化工原理实验

1、化工原理实验讲义演示实验：实验一 雷诺演示实验一、实验目的和任务1观察流体在管内流动的两种不同流型，建立层流和湍流流动型态的感性认识；2熟悉雷诺准数的测定和计算方法；3测定临界雷诺数，熟悉流动类型与雷诺准数之间的关系；4了解层流时流体在管道中的速度分布情况；5了解溢流装置的作用，正确判断稳流。二、基本原理流体流动有两种不同型态，即层流(滞流)和湍流(紊流)。流体作层流流动时，其流体质点作直线运动，且互相干行；湍流时质点紊乱地向各个方向作不规则的运动，但流体的主体向某一方向流动。雷诺准数是判断流动型态的准数，若流体在圆管内流动，则雷诺准数可用下式表示： 式中，Re雷诺准数，无因次； d管子内径，

2、26.4mm； u流体流速，ms； 流体密度，kgm3； 流体粘度；Pa·s。 对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅与流体流速有关。本实验通过改变流体在管内的速度，观察在不同雷诺准数下流体流型的变化，一般认为Re<2000时，流动型态为层流；Re>4000时。流动为湍流；2000<Re<4000时，流动为过渡流。三、实验装置与流程实验装置如图1所示。主要由玻璃试验导管、低位贮水槽、循环水泵、稳压溢流水槽、缓冲水槽以及流量计等部分组成。 实验前，先将水充满低位贮水槽，然后关闭泵的出口阀和流量计后的调节阀，再将溢流水槽到缓冲水槽的整个系统加满水。最后

3、，设法排尽系统中的气泡。 实验操作时，先启动循环水泵，然后开启泵的出口阀及流量计后的调节阀。水由稳压溢流水槽流经试验导管、缓冲槽和流量计，最后流回低位贮水槽。水流量的大小，可由流量计后调节阀调节。泵的出口阀控制溢流水槽的溢流量。 示踪剂采用红色墨水，它由红墨水贮瓶经连接软管和玻璃注射管的细孔喷嘴，注入试验导管。细孔玻璃注射管(或注射针头)位于试验导管人口的轴线部位。四、实验操作1.层流流动类型图1 雷诺演示实验装置 1-可移动框架 2-循环水泵 3-低位贮水槽 4-流量调节闸阀 5-旁路阀门 6-转子流量7-溢流水槽 8-红墨水贮瓶 9-红墨水喷针 10-玻璃试验导管 11-低位贮水槽排污阀试

4、验时，先少许开启凋节阀，将流速调至所需要的值。再调节红墨水贮瓶的下口旋塞，并用自由夹作精细调节，使红墨水的注人流速与试验导管中主体流体的流速相适应，一般略低于主体流体的流速为宜。待流动稳定后记录主体流体的流量。此时，在试验导管的轴线上，就可观察到一条平直的红色细流，好象一根拉直的红线一样。 2.湍流流动型态 缓慢地加大调节阀的开度，使水流量平稳地增大。玻璃导管内的流速也随之平稳地增大。同时，相应地适当凋节泵出口阀的开度，以保持溢流水槽内仍有一定溢流量，以确保试验导管内的流体始终为稳定流动。可观察到：玻璃导管轴线上呈直线流动的红色细流，开始发生波动。随着流速的增大，红色细流的波动程度也随之增大，

5、最后断裂成一段段的红色细流。当流速继续增大时，红墨水进入试验导管后。立即呈烟雾状分散在整个导管内，进而迅速与主体水流混为体，使整个管内流体染为红色，以致无法辨别红墨水的流线。五、思考题1、影响流动形态的因素有哪些？2、如果管子是不透明的，不能直接观察管中的流动形态，你可以用什么办法来判断管子中流动的形态？3、有人说可以只用流速来判断管子中的流动形态，流速低于某一个具体数据时是层流，否则是湍流，这种看法对吗？在什么条件下可以只由流速来判断流动形态？4、研究流动形态有何意义？ 实验二 流体能量转换(柏努利)演示实验一、实验目的和任务1、加深对能量转化概念的理解；2、观察流体流经扩大管、缩小管段时，

6、各截面上静压变化。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，由于导管截面上的流速不同，而引起相应静压头变化，其关系可由流动过程中能量恒算方程来描述，即：式中：每千克质量流体具有的位能，J/kg； 表示每千克质量流体具有的动能，J/kg； 表示每千克质量流体具有的压强能，J/kg；表示每千克质量流体在流动过程中的摩摖损失，J/kg。 若以单位重量流体为衡算基准时，则又可表达为 mm水柱 （2）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，m · s 1； 流体的密度，kg · m 3

