,得到一组 Re 01, C 01, Re 02, C 02,作出 Re C 0曲线。 2、文丘里流量计的流量系数的测定:本装置的文丘里管, d 1 =

7、25.5; d 0 = 14。 C v = 1.028. 开关适当阀门,使水流流程如图 2: 图 3 文丘里流量计系数测定流程测量过程同 1。3、毕托管测速测量过程如同孔板流量计系数的测定:打开电源开关开启水泵,全开 1#阀门,关闭 2#阀门,调节 3#阀门开度,利用秒表、摆头和计量槽测流量(间隔一定时间,记录计量槽中液 体液位,从 U 形管读取孔板压差示值,计算 Re 1并由式 1-1计算毕托管流量计孔流系数 C 1值, 如此,得到一组 Re 1, C 1, Re 2, C 2,作出 Re C 曲线。4、光滑管阻力系数测定:开关适当阀门, 使水流流程如图 2。 通过阀门调节流量, 从最小流量

8、到最大流量, 一般测取 8 10组数。计算并讨论 lg lgRe 关系。5、螺纹管阻力系数测定: 图 4 螺纹管阻力系数测定流程开关适当阀门, 使水流流程如图 4。 通过阀门调节流量, 从最小流量到最大流量, 一般测取 8 10组数。计算并讨论 lg lgRe 关系。6、弯头阻力测定:开关适当阀门, 使水流流程如图 2。 通过阀门调节流量, 从最小流量到最大流量, 一般测取 8 10组数。计算并讨论 lg lgRe 关系。7、滞留状态摩擦系数的测定: 图 5 滞留状态阻力系数测定流程开关适当阀门,使水流流程如图 4。为了使阀门调节性能良好和稳定,要控制阀前压力。方 法是使阀 5半开,阀 3也半

9、开,然后调节原出口阀 6,使此时小铜管的流量最大,这样阀前的 压力就适当。整个实验过程阀 6不动,靠阀 5和阀 3调节小铜管流量即可。调节流量,从最小 流量到最大流量,一般测取 810组数。计算并讨论 lg lgRe 关系。8、数据测量完毕 , 关闭流量调节阀,切断电源。六、实验注意事项1.泵应在流量调节阀关闭的情况下启动。2.系统要先排净气体,排出测压计中的气泡,以使测量数据准确可靠。七、实验记录及数据处理1. 将实验数据和数据整理结果列在表格中,并以其中一组数据为例写出计算过程。2. 在合适的坐标系上标绘所测得 lg lgRe 、 lg lgRe 等关系曲线。3. 根据所标绘的曲线,求本实

10、验条件下 lg lgRe 、 lg lgRe 关系式,并与理论公式比 较。八、思考题(1本实验用水为工作介质做出的 Re 曲线,对其它流体能否适用?为什么?(2本实验是测定等直径水平直管的流动阻力,若将水平管改为流体自下而上流动的垂直管, 从测量两取压点间压差的倒置 U 形管读数 R 到 P f 的计算过程和公式是否与水平管完全相 同 ? 为什么 ?(3若 U 形管内存在气泡,对测定结果会带来什么样的影响?操作时要注意什么?(4 在不同设备上 (包括相对粗糙度相同而管径不同 、 不同温度下测定的数据是否能关连 在一条曲线上?为什么?对流传热实验一、实验目的通过对空气 水蒸气光滑套管换热器的实验

11、研究, 掌握对流传热系数 1的测定方法, 加深对其概念和影响因素的理解。 并应用线性回归分析方法, 确定关联式 Nu=ARem Pr 0.4中常数 A 、 m 的值。通过对管程内部插有螺纹管的空气 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、实验装置本实验设备由两组黄铜管(其中一组为光滑管,另一组为波纹管组成平行的两组套 管换热器, 内管为紫铜材质,外管为不锈钢管,两端用不锈钢法兰固定。空气由旋涡气泵吹 出,由旁路调节阀调节, 经孔板流量计, 由支路控制阀选择不同的支路进入换热器。管程

12、蒸 汽由加热釜发生后自然上升, 经支路控制阀选择逆流进入换热器壳程, 其冷凝放出热量通过 黄铜管壁被传递到管内流动的空气, 达到逆流换热的效果。 饱和蒸汽由配套的电加热蒸汽发 生器产生。该实验流程图如图 7-1所示。表 7-1 实验装置结构参数 图 7-1空气 -水蒸气传热综合实验装置流程图1 光滑套管换热器; 2 螺纹管的强化套管换热器; 3 蒸汽发生器; 4 旋涡气泵; 5 旁路调节阀; 6 孔板流量计; 7、 8、 9 空气支路控制阀; 10、 11 蒸汽支路控制 阀; 12、 13 蒸汽放空口; 15 放水口; 14 液位计; 16 加水口;装置结构参数表 4-1所示。三、实验内容实验

