化工机械实验室实验指导书

..目录TOC\o"1-1"\h\z\u活塞式压缩机结构、运转及性能实验1离心泵性能测试12内压薄壁容器应力测定15外压圆筒失稳实验20高压容器爆破实验23超声波探伤实验28换热器总传热系数的测定31精馏操作与塔效率的测定34搅拌反应器性能实验38碳钢极化曲线测定44不锈钢钝化曲线测定48振动测量52临界转速测量55法兰非金属垫片密封性能实验60传感器系统综合实验62二容水箱液位控制实验70雷诺实验74活塞式压缩机结构、运转及性能实验实验项目性质：综合性所属课程名称：过程流体机械计划学时：4学时一、实验目的及任务1.实验目的本实验室过程流体机械实验课中的一项综合性实验,包括两部分：活塞式压缩机结构和活塞式压缩机运转性能测定。实验目的有二：〔1通过观察多种结构的压缩机和拆解一台空气压缩机,把课堂教学与实际应用有机地结合起来,达到获得对实际往复活塞压缩机内外各部件的感性认识的目的。了解气阀、活塞、十字头、曲柄连杆机构与曲轴箱之间的相对位置,以及他们的形状与作用。认识气体进出压缩机的途径,压缩机的冷却方式,润滑方法。掌握各主要零部件的拆装步骤及方法。〔2通过实验测量一台活塞式压缩机运转性能,进一步理解活塞式压缩机的基本理论,掌握过程流体机械的实验研究方法和手段。本实验通过测定一台活塞式压缩机的排气量、功率、转速来研究和分析活塞式压缩机的运转性能和影响活塞式压缩机性能的因素,同时观察压缩机气缸内部的工作过程—示功图。2.任务〔1观察多种结构的压缩机并拆解一台空气压缩机。〔2测定在一定转速下和一定工况下,压缩机的排气量Q、指示功率、轴功率Nz并与理论计算值比较；观察示功图。〔3了解计算机控制的参数采集系统的工作机理〔包括信号与采集、运算处理、结果显示及结果打印；二、实验内容及要求1.活塞式压缩机结构实验a.实验压缩机压缩机3台：立式单级单作用空压机1台,W型单级单作用空压机1台,L型两级双作用空压机〔可动有机玻璃模型机1台。b.压缩机的总体结构及主要零部件介绍工作机构工作机构是实现空气压缩的主要部件。由气缸、气阀、活塞组件等组成。气缸呈圆筒形,在气缸盖〔及汽缸座设有若干吸气阀与排气阀。活塞由曲柄连杆机构带动在气缸中做往复运动。L型压缩机有两个气缸,通常垂直列为一级缸,水平列为二级缸。空气吸入一级气缸经过压缩后,进入中间冷却器降温,再进入二级气缸压缩,最后排出到输气管路供使用。运动机构运动机构由曲轴、连杆、十字头〔用于双作用压缩机,对单作用压缩机为连杆组成,用于传递动力,将曲轴的旋转运动变成往复运动。曲轴的曲拐上装有一个或多个连杆。连杆的另一端与只能在滑道内作往复运动的十字头〔对单作用压缩机为在汽缸内作往复运动的活塞连接。这样,旋转的曲轴使连杆摆动,传到十字头〔活塞作往复运动,在通过活塞杆使活塞往复运动对气体做功。机身机身上支承和安装着整个运动机构与工作机构,又兼作润滑油箱用。曲轴用轴承支承在机身上。对于双作用压缩机,机身上两个滑道又支托着十字头,两个气缸分别固定在L型机身的两臂上。气缸气缸是构成压缩容积实现气体压缩的主要部件。本实验的压缩机气缸有空冷的,也有水冷的。