7、； 流动系统内因阻力造成的能量损失，J · kg 1； H流动系统内因阻力造成的压头损失，m液柱。 因此，由于导管截面和位置发生变化引起流速变化，致使部分静-压头转化成动压头，它的变化可由各玻璃管中水柱高度指示出来。三、实验装置如图2-1所示，本实验装置主要由实验导管、稳压溢流水槽和三对侧压管所组成。实验导管为一水平装置的变径圆管，沿程分四处设置压管。每处测压管有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。图2-1伯努利实验装置流程图 1-转子流量计2-移动框架 3-排污阀 4-流量调节阀1 5-储水箱 6-实验导管7-循环泵 8-进口调节阀2 9-水箱放水调节阀3 10

8、-溢流管 11-稳压水槽12-水泵开关盒13-标尺 14-压头测量管图2-2 实验导管结构图实验装置的流程如图2-1所示。液体油稳压水槽流入实验导管，途径直径分别为19、32和19mm的管子，再经过一个19mm内径弯管，最后排除出设备。流体流量由出口调节阀调节。流量从转子流量计测定之。实验前，先将水充满低位储水箱，然后关闭泵的出口阀和试管导管出口调节阀，并将水灌满稳压流水水箱，最后，设法排尽系统中的气泡。实验时，先启动循环水泵，然后依次开启出口阀和调节阀，水由低位储水箱被送入稳压溢流水箱。流经试验导管后再返回低位储水箱中。流体流量可由试验管出口调节阀控制。泵出口阀控制溢流水箱的溢流量，以保持水

9、箱内液面恒定，从而保证流动体系在整个实验过程中维持稳定流动。四、实验方法 1、非流动体的机械能分布及其转换演示时，将泵的出口阀和试验导管出口的调节阀全部关闭，系统内的液体处于静止状态。此时，可观察到：试验导管上的所有的测压管中的水柱高度都是相同的，且其液面与溢流水箱内的液面平齐。2、流动体系的机械能分布及其转换 启动循环水泵，将泵出口阀逐渐开启，调节流量至溢流水箱中有足够的溢流水溢出。缓慢地开启试验导管的出口调节阀，使导管内水开始流动，各测压管中的水柱高度将随之开始发生变化。可观察到：各截面上的水柱高度差随着流体流量的增大而增大。这说明，当流量加大时，流体流过导管各截面上的流速也随之加大。这就

10、需要更多的静压头转化为动压头，表现为每对测压管的水柱高度差加大。同时，各对测压管的右侧管中水柱高度则随流体流量增大而下降，这说明流体在流动过程中，能量损失与流体流速成正比。流速愈大，流体在流动过程中能量损失亦愈大。实验一 流量计校核实验一、实验目的1了解孔板流量计、文丘里流量计的构造、原理、性能及使用方法。2掌握流量计的标定方法。3测定节流式流量计的流量系数C，掌握流量系数C随雷诺数Re的变化规律。4学习合理选择坐标系的方法。5学习对实验数据进行误差估算的具体方法。二、实验原理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，它与流量有如下关系： 采用正U形管压差计测量压差时，流量

11、Vs与压差计读书R之间关系有： (1) 式中： Vs 被测流体（水或空气）的体积流量，m3/s； C 流量系数（或称孔流系数），无因次； A0 流量计最小开孔截面积，m2，A0=(/4)d02； 流量计上、下游两取压口之间的压差，Pa； 被测流体（水或空气）的密度，Kg/m3； U形管压差计内指示液的密度，Kg/m3；空气的密度，Kg/m3；R U形管压差计读数，m；式3-1也可以写成如下形式： (1a) 若采用倒置U形管测量压差：（忽略空气对测量的影响）则流量系数C与流量的关系为： (2)用体积法测量流体的流量Vs，可由下式计算： (3)(4)式中：Vs 水的体积流量，m3/s； t 计量桶

12、接受水所用的时间，s；A 计量桶计量系数；h 计量桶液面计终了时刻与初始时刻的高度差，mm，h=h2-h1；V 在t时间内计量桶接受的水量，L。改变一个流量在压差计上有一对应的读数，将压差计读数 R和流量Vs绘制成一条曲线即流量标定曲线。同时用式（1a）或式（2）整理数据可进一步得到流量系数C雷诺数Re的关系曲线。 (5)式中：d实验管直径，m； u水在管中的流速，m/s。三、实验内容1、以涡轮流量计为基准，对孔板流量计进行校核，并绘制校核曲线。2、以转子流量计为基准，对孔板流量计进行校核，并绘制校核曲线。实验二 离心泵特性曲线测定一、实验目的1. 了解离心泵结构与特性，学会离心泵的操作；2.