13、 1测定 68个不同流速下光滑管换热器的对流传热系数 1。对 1的实验数据进行线性回归,求关联式 Nu=ARemPr 0.4中常数 A 、 m 的值。 实验 2测定 68个不同流速下波纹管换热器的对流传热系数 1。对 1的实验数据进行线性回归,求关联式 Nu=BRem 中常数 B 、 m 的值。四、实验原理1.准数关联影响对流传热的因素很多,根据因次分析得到的对流传热的准数关联为: Nu=CRemPr nGrl(7-1式中 C 、 m 、 n 、 l 为待定参数。参加传热的流体、流态及温度等不同,待定参数不同。目前, 只能通过实验来确定特定范围的参数。 本实验是测定空气在圆管内作强制对流时的对

14、流传热 系数。 因此,可以忽略自然对流对传热膜系数的影响,则 Gr 为常数。在温度变化不太大的情 况下, Pr 可视为常数。所以,准数关联式(7-1可写成Nu =CRe m(7-2待定参数 C 和 m 可通过实验测定蒸汽、空气的有关数据后,根据原理计算、分析求得。 2.传热量计算努塞尔数 Nu 或 1无法直接用实验测定,只能测定相关的参数并通过计算求得。当通过 套管环隙的饱和蒸汽与冷凝壁面接触后, 蒸汽将放出冷凝潜热, 冷凝成水, 热量通过间壁传 递给套管内的空气, 使空气的温度升高, 空气从管的末端排出管外, 传递的热量由下式计算。 Q=W e c pc (t 2-t 1 = V1c pc

15、(t 2-t 1 (7-3根据热传递速率Re 4du V d =其中: , 500.02826W/(m.KdNu =时,空气的导热系数 Remc d=因此:Q=KS t m(7-4 所以 KSt m =V1c pc (t 2-t 1(7-5式中:Q 换热器的热负荷(即传热速率 , kJ /s ; We 冷流体的质量流量, kg /s ; V 冷流体(空气的体积流量, m 3/s; 1一冷流体(空气的密度, kg /m 3; K 换热器总传热系数, W/(m 2· ;Cpc 一一冷流体(空气的平均比定压热容, kJ/(kg ·K ; S 传热面积, m 2;t m 蒸汽与空气

16、的对数平均温度差,。空气的流量及两种流体的温度等可以通过各种测量仪表测得。 综合上面各式即可算出传 热总系数 K 。3.传热膜系数的计算当传热面为平壁或者当管壁很薄时,总的传热阻力和传热分阻力的关系可表示为:211b 1K 1+=(7-6式中:l 空气在圆管中强制对流的传热膜系数, W /(m 2· ; 2 蒸汽冷凝时的传热膜系数, W /(m 2· 。当管壁热阻可以忽略(内管为黄铜管而且壁厚 b 较薄,黄铜导热系数 比较大时,1211111K + (7-7蒸汽冷凝传热膜系数远远大于空气传热膜系数, 则 K 1。 因此, 只要在实验中测得冷、 热流体的温度及空气的体积流量,

17、即可通过热衡算求出套管换热器的总传热系数 K 值,由此 求得空气传热膜系数 1。 4.努塞尔数和雷诺数的计算d 4V d 4dV du Re 1211=(7-8mpc t S dt t -= (c V Kd d Nu 121 (7-9式中: 空气导热系数, W /(m · ; 一空气的粘度, Pa ·s ;d 套管换热器的内管平均直径, m ; 1 进口温度 t 1时的空气密度, kg /m 3。由于热阻主要集中在空气一侧,本实验的传热面积 S 取管子的内表面较为合理,即 S=dl 本装置 d=0. 0178 m, l=1. 327m 。 5.空气流量和密度的计算 空气密度

18、 1可按理想气体计算:(7-10式中:p a 当地大气压, Pa ;t 孔板流量计前空气温度,可取 t=t1;空气的流量由 1/4喷嘴流量计测量,合并常数后,空气的体积流量可由下式计算101RC V =(7-11式中:C 0 合并整理的流量系数,其值为 C 0=0. 001 233; R 喷嘴流量计的压差计示值, mrnH 2O 。 V1 空气的体积流量, m 3/s 。五、实验操作1.实验前的准备(1向电加热釜加水至液位计上端红线处。 (2检查空气流量旁路调节阀是否全开。(3检查普通管支路各控制阀是否已打开,保证蒸汽和空气管路的畅通。 (4接通电源总闸,设定加热电压,启动电热锅炉开关,开始加