单作用压缩机为空冷,缸体和缸盖上有散热翅片。双作用压缩机气缸为水冷结构。活塞组件活塞组件包括活塞、活塞环及活塞杆〔双作用压缩机或活塞、活塞环及活塞销〔单作用压缩机等。实验的L型压缩机活塞为盘形活塞机构。在活塞盘侧面上有两道凹槽,用来安装活塞环。活塞杆的作用是将活塞与十字头连接起来,传递作用在活塞上的力,带动活塞运动。其它压缩机用的是筒型活塞,活塞与连杆是通过活塞销连接。活塞环为一开口圆环,在自由状态下,其外径大于气缸直径。装入气缸后,环径缩小,仅在切口处留下一个热膨胀间隙。其主要作用是密封气缸与活塞盘之间的间隙,防止气体从压缩容积的一侧漏向另一侧,此外还有均布润滑油的作用。单作用压缩机用的筒型活塞上还有一道刮油环,用于刮去汽缸表面多余的润滑油。气阀气阀是压缩机中的重要部件,其作用是控制气体及时吸入与排出气缸。实验所用压缩机的气阀为环状阀,主要由阀座、阀片、弹簧及升高限制器等零件组成。它的工作原理以吸气阀为例来说明。在吸气过程,当气缸内的压力低于吸气管道中的压力,且两者压力差所产生的推力足已克服弹簧压紧力及阀片、弹簧的惯性力时,弹簧随即把阀片弹回,阀片由落在阀座上,吸气阀关闭,完成吸气过程。曲轴曲轴是压缩机的运动部件。主要由主轴颈、曲轴销、曲柄等组成。曲轴搁置在机体轴承座上的部份,称为猪轴颈；与连杆连接的部分称为曲柄销；连接主轴颈与曲柄销的部分称为曲柄。曲柄与曲柄销组合在一起称为曲拐。本实验所用压缩机的曲轴均为曲拐轴,其特点是曲柄销两端均有曲柄形成曲拐。连杆连十字头十字头是连接活塞杆与连杆的部件,是双作用压缩机特有的。它在导轨里作往复运动,并将连杆的动力传给活塞部件。实验用L型压缩机的十字头与连杆的连接方式为闭式。十字头与活塞杆的连接采用螺纹连接方式,可根据活塞杆螺纹旋入十字头的深浅来调整活塞杆与气缸端面的间隙,并用自锁螺母锁紧。十字头与连杆采用十字头销连接。压缩机的润滑系统本实验的L型压缩机采用压力润滑方式。分为两个独立的系统：气缸部分靠注油器供润滑,传动部分靠齿轮油泵供油润滑；其它两台压缩机采用的是飞溅润滑方式,即汽缸—活塞及曲轴—连杆的润滑都采用由连杆大头上的打油机构将曲轴箱内的润滑油溅起到润滑表面实现润滑。L型压缩机传动机构的润滑：传动机构的润滑路线如下：连杆大头主轴承油冷却器滤油器齿轮油泵储油箱连杆小头连杆大头主轴承油冷却器滤油器齿轮油泵储油箱连杆小头十字头滑道十字头销十字头滑道十字头销图１传动机构的润滑路线冷却系统：本实验L型压缩机采用水冷方式。两级之间设有中冷器,用于冷却一级排气；汽缸及填料函外设有冷却水夹套,用于冷却汽缸和填料。c.实验步骤拆解并安装1台立式单级单作用空压机。拆卸时遵循从上到下,从外到内的基本原则,安装时次序与拆卸是相反。本压缩机结构较简单,拆装的重点是观察汽缸、气阀及气道的内部结构。拆卸次序为：Ⅰ.拆气缸盖卸下缸盖顶部的螺母,向上拆下气缸盖。注意观察其结构形式以及内部气道的布置。Ⅱ.拆气阀本压缩机的气阀为组合式气阀,即进气阀和排气阀组合在一起。拆下气缸盖后即可拿出装在气缸正上方的气阀组件。松开位于中心螺栓和螺母,即可将阀座和升程限制器分开,取出阀片和弹簧。Ⅲ.盘动飞轮