13、 掌握离心泵特性曲线测定方法。二、基本原理离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程H、轴功率N及效率与泵的流量V之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的外部表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用数学方法计算这一特性曲线，只能依靠实验测定。1扬程H的测定与计算在泵进、出口取截面列柏努利方程：式中：p1,p2分别为泵进、出口的压强 N/m2流体密度 kg/m3u1, u2分别为泵进、出口的流量m/s g重力加速度 m/s2当泵进、出口管径一样，且压力表和真空表安装在同一高度，上式简化为：由上式可知：只要直接读出真空表和压力表上的数值，就可以计算出泵的扬程

14、。2轴功率N的测量与计算轴的功率可按下式计算： 式中，N泵的轴功率，W w电机输出功率，W由上式可知：测定泵的轴功率，只需测定电机的输出功率，乘上功率转换中的倍率即可。3效率的计算泵的效率是泵的有效功率Ne与轴功率N的比值。有效功率Ne是单位时间内流体自泵得到的功，轴功率N是单位时间内泵从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。泵的有效功率Ne可用下式计算：Ne=HVg故 =Ne/N=HVg/N4速改变时的换算泵的特性曲线是在指定转速下的数据，就是说在某一特性曲线上的一切实验点，其转速都是相同的。但是，实际上感应电动机在转矩改变时，其转速会有变化，这样随着流量的变化，多

15、个实验点的转速将有所差异，因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为平均转速下的数据。换算关系如下：流量 扬程 轴功率 N 效率 离心泵功率转换系数0.89三、实验装置与流程离心泵性能特性曲线测定系统装置工艺控制流程图如图2-1：图2-1 离心泵实验装置流程示意图3仪表控制柜面板如图2-2所示：图2-2 流体力学综合实验装置仪表面板1、空气开关 2、3、4电源指示灯 5、流量控制仪 6、6路巡检仪（单位m3h）：第一通道测量离心泵进口压力（单位：kpa），第二通道测量离心泵出口压力（单位：kpa），第三通道测量离心泵转速（单位：rmin）第四通道测量流体阻力压差（单位：pa）第五通道测量流体温

16、度（单位：摄氏度），第六通道没用，7、功率表（单位：KW）8、仪表电源指示灯、9、仪表电源开关，10、变频器电源指示灯，11、变频器电源开关，12、离心泵电源指示灯、13、离心泵直接或变频器运行转换开关，14、离心泵启动按钮，15、离心泵停止按钮。四、实验步骤及注意事项1灌泵储水箱中出水到适当位置（大概三分之二处）关闭阀1、阀2、阀3、阀4、阀5、打开离心泵出口排气阀和进口灌水阀，用水杯从灌水阀灌水，气体从排汽阀排出，直到排水阀有水排出并且没有气泡灌水完毕，关闭排气阀和灌水阀。2启动水泵打开控制柜上1空气开关，打开9仪表电源开关，仪表指示灯10亮，仪表上电，显示被测数据。把转换开关转到直接位置

17、，指示灯12亮，按一下离心泵启动按钮，离心泵运转，启动按钮指示灯亮，水泵启动完毕。3.打开离心泵监控软件，输入班级、姓名、学号等信息，进入离心泵监控界面，打开阀1到最大，每隔2m3h采集一组数据（等数据稳定之后再采集），从最大流量做到0。4.数据采集完毕后，按离心泵停止按钮，泵停止。5、打开数据处理软件，打开采集的数据，进行数据处理，计算出数据处理结果，绘出离心泵特性曲线。实验完毕 注意事项： 1、一般每次实验前，均需对泵进行灌泵操作，以防止离心泵气缚。同时注意定期对泵进行保养，防止叶轮被固体颗粒损坏。 2、泵运转过程中，勿触碰泵主轴部分，因其高速转动，可能会缠绕并伤害身体接触部位。实验数据记

18、录离心泵原始数据水温： No.流量L/s真空表读数MPa压力表读数MPa功率表读数w五、实验报告1在同一张坐标纸上描绘一定转速下的HV、NV、V曲线2分析实验结果，判断泵较为适宜的工作范围。六、思考题1试从所测实验数据分析，离心泵在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？十分还有其他方法调节流量？ 4泵启动后，出口阀如果打不开，压力表读数是否会逐渐上升？为什么？5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？6试分析，用清水泵输送密度为1200Kgm3的盐水