19、热。 2.实验开始(1当蒸汽压力稳定后,启动旋涡气泵并运行一段时间,保证实验开始时空气入口温 度 1t (比较稳定。(2调节空气流量旁路阀的开度或主阀开度,使压差计读数为所需的空气流量值。 (3稳定 5-8分钟左右读取压差计读数,读取空气入口、出口温度值 1t 、 2t 、空气压12731.29101330273pP t=+力值 p 1、空气入出口之间压力差 p 2、蒸汽温度值 t 3及压力值 p 3, 孔板流量计读数 p 4, (注意:第 1个数据点必须稳定 5 10分钟。 若为计算机在线数据采集, 则可直接从屏幕上读取这些 数值 。(4调节空气流量,重复(3与(4共测 6-10组数据(注意

20、:在最大值与最小值 之间可分为 6-10段,最小、最大流量值一定要做 。(5实验过程,要尽可能保证蒸汽温度或压力稳定,在蒸汽锅炉加热过程(蒸汽温度 或压力变化较大不要记录数据。3.实验结束(1关闭加热器开关。(2过 5分钟后关闭鼓风机,并将旁路阀全开。(3切断总电源。六、实验注意事项1、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。2、必须保证蒸汽上升管线的畅通。在转换支路时, 应先开启需要的支路阀, 再关闭另一侧, 且开启和关闭控制阀必须缓慢,防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。3、必须保证空气管线的畅通。即在接通风机电源

21、之前,三个空气支路控制阀之一和旁路调 节阀(见图 7-1所示必须全开。在转换支路时,应先关闭风机电源,然后开启和关闭控制 阀。4、调节流量后,应至少稳定 510分钟后读取实验数据。5、 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。 七、实验记录及数据处理1、实验 1的操作步骤、原始数据表、数据结果表(换热量、传热系数、各准数以及重要 的中间计算结果、 准数关联式的回归过程、 结果与具体的回归方差分析, 并以其中一组数 据的计算举例。2、实验 2的操作步骤、原始数据表、数据整理表(换热量、传热系数、各准数、 Nu 0和强 化比,还包括重要的中间计算结果、准数

22、关联式的回归结果。3、在同一双对数坐标系中绘制实验 1、实验 2的 Nu Re 的关系图。4、对实验结果进行分析与讨论。八、思考题(1影响传热膜系数的因素有哪些?(2 在蒸气冷凝时, 若存在不凝性气体, 你认为将会有什么影响?应该采取什么措施?(3蒸气冷凝后,将产生冷凝水,如冷凝水不能放出,累积后淹埋加热铜管,你认为 将会有什么影响?应该采取什么措施?(4 本实验中所测定的壁面温度是靠近蒸气侧的温度, 还是接近空气侧的温度?为什 么?(5在实验中有哪些因素影响实验的稳定性?表 2 实验数据记录 板框压滤机过滤常数的测定一、实验目的1、 了解板框过滤机的结构,掌握其操作方法; 2、 熟悉板框压滤

23、机的构造和操作;3、 掌握过滤常数(K 、 q e 、 e 的测定方法; 4、 验证洗水速率与过滤速率的关系。二、实验装置 板框过滤机是常见的间歇式过滤设备,图 1为工业生产中常见的几种板框式过滤机。图 1 常见的几种板框式过滤机 本试验所用板框过滤机的整套装置由调浆桶、 清水桶、 压缩空气系统、 板框过滤机和 贮液量筒组成。在调浆桶内配制一定浓度的碳酸镁(MgCO 3悬浮液,用压缩空气将悬浮 液送入板框过滤机进行过滤, 调节阀门开度以维持恒压过滤时所需要的恒定压力, 滤液流入 贮液量筒计量, 洗涤水同样用压缩空气从洗水桶送至板框压滤机进行洗涤, 洗涤水也用也用 贮液量筒计量其液量。 实验完毕

24、拆卸板框压滤机, 将板框压滤机内的滤渣放回调浆桶。 实验千斤顶压紧压滤机 自动拉板压滤机 液压压紧压滤机 液压压紧压滤机 图 2 b过滤实验装置实物图三、实验原理过滤是以某种多控物质作为介质来处理悬浮乳液的操作。 在外力的作用下, 悬浮液中的 液体通过介质的孔道而固体颗粒被截流下来, 从而实现固液分离, 因此, 过滤操作本质上是 流体通过固体颗粒通过床层的流动, 所不同的是这个固体颗粒层的厚度随着过滤过程的进行 而不断增加,故在恒压过滤操作中,起过滤速率不断降低。影响过滤速度的主要因素除压强差 p ,滤饼厚度 L 外,还有滤饼和悬浮页液的性质, 悬浮液温度,过滤介质的阻力等,故以应用流体力学的

25、方法处理。比较过滤过程与流体经过流动床的流动可知:过滤速度即为流体通过固定床的表现速度 u 。同时,流体细小颗粒构成的滤饼空隙中的流动是层流雷诺数范围,因此,可利用流体通 过固定床压降的简化模型, 寻求滤液量与时间的关系, 应用层流时泊肃叶公式不难推导出过 滤速度计算式:Lpa K u -'=223 1(1 式中, u 过滤速度, m/sK 康采尼常数,层流时, K =5.0; -床层的空隙率, m 3/m3a-颗粒的比表面积, m 2/m3 p-过滤的压强差, Pa -滤液的粘度, Pa.s L-床层厚度, m由此可导出过滤基本方程式为:(12Ve V v r p A d dV s+

26、'=- 式中, V 滤液体积, m 3过滤时间, sA 过滤面积, 0.191m 2S 滤饼压缩性指数,无因次。一般情况下 S=01,对不可压缩滤饼 S=0 R 滤饼比阻, 1/m2,r=322/ 1(0. 5-ar '单位压差下的比阻, 1/m2,r=rs p r 'V 滤饼体积与相应滤液体积之比,无因次。 Ve 虚拟滤液体积, 3m恒压过滤时,令 v r k '=/1, 1(2s p k K -=, A Ve q /=, A Ve q e/=对上式积分可得 ( (2e e K q q +=+式中, q 单位过滤面积的滤液体积,32/m mqe 单位过滤面积的

27、虚拟滤液体积, 23/m m e 虚拟过滤时间, sK 滤饼常数,由物料特性及过滤压差所决定, s m /2K , qe , e 三者总称为过滤常数。 利用恒压过滤方程进行计算时, 必须首先需要知道 K , qe , e ,它们只有通过实验才能确定。对上式微分可得Kd dq q q e =+ (2 e q Kq K dq d 22+=该式表明以 d /dq为纵坐标,以 q 为横坐标作图可得一直线,直线斜率为 2/K,截距 为 2 qe /K。在实验测定中,为便于计算,微分可用差分替代,把上式改写成:e q Kq K q 22+= 在恒压条件下, 用秒表和量筒分别测定一系列时间间隔 及对应的滤液

28、体积 V , 由此算出一系列在直角坐标系中的 /q 和 q ,绘制出函数关系,得一直线。根据直线的斜率 和截距便可求出 K 和 qe 。四、实验操作1、 安装滤布,调整设备(按图 2所示,从又到左为 1-2-3-2-1-2-3-2-1 ; 2、 采用 MgCO 3粉或上次试验的滤饼搅拌配置 35%的待过滤的料浆;3、 将初步搅拌分散好的料浆悬浮液倾入高位槽,通过高位槽送至搅拌槽(打开排气阀,进料阀,进料后关闭排气阀和进料阀,使料浆自流入密封搅拌釜中,进一步搅拌分散, 等待进入板框滤机中;4、 启动密封搅拌釜的搅拌器,并一直开到实验结束;5、 加完料后,打开连接搅拌槽与与空压机连接阀门(此时注意

29、要关闭空气进入洗水贮罐的阀门。6、 观察空气进入密封搅拌釜管路上的压力表, 当其读数到达规定压力 (如 0.2Mpa 时, 开始过滤:打开连接密封搅拌釜与板框滤机管路上的过滤阀门,让料浆压入板框中,并记 录不同时间 得到的滤液量 V (每隔 1-3min ,记录计量槽液位的高度与时间间隔以及 相应的压力表读数;(此时注意洗水贮罐进入板框滤机管路上的阀门是否关闭,如没有关闭,否则料浆可能 由此进入洗水贮罐中7、 过滤结束后,关闭连接密封搅拌釜与板框滤机管路上的过滤阀门,准备洗涤; 10、用自来水将洗水贮罐灌满,关闭自来水进入洗水贮罐的阀门; 11、 将空压机压送出来的空气接入洗水贮罐中 (关闭连

30、接密封搅拌釜与板框滤机管路上的过滤阀门, 当达到一定压力后, 打开连接洗水贮罐与板框滤机管路上的阀门,立即开始 记录数据(每个 10-20 sec记录一次,记录计量槽液位的高度与时间间隔 ; 12、过滤结束后,拆开板框滤机,查看滤饼的形状及特点; 13、清洗滤布、板、框,关水、电,清扫卫生。五、实验注意事项1、 注意空气、物料、洗水的流向或通路:空气空压机密封搅拌釜顶密封搅拌釜底板框压滤机下面靠外进料管板框板框上面出来空气空压机洗水罐顶洗水罐底板框压滤机下面靠内进料管板框板框上面出来料浆高位搅拌槽 (调浆桶 自流进入密封搅拌釜在空气压力下进入板框压滤机下面靠外进料管板框在框内形成滤饼(滤液从板