19、（忽略密度的影响），在相同流量下你认为泵的压力是否变化？轴功率是否变化？实验三 对流给热系数的测定一、实验目的1、观察水蒸气在换热管外壁上的冷凝现象，并判断冷凝类型；2、测定空气（或水）在圆直管内强制对流给热系数；3、应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m的值。4、掌握热电阻测温的方法。二、基本原理在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以空气或水，水蒸气冷凝放热以加热空气或水，在传热过程达到稳定后，有如下关系式：VCP(t2t1)iAi(twt)m （1-1）式中： V被加热流体体积流量，m3/s； 被加热流体密度，kg/m3； CP被加热流体平均比热，J/(

20、kg·)； i流体对内管内壁的对流给热系数，W/(m2·)； t1、t2被加热流体进、出口温度，；Ai内管的外壁、内壁的传热面积，m2；(TTW)m水蒸气与外壁间的对数平均温度差，； （1-2）(twt)m内壁与流体间的对数平均温度差，； （1-3）式中：T1、T2蒸汽进、出口温度，；Tw1、Tw2、tw1、tw2外壁和内壁上进、出口温度，。当内管材料导热性能很好，即值很大，且管壁厚度很薄时，可认为Tw1tw1，Tw2tw2，即为所测得的该点的壁温。由式（1-3）可得： （1-4）若能测得被加热流体的V、t1、t2，内管的换热面积Ai，以及水蒸气温度T，壁温Tw1、Tw2，

21、则可通过式（1-4）算得实测的流体在管内的（平均）对流给热系数i。流体在直管内强制对流时的给热系数，可按下列半经验公式求得：湍流时： （1-5）式中：i 流体在直管内强制对流时的给热系数，W/ (m2·)；  流体的导热系数，W/(m2·)；di 内管内径，m；  Re 流体在管内的雷诺数，无因次；   Pr 流体的普朗特数，无因次。上式中，定性温度均为流体的平均温度，即tf = (t1 + t2) / 2。过渡流时：ii （1-6）式中：  修正系数， 对流传热系数准数关联式的实验确定流体在管内作强制湍

22、流，被加热状态，准数关联式的形式为. （1-7）其中： ， ， 物性数据i、cpi、i、i可根据定性温度tm查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pri变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为： （1-8）这样通过实验确定不同流量下的Rei与，然后用线性回归方法确定A和m的值。三、实验装置与流程1实验装置实验装置如图1所示。来自蒸汽发生器的水蒸气进入玻璃套管换热器，与来自水泵）的水进行热交换，冷凝水经疏水器排入地沟。冷水经涡轮流量计进入套管换热器内管（紫铜管），热交换后排出装置外。图1传热系数测定装置流程图1-可移动框架 2-中间储水箱 3-液位控制浮球阀 4-涡轮流量计

23、5-水箱排水阀6 6-阀5 7-进水口 8-水泵 9-脚轮 10-冷凝水排放口 11-冷凝水排水阀4 12-蒸汽进汽口 13-冷凝水调节阀2 14-蒸汽调节阀3 15-冷流体出口温度 16-蒸汽压力表 17-壁面右端温度 18-排不宁性气体阀门 19-蒸汽右端温度 20-冷流体流量调节阀1 21-壁面左端温度 22-蒸汽左端温度 23-排不宁性气体阀门 24-冷流体进口温度 25-换热外套管 26-换热紫铜管27-可视视窗2仪表箱面板图如2所示：图2 仪表箱面板图1-总电源指示灯 2-空气开关 3-仪表电源指示灯 4-仪表电源开关 5-风机电源指示灯 6-风机电源开关7-温度巡检仪 第一通道为

24、流体进口温度，第二通道为流体出口温度，第三通道为左端蒸气温度，第四通道为右端蒸气温度 2设备与仪表规格（1）紫铜管规格：紫铜管外径21mm 紫铜管管厚1.5mm（2）外套玻璃管规格：直径100×5mm，长度L=1000mm（3）压力表规格：00.1Mpa四、实验步骤与注意事项（一）实验步骤1、蒸气发生器加水，加热，把蒸气加热到额定压力下。1打开总电源空气开关，打开仪表及巡检仪电源开关，给仪表上电。2打开仪表台上的风机电源开关，让风机工作，同时打开冷流体入口阀门。4打开冷凝水出口阀，注意只开一定的开度，开的太大会让换热桶里的蒸汽跑掉，关的太小会使换热玻璃管里的蒸汽压力集聚而产生玻璃管炸