31、框上面管流出来计量桶 自来水龙头自流进入洗水贮罐在空气压力下进入板框压滤机下面靠内进料管板框中的滤饼板框上面出来计量桶2、 板、框的组装:组装次序由料浆及洗水、滤液的通道所决定; 按图 2所示,从又到左为 1-2-3-2-1-2-3-2-1 3、 计量槽的截面积:250×250mm ;4、 板框洗涤要干净,防止物料通道堵塞; 5、 拿板框时,注意安全,稳拿稳放。六、实验记录及数据处理1、 记录试验的详细步骤与操作;2、 详细记录过滤、洗涤时得到的流体体积与时间间隔;3、 认真观察过滤过程中滤液流速的变化,详细记载过程的相关现象; 4、 数据处理:根据试验原理,在坐标纸上描图(参考下面

32、附图或教材相关内容。 5、 对试验改进的方案、建议,或试验过程的心得与体会。表 1 过滤数据记录 七、思考题1、 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?2、 过滤过程中,搅拌可以停吗?为什么?3、 若操作压力增加一倍, 其 K 值是否也增加一倍?要得到同样的滤液时, 其过滤时间是否 缩短了一半?4、 过滤开始时,为什么滤液是浑浊的?5、 板框次序装错了,可能出现那些后果?6、 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?离心泵特性曲线实验离心泵是一种广泛应用于化工系统的流体机械, 具有性能适应范围广、 体积小、 结构简 单、操作容易、

33、操作费用低等优点。 通常所选离心泵的流量、 压头可能会和管路的要求的不 一致等原因而要对泵进行流量调节, 实质是改变离心泵的工作点, 离心泵的工作点是由泵的 特性曲线和管路系统特性曲线共同决定的。 由于各种调节方式的原理不同, 为了提高效率我 们必须选择一种最佳的流量调节方式, 需要一个特定的判据来指导我们的组合选择。 离心泵 性能可用特性曲线来表示,即扬程和流量特性曲线 H-Q 、功率消耗和流量特性曲线 N-Q 、效 率和流量特性曲线 -Q , 这三条关系曲线只能由实验测定。 因此, 离心泵在出厂前均由制造 厂测定 H-Q 、 N-Q 、 -Q 曲线,作为离心泵的选用依据。一、实验目的1、

34、了解离心泵的结构组成及特性;2、 观察离心泵的气体现象;3、 熟悉离心泵操作方法和特性曲线的应用;4、 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;5、 测定离心泵在一定转速下的特性曲线:N-Q 、 H-Q 、 -Q 曲线。二、实验装置本实验用离心泵进行实验, 其装置如图 1所示, 离心泵用三相电动机带动, 水从水池吸 入,经整个管线返回水池。在吸入管进口处装有阀,以便启动前灌满水;在泵的吸入口和出 口分别装有真空表和压力表, 以测量离心泵的进出口处压力; 泵的出口管路装有孔板流量计 用做流量测量,并装有阀门以调节流量。 图 1 离心泵特性曲线实验装置(原理示意和实物图三、

35、实验原理在离心泵进出口管装设真空表和压力表,在相应的两截面列出机械能衡算方程式(以 单位重量液体为衡算基准 :f 22222111H 2gu g p z H 2g u g p z +=+ (1 由于在测试离心泵特性曲线时, 两取压口尽量靠近离心泵的进出日, 因此直管段摩擦损 失很小,其损失归入离心泵的效率,所以上式(1的能量损失 H f =0。令:gpH 11= g p H 22= 120z z h -= (2 所以式(1变为:2gu u h H H H 2122021-+= (3 式中:H 1-泵入口真空表读数,换算为 mH 2O 表示;H 2-泵出口压力表读数,换算为 mH 2O 表示;h

36、 0-压力表与真空表测压孔之间的垂直距离, m ;u 1-吸入管内水的流速, m /s ;u 2-排出管内水的流速, m /s ;g -重力加速度, 9. 8lm /s 2。由式(3计算出扬程,此即为离心泵给单位重量流体提供的能量,由于体积流量可由 1、离心泵; 2、泵进口阀; 3、泵出口阀; 4、真空表; 5、压力表; 6、转速表; 7、转速传感器; 8、冷却风扇; 9、灌水阀; 10、特种法兰; 11、弯头; 12、频率表; 13、透明涡轮流量计; 14、计量槽; 15、水槽; 16、温度计涡轮流量计测得,因此流体获得的有效功率 N e 为:Ne = Q·H ·

37、3;g (4根据离心泵效率的定义及有效功率表达式(5 ,有:1000Ng QH = (5 式中:Q -流量, m 3/s ;H -压头, m ;-被输送液体密度, kg /m 3;N -泵的轴功率, kW 。试验过程中,各参数的测定方法如下:1、流量 Q采用孔板流量计读数。2、扬程 H根据所测到的压力、流量等,由(3式计算。3.轴功率 N (即泵输入功率从电机功率表上直接读出电机功率 N e (e =95% , 再转换成为轴功率 N :N =N e ×e 。四、实验操作1、 先熟悉实验设备的操作过程和掌握仪表的使用方法;2、 打开灌水阀向离心泵充水,直到灌满水为止;3、 关闭离心泵的

38、出口阀;4、 启动离心泵,待泵运转正常后逐渐开大出口阀直到全开为上,观察流量(水银柱的变化大小的变化,以及电机功率、真空表、压力表的读数的变化;5、 开始记录数据:将出口阀关闭,此时流量为零,记录电机的功率以及真空表、压力表的读数;6、 将流量(汞柱差为零至最大之间合理分成 10-12份,依次加大出口阀门的开度,亦即从小到大, 分 10-12次将阀门开到最大, 记录每一次阀门改变后汞柱差 (流量 、 电机功率、真空表、压力表的读数;7、 然后,反过来从最大流量逐步减小到零为止,同样读取并记录 10-12组数据;8、 关闭出口阀后,停泵;9、 测量水温和记录操作时的有关数据。五、实验注意事项1、

39、 相关参数:泵进出水管内径 24mm ;压力表与真空表之间距离为 20cm ;2、 试验过程中注意安全,防止碰坏指示剂水银柱,离高速旋转的轴远一些;3、 试验结束后,切断电源。六、实验记录及数据处理1、 记录试验过程详细步骤、试验原是数据及相关现象;2、 按照试验原理提供的相关公式,或参考教材在坐标纸上描出 H-Q 、 N-Q 、 -Q 曲线(见 下图 ; 3、 从 H-Q 、 N-Q 、 -Q 曲线上找出该泵合适的工作区间;4、 对试验结果(包括一些奇异的试验数据点进行讨论。七、思考题1、 离心泵的主要部件及其功能?2、 为什么要先灌泵?3、 离心泵开启前为什么要关出口阀?4、 离心泵流量的

40、调节方式有那些?工业生产上常采用哪种方式进行流量调节?5、 什么是离心泵的气蚀现象、气傅现象,怎样解决?干燥实验一、实验目的1、掌握干燥曲线和干燥速率曲线的测定方法。2、学习物料含水量的测定方法。3、加深对物料临界含水量 Xc 的概念及其影响因素的理解。4、学习恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数的测定方法。5、学习用误差分析方法对实验结果进行误差估算。二、实验装置干燥器类型:洞道式循环干燥器洞道尺寸:长 1.10米、宽 0.125米、高 0.180米;加热功率:500w 1500w ; 空气流量:1-5m 3/min; 干燥温度:40-120重量传感器显示仪:量程(0-200g ,精度 0

41、.2级;干球温度计、湿球温度计显示仪:量程(0-150,精度 0.5级;孔板流量计处温度计显示仪:量程(0-100,精度 0.5级;孔板流量计压差变送器和显示仪:量程(0-4Kpa ,精度 0.5级;电子秒表绝对误差 0.5秒。 图 1 实验流程图1-风机, 2-孔板流量计, 3-倾斜式压差计, 4-风速调节阀, 5-电加热器, 6-干燥室 7-试样架, 8-热重天平, 9-电流表, 10干球温度计, 11-湿球温度计, 12-导电温度计 13-晶体管继电器, 14加热开关, 15, 16片式阀门三、实验内容每组在某固定的空气流量和某固定的空气温度下测量一种物料干燥曲线、 干燥速率曲线和 临界

42、含水量。测定恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数。四、实验原理 物料在恒定干燥条件下的干燥过程分为三个 阶段:物料预热阶段; 恒速干燥阶段; 降速 阶段图 9-2。图中 AB 段处于预热阶段,空气中部分 热量用来加热物料。 在随后的第阶段 BC , 由于物 料表面存在自由水分, 物料表面温度等于空气的湿 球温度 tw ,传入的热量只用来蒸发物料表面的水 分, 物料含水量随时间成比例减少, 干燥速率恒定 且较大。 到了第阶段, 物料中含水量减少到某一 临界含水量时, 由于物料内部水分的扩散慢于物料 表面的蒸发,不足以维持物料表面保持润湿,则物料表面将形成干区,干燥速率开始降低,含水量越小,速率