25、裂。5在做实验前，应打开冷凝水排水阀4将蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水排除，否则夹带冷凝水的蒸汽会损坏压力表及压力变送器。具体排除冷凝水的方法是：关闭蒸汽进口阀门，打开装置下面的排冷凝水阀门，让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走，当听到蒸汽响时关闭冷凝水排除阀，可进行实验。6刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽进口阀3的阀门大小开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐加热，由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，以防止玻璃管因突然受热、受压而爆裂。7当一切准备好后，调节蒸汽进口阀3的开度，把蒸汽压力调到0.01Mpa，并保持蒸汽压力不变。 （可通过调节排不宁性气体阀以及蒸汽进口阀3配合来实现。）8

26、流量调节：（1）手动调节1：可通过调节空气的进口阀1手动调节空气流流量，改变冷流体的流量到一定值，等稳定后记录实验数据。9记录3到8组实验数据，完成实验，关闭蒸汽进口阀与冷流体进口阀，关闭仪表电源和风机的电源。10关闭蒸汽发生器。11打开实验数据处理软件“对流给热系数测定实验”文件夹，运行“对流给热系数测定实验”，打开该组实验数据，进行实验数据分析处理。 （二）注意事项1先打开排冷凝水的阀，注意只开一定的开度，开的太大会让换热桶里的蒸汽跑掉，关的太小会使换热玻璃管里的蒸汽压力集聚而产生玻璃管炸裂。2一定要在套管换热器内管输以一定量的冷流体后，方可开启蒸汽阀门，且必须在排除蒸汽管线上原先积存的凝

27、结水后，方可把蒸汽通入套管换热器中。3刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐加热，由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，以防止玻璃管因突然受热、受压而爆裂。 3操作过程中，蒸汽压力一般控制在0.02MPa（表压）以下，否则可能造成玻璃管爆裂和填料损坏。4.确定各参数时，必须是在稳定传热状态下，随时注意惰气的排空和压力表读数的调整。五、实验数据处理原始数据记录表编号热流体冷流体壁温tw流量Lh温度 P压力MPa T温度 t进t出123456六、实验报告1将冷流体给热系数的实验值与理论值列表比较，计算各点误差，并分析讨论。2说明蒸汽冷凝给热系数的实验值和冷流体给

28、热系数实验值的变化规律。3按冷流体给热系数的模型式：。确定式中常数A及m。七、思考题1实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响?2蒸汽冷凝过程中，若存在不冷凝气体，对传热有何影响、应采取什么措施？3实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响？如何及时排走冷凝水？4实验中，所测定的壁温是靠近蒸汽侧还是冷流体侧温度？为什么？5如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对关联式有何影响？实验四 干燥速率曲线的测定实验一、实验目的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

29、量X0；4掌握有关测量和控制仪器的使用方法。二、基本原理当湿物料与干燥介质相接触时，物料表面的水分开始气化，并向周围介质传递。根据干燥过程中不同期间的特点，干燥过程可分为两个阶段。 第一个阶段为恒速干燥阶段。在过程开始时，由于整个物料的湿含量较大，其内部的水分能迅速地达到物料表面。因此，干燥速率为物料表面上水分的气化速率所控制，故此阶段亦称为表面气化控制阶段。在此阶段，干燥介质传给物料的热量全部用于水分的气化，物料表面的温度维持恒定（等于热空气湿球温度），物料表面处的水蒸汽分压也维持恒定，故干燥速率恒定不变。 第二个阶段为降速干燥阶段，当物料被干燥达到临界湿含量后，便进入降速干燥阶段。此时，物

30、料中所含水分较少，水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的气化速率，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。故此阶段亦称为内部迁移控制阶段。随着物料湿含量逐渐减少，物料内部水分的迁移速率也逐渐减少，故干燥速率不断下降。 恒速段的干燥速率和临界含水量的影响因素主要有：固体物料的种类和性质；固体物料层的厚度或颗粒大小；空气的温度、湿度和流速；空气与固体物料间的相对运动方式。 恒速段的干燥速率和临界含水量是干燥过程研究和干燥器设计的重要数据。本实验在恒定干燥条件下对帆布物料进行干燥，测定干燥曲线和干燥速率曲线，目的是掌握恒速段干燥速率和临界含水量的测定方法及其影响因素。 干燥速率的测定 （

31、7-1）式中：干燥速率，kg /（m2·h）； 干燥面积，m2，（实验室现场提供）； 时间间隔，h； 时间间隔内干燥气化的水分量，kg。 物料干基含水量 （7-2）式中：物料干基含水量，kg水/ kg绝干物料； 固体湿物料的量，kg； 绝干物料量，kg。 恒速干燥阶段，物料表面与空气之间对流传热系数的测定 （7-3） （7-4）式中：恒速干燥阶段物料表面与空气之间的对流传热系数，W/（m2·）； 恒速干燥阶段的干燥速率，kg/（m2·s）； 干燥器内空气的湿球温度，； 干燥器内空气的干球温度，； 下水的气化热，J/ kg。 干燥器内空气实际体积流量的计算 由节流式

32、流量计的流量公式和理想气体的状态方程式可推导出： （7-5）式中：干燥器内空气实际流量，m3/ s； 流量计处空气的温度，；常压下t0时空气的流量，m3/ s；干燥器内空气的温度，。 （7-6） （7-7）式中：C0流量计流量系数，C0=0.67 A0节流孔开孔面积，m2； d0节流孔开孔直径， d0=0.050 m； P节流孔上下游两侧压力差，Pa； 孔板流量计处时空气的密度，kg/m3。三、实验装置1装置流程空气用风机送入电加热器，经加热的空气流入干燥室，加热干燥室中的湿毛毡后，经排出管道排入大气中。随着干燥过程的进行，物料失去的水分量由称重传感器和智能数显仪表记录下来。实验装置如图1所示

33、。图1 干燥装置流程图 1-风机 2-可移动实验框架 3-旁路阀 4-气路管道 5-差压传感器 6-不锈钢孔板流量计 7-电加热管 8-风量均布器 9-支杆 10、11-干球、湿球温度传感器 12-可视门 13-精密称重传感器 14-蝶阀3 15-蝶阀2 16-蝶阀1 17-总电源空气开关 18-仪表电源开关 19-变频器电源开关 20-风机电源切换开关 21-电加热管停止按钮 22-干球温度手自动切换开关及手动调节旋钮 23-干球温度自动调节仪 24-指示灯 25-电加热管启动按钮 26-加热管电压指示 27-智能风量控制仪 28-智能多路液晶显示仪 29-变频器（1）风机电源切换开关：有三

34、个位：直接、停止、变频分别为风机电源由电网直接提供、风机停止和风机电源由变频器提供。（2）智能多路液晶显示仪的13通道分别为：空气流量、湿球温度、称重重量。 （3）风机电源切换开关：为3位开关，当开关打到左边位置时为直接电源给风机供电；当开关打到中间位置时为停止位置；当开关打到右边位置时为变频器输出电源给风机供电。相应上面的指示灯指示的是直接风机供电时的风机电源指示。（4）风量控制：可通过仪表实现自动控制及调节旋钮实现手动风量控制，但风量不得低于50m3/h，否则会因为风量过小而使烧坏加热管。控制方法是：1）手动控制时，将风量手自动切换开关打到手动位置，通过调节手动旋钮即可对变频器输出控制，从

35、而控制风机风量；2）自动控制时，将手自动切换开关打到自动位置，这时可通过仪表对变频器输出控制，从而也实现了对从而控制风机风量。2主要设备及仪器（1） 鼓风机：MY250W,250W（2） 电加热器：4.5KW（3） 干燥室：180mm×180mm×1250mm（4） 干燥物料：湿毛毡（5） 称重传感器：YZ108A型，0300g。（6） 洞道干燥干燥面积0.03588m2 和 0.03497m2（7） 洞道干燥控制仪表（AI518）控制参数M5100 P8 T200 CTRL4 CTL1四、实验步骤与注意事项（一）实验步骤1打开仪表控制柜上的仪表电源开关，开启仪表。2打开仪

36、表控制柜上的风机电源开关，开启风机，这时加热管停止按钮灯亮。3按下加热管启动按钮，启动加热管电源，刚开始加热时，打开加热管电源开关，可通过仪表实现自动控制及调节旋钮实现手动控制干球温度。其方法是：（1）手动控制时，将手自动切换开关打到手动位置，通过调节手动旋钮即可对加热管电压实现控制，从而控制干球温度；（2）自动控制时，将手自动切换开关打到自动位置，这时可通过仪表对加热管的电压进行控制，从而也实现了对干球温度的控制。干燥室温度（干球温度）要求恒定在70。3将毛毡加入一定量的水并使其润湿均匀，注意水量不能过多或过少。4当干燥室温度恒定在70时, 一定在老师的指导下或由老师将湿毛毡十分小心地悬挂于