43、越慢,干燥曲线 CD 逐渐达到平衡含水量 X *而终止。干燥速率曲线只能通过 实验测得, 因为干燥速率不仅取决于空气的性质和操作条件, 而且还受物料性质、 结构以及 所含水分的性质的影响。干燥速率为单位时间内在单位面积上汽化的水分质量,用微分式表示,则为Ad dwu =kg/m2s (1式中:u 干燥速率 kg/m2s A 干燥表面 m2 d 相应的干燥时间 s dw 汽化的水分量 kg因为 dx G dw c -=所以式 (1 可改写为=-=A xG Ad dx G Ad dw u cc(2图 9-2 干燥速率曲线式中:cG 湿物料中绝干物料的质量 kgx 湿物料含水量 kg水 /kg 绝干

44、料 负号表示物料含水量随干燥时间的增加而减少。1( ( 1( (+-=-=i s i s c ci s c c i s c c G G G G G G G G G x G (3式中:(i s G 、1(+i s G 分别为 时间间隔内开始和终了时湿物料的质量 kg图 3中的横坐标 x 为相应于某干燥速率下的物料的平均含水量。1221( (1- +=+=+ci s i s i i G G G x x x (4以 u 为纵坐标,某干燥速率下的湿物料的平均含水量 为横坐标,即可绘出干燥速率曲线。五、实验操作1、实验前量取试样尺寸(长、宽、高 ,并称量绝干物料的质量。2、将已知绝干质量的物料试样放入水

45、中浸泡,稍候片刻取出,让水分均匀扩散至整个试 样,然后称取湿试样质量。4、 开启风机,调节风速调节阀至预定风速值。适当打开阀 15、 16,调好触点温度计至预定温度(这些一旦调整好后可以固定下来 ,开加热器。5、 将晶体管继电器开关打开,并打开一组或二组辅助加热器。待温度接近预定温度时应注意观察, 视情况增减辅助加热, 避免 “ 超温失控 ” 或 “ 欠温失控 ” , 直至确信控制正常后, 才 让其自动运行。6、检查天平是否灵活,并调平衡。记下支架重量。待空气状态稳定后,打开干燥室门,将 湿试样放到支架上。 立刻加砝码使天平接近平衡, 但砝码一边稍轻, 待水分干燥至天平指针 平衡时开动秒表。7

46、、减去 1克砝码,待水分再至天平平衡时,记下干燥时间、干湿球温度计 10和 11读数、 倾斜式压差计 。以后再减去 1克砝码,如此往复进行,直至试样接近平衡水分为止。8、实验结束,先关电加热器,使系统冷却后再关风机,卸下试样,并收拾整理现场。六、实验注意事项对湿球温度计不要经常补水, 以防冷水加入使温度降低, 需很长一段时间才能达到平衡;七、实验记录及数据处理1. 根据实验结果绘制出干燥曲线、 干燥速率曲线, 并得出恒定干燥速率、 临界含水量、 平衡含水量。2.画出实验流程示意图;3.对实验现象和实验结果进行讨论。4. 试分析空气流量或温度对恒定干燥速率、临界含水量的影响。表 1 干燥速率曲线

47、实验数据记录 八、思考题(1在 7080的空气流中干燥,经过相当长的时间,能否得到绝干物料?为什么? 通常要获得绝干物料采用什么方法?(2测定干燥速率曲线有何意义?它对设计干燥器及指导生产有些什么帮助?(3使用废气循环对干燥作业有什么好处?干燥热敏性物料或易变形、开裂的物料为 什么多使用废气循环?怎样调节新鲜空气和废气的比例?(4为什么在操作过程中要先开鼓风机送风后再开电热器?填料式精馏塔的操作一、实验目的(1熟悉填料塔的结构及精馏流程;(2掌握精馏塔内出现的几种操作状态,并分析这些操作状态对塔性能的影响。(3测定全回流操作条件和部分回流条件下塔顶和塔釜液浓度;(4本装置可作间歇精馏操作训练(

48、保持馏出液组成恒定的间歇精馏和回流比保持恒定的间歇精馏二、实验装置本精馏塔是微分接触式的填料塔。 整套装置由塔体、 供料系统、 产品贮槽和调节控制仪 表柜等部分组成。装置总高度 3400mm ,塔釜与产品贮槽固定在槽钢制成的底座上。塔身主要参数:1. 塔釜:250×340×3mm 材质:不锈钢2. 塔径:50mm3. 塔节:57×3.5mm (其中五节材质:不锈钢(包括法兰4. 塔体结构H 1=500mm; H 2=200mm; H 3=400mm; H 4=400mm; H 5=300mm再分布器:锥形结构调料支撑板:栅条形结构5. 冷凝器盘管:L=2500mm