37、称重传感器下的托盘上。放置毛毡时应特别注意不能用力下拉，因称重传感器是非常精密的仪器，且其测量上限仅为300克，稍微的力均会完全损坏称重传感器导致不能再使用。5记录时间和毛毡和剩余水的重量，即为重量显示仪的读数，每分钟记录一次数据；每两分钟记录一次干球温度和湿球温度。6待毛毡恒重时，即为实验终了时，按下停止按钮，停止加热，注意保护称重传感器，一定在老师的指导下或由老师非常小心地取下毛毡。7等20分钟后，当干球温度降到30度左右时关闭风机电源、关闭仪表电源，清理实验设备。（二）注意事项1必须先开风机，后开加热器，否则加热管可能会被烧坏。但目前该问题已从电路上解决。2特别注意传感器是非常精密的仪器

38、，且其负荷量仅为300克，放取毛毡时必须十分小心，一定要在老师的指导或由老师轻拿轻放，绝对不能下拉或用力上提，否则会完全损坏称重传感器导致不能再使用。3风量不得低于50m3/h，否则会因为风量过小而使烧坏加热管。五、实验报告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。六、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？实验五 流化床干燥塔实验一、实验目的固体干燥是利用热能使固体物料与湿分分离的操作。在工业中，固体干燥有多种方法。

39、其中以对流干燥方法，应用最为广泛。对流干燥是利用热空气或其它高温气体介质掠过物料表面，介质向物料传递热能同时物料向介质中扩散湿分，达到去湿之目的。对流干燥过程中，同时在气固两相间发生传热和传质过程，其过程机理颇为复杂。并且，对流干燥设备的型式又多种多样。因此，目前对干燥过程的研究仍以实验研究为主。干燥过程的基础实验研究是测定固体湿物料的干燥曲线，临界湿含量和干燥速度曲线等基础数据。本试验采用流化床干燥器，以热空气为干燥介质，以水为湿分，测定固体颗粒物料（硅胶球形颗粒）的干燥曲线和干燥速度曲线，以及临界点和临界湿含量。通过实验掌握对流干燥的实验研究方法，了解流化床干燥器的主要结构与流程，以及流态

40、化干燥过程的各种性状，并进而加深对干燥过程原理的理解。二、实验原理1干燥曲线在流化床干燥器中，颗粒状湿物料悬浮在大量的热空气流中进行干燥。在干燥过程中，湿物料中的水分随着干燥时间增长而不断减少。在恒定空气条件（即空气的温度、湿度和流动速度保持不变）下，实验测定物料中含水量随时间的变化关系。将其标绘成曲线，即为湿物料的干燥曲线。湿物料含水量可以湿物料的质量为基准（称之为湿基），或以绝干物料的质量为基准（称之为干基）来表示：当湿物料中绝干物料的质量为mc，水的质量为mw时，则以湿基表示的物料含水量为 kg (水) / kg (湿物料) (1)以干基表示的湿物料含水量为 kg (水) / kg (绝

41、干物料) (2)湿含量的两种表示方法存在如下关系： (3) (4)在恒定的空气条件下测得干燥曲线如图1所示。显然，空气干燥条件的不同干燥曲线的位置也将随之不同。W kg (水) / kg (绝干物料) Wkg (水) / kg (绝干物料) 图3-1 干燥曲线 图3-2 干燥速度曲线 2干燥速度曲线物料的干燥速度即水分汽化的速度。若以固体物料与干燥介质的接触面积为基准，则干燥速度可表示为 kg · m 2· s 1 (5)若以绝干物料的质量为基准，则干燥速度可表示为 s 1或kg (水) · kg 1(绝干物料) ·s 1 (6) 式中：mc 绝干物料的

42、质量，kg； A 气固相接触面积，m2； W 物料的含水量kg (水) · kg 1 (绝干物料)； t 气固两相接触时间，也即干燥时间，s。由此可见，干燥曲线上各点的斜率即为干燥速度。若将各点的干燥速度对固体的含水量标绘成曲线，即为干燥速度曲线，如图2所示。干燥速度曲线也可采用干燥速度对自由含水量进行标绘。在实验曲线的测绘中，干燥速度值也可近似地按下列差分进行计算： s 1 (7) 3临界点和临界含水量从干燥曲线和干燥速度曲线可知，在恒定干燥条件下，干燥过程可分为如下三个阶段：(1)物料预热阶段 当湿物料与热空气接触时，热空气向湿物料传递热量，湿物料温度逐渐升高，一直达到热空气的湿

43、球温度。这一阶段称为预热阶段，如图3-1和图3-2中的AB段。(2)恒速干燥阶段 由于湿物料表面存在液态的非结合水，热空气传给湿物料的热量，使表面水分在空气湿球温度下不断气化，并由固相向气相扩散。在此阶段，湿物料的含水量以恒定的速度不断减少。因此，这一阶段称为恒定干燥阶段，如图3-1和图3-2中的BC段。(3)降速干燥阶段 当湿物料表面非结合水已不复存在时，固体内部水分由固体内部向表面扩散后气化，或者气化表面逐渐内移，因此水分的汽化速度受内扩散速度控制，干燥速度逐渐下降，一直达到平衡含水量而终止。因此这个阶段称为降速干燥阶段，如图3-1和图3-2中的CDE段。在一般情况下，第一阶段相对于后两阶

44、段所需时间要短得多，因此一般可略而不计，或归入BC段一并考虑。格局固体物料特性和干燥介质的条件，第二阶段与第三阶段的相对比较，所需干燥时间长短不一，甚至有的可能不存在其中某一阶段。第二阶段与读三阶段干燥速度曲线的交点称为干燥过程的临界点，该交叉点上的含水量称为临界含水量。干燥速度曲线中临界点的位置，也即临界含水量的大小，受众多因素的影响。它受固体物料的特性，物料的形态和大小，物料的堆积方式，物料与干燥介质的接触状态以及干燥介质的条件（湿度、温度和风速）等等因素的复杂影响。例如，同样的颗粒状固体物料在相同的干燥介质条件下，在流化床干燥器中干燥较在固定床中干燥的临界含水量要低。因此，在实验室中模拟

45、工业干燥器，测定干燥过程临界点的临界含水量，干燥曲线和干燥速度曲线，具有十分重要的意义。三、实验装置流化干燥实验装置由流化床干燥器、空气预热器、风机和空气流量与温度的测量与控制仪表等几个部分组成。该实验仪的装置流程如图3-3所示。图3-3 流化床干燥器干燥曲线测定的实验装置流程1-风机 2-流量调节阀1 3-旁路阀2 4-转子流量计 5-电加热管 6、7-热电阻 8-玻璃视桶 9-取样口 10-阀3 11-旋风分离器 12-加水口 13-加料口 14-加料阀4 15-U型压差计 16-总电源 17-仪表电源开关及指示灯 18-风机电源开关及指示灯 19-电加热管启停按钮 20-温度显示仪 21

46、-加热电压表 22-温度控制手自动切换开关23-温度手动调节旋钮 24-温度控制仪 空气由风机经孔板流量计和空气预热器进入流化床干燥器。热空气由干燥器底部鼓入，经分布板分布后，进入床层将固体颗粒流化并进行干燥。湿空气由器顶排出，经扩大段沉降和过滤器过滤后放空。空气的流量由调节阀和旁路放空阀联合调节，并由孔板流量计计量。热风温度由温度控制仪自动控制，并由数字显示出床层温度。固体物料采用间歇操作方式，由干燥器顶部加入，试验毕在流化状态下由下部卸料口流出。分析用试样由采样器定时采集。流化床干燥器的床层压降由U形压差计测取。床层内径145mm，静床层高度180mm 固体类型：硅胶 平均直径1.02.0

47、mm流化床干燥控制仪表参数（AI519）P30 I100 D50 四、实验方法1、打开总电源开关，打开仪表电源开关及风机电源开关，启动加热电源。2、配合阀1、阀2将风量阀控制在25m3/h左右，将温度控制在至70。3、往塔里的硅胶球上缓慢加水，当加至饱和后，减小水的流量，往塔里继续加水，直至塔内温度至70时，停止加水，开始实验。4、测量床层流化高度，并同时开始测定干燥过程的第一组数据（也即起始湿含量）。然后，每隔5分钟采集一次试样，记录一次床层温度和压降，直至干燥过程结束。本试验一般要求采集1012组数据。 5、每次采集的试样放入称量瓶后，迅速将盖盖紧。用天平称取各瓶重量后，放入烘箱在1501

48、70下烘24小时。烘干后将称量瓶放入保干器中，冷却后再称重。6、实验完毕，先关闭电热器，直至床层温度冷却至接近室稳时，打开卸料口收集固体颗粒与容器中待用。然后，依次打开放空阀，关闭入口调节阀，关闭风机，最后切断电源。 若欲测定不同空气流量或温度下的干燥曲线，则可重复上述实验步骤进行实验。实验注意事项： (1)实验开始时，一定要先通风，后开电热器；实验毕，一定要先关掉电热器，待空气温度降至接近室温后，才可停止通风，以防烧毁电热器。 (2)空气流量的调节，先由放空阀粗调，再由调节阀细调，切莫在放空阀和调节阀全闭下启动风机。 (3)使用采样器时，转动和推拉切莫用力过猛，并要注意正确掌握拉动的位置和扭转的方向和时机。 (4)试样的采集、称重和烘干都要精心操作，避免造成大的实验误差，或因操