49、 14×2 材质:不锈钢6. 加热器SRY-2不锈钢 1kW, 2kW 各一支供料系统:供料泵:小型增压磁力泵 1台供料槽:不锈钢材质产品流量计:LZB-3WB 2.525 ml/min回流流量计:LZB-3WB 660 ml/min供料流量计:LZB-4 110 l/h调节控制系统:仪表控制柜:装有显示、控制调节仪表以及固态继电器、继电器等。智能数字显示调节器:AL-708J 3台数显电压表 1支 可控硅调压器 1台 图 1 精馏塔结构图三、实验内容1. 全回流操作;2. 计算全回流时的理论塔板数和等板高度(HETP ;3. 对 1520%(v 的水和乙醇混合液进行精馏分离,以达到

50、塔顶馏出液乙醇浓度大于 93%(v ,塔釜残液乙醇浓度小于 3%(v ;4. 练习使用阿贝折射仪,绘制酒精浓度与折光率标准曲线;5. 通过定容法测定酒精浓度。四、实验原理1. 理论塔板数和等板高度 HETP 塔板数 N T 可通过乙醇水的平衡数据(见附表作图得出(见图 2 。 等 板高度 HETP 可由公式 Z=HETP×N T 计算得出 。2.操作因素对塔性能的影响对精馏塔而言, 所谓操作因素主要是指如何正确选择回流比、 塔内蒸气速度、 进料热状 况等。(1回流比的影响对于一个给定的塔, 回流比的改变将会影响产品的浓度、 产量、 塔效率和加热蒸气消耗 量等。适宜的回流比 R 应该在

51、小于全回流而大于最小回流比的范围内,通过经济衡算且满足 产品质量要求来决定。 (2塔内蒸气速度塔内蒸气速度通常用空塔速度来表示。241d V u s =(12-2式中:u 空塔速度, m/s;Vs 上升的蒸气体积流量, m 3/s 。对于精馏段 V=(R +l D(12-3 00S PT TP 3600D 1R (4. 22V +=(12-4 对于提馏段 V = V+(q -1 F(12-5式中:V 提馏段上升蒸气量, kmol /s 。0' S PT TP 36004V . 22' V =(12-6可见,即使塔径相同,精馏段和提馏段的蒸气速度也不一定相等。塔内蒸气速度与精馏塔

52、关系密切。适当地选用较高的蒸气速度,不仅可以提高塔板效率,而且可以增大塔的生产能力。但是, 如果速度过大, 则会因为产生雾沫夹带及减少了气 液两相接触时间而使塔板效率下降, 甚至产生液泛而使塔被迫停止运行。 因而要根据塔的结 构及物料性质,选择适当的蒸气速度。五、实验操作五、实验操作1.精馏塔的操作程序精馏塔的启动和操作可参考下列程序:(1 配制约 5%(v 酒精水溶液注入蒸馏釜内至液位计上的标记为止 (约塔釜 2/3处 。 供料槽内配置 1520%(v 酒精水溶液;(2开冷水阀门,向冷凝器供水;(3开启电源,调节电压给蒸馏釜加热;(4有回流后,先作全回流,控制蒸发量,这时“灵敏板”温度应控制

53、在设定范围内;(5操作基本稳定(蒸馏釜蒸气压力及塔顶温度不变后,开始塔顶、塔釜溶液取样 分析,分别通过比重法和阿贝折射仪测定酒精浓度,前后取样 3组,分析平均值;(6启动料泵向精馏塔供料,控制一定流量,进行部分回流操作,操作基本稳定(蒸 馏釜蒸气压力及塔顶温度不变后,开始进样、塔顶、塔釜溶液取样分析,分别通过比重法 和阿贝折射仪测定酒精浓度;(7调整回流比,可使产品达到要求浓度;(8实验完毕后,即停止供电,运转一个时期后,才停止向冷凝器供水,不得过早停 水,避免酒精的损失和着火的危险。六、实验注意事项(1 本实验过程中,要特别注意安全,严禁干烧加热器,以免发生触电事故。(2 开车时必须先接通冷

54、却水,方能进行塔釜加热,停车时则反之。(3 取样时,打开取样旋塞要缓慢,以免烫伤。(4 塔顶残留不凝性气体要排出干净,否则将影响产品的采出和浓度监测。 3七、实验记录及数据处理1. 比重法测定酒精浓度将 25ml 容量瓶干燥后秤取重量 G1,并予以标记。该采样时,接取一定量(25ml 酒精溶液(以稍微超过容量瓶刻度为宜 ,通过水冷至 室温, 用温度计测量其温度。 然后定容, 秤取质量 G2。 可以得到酒精溶液质量为 m=G2-G1, 计算其密度 =m / 0.025kg/m3,查表 1乙醇水溶液的密度表可得其酒精浓度(如果溶液 温度不在表中,可用插值法计算 。2. 折光率法测定酒精浓度取不同浓度的乙醇标准溶液(5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, ,测定其折光率,作出浓度与折光率标准曲线。采集试样后,测定其折光率,根 据标准曲线得到试样乙醇浓度,并与定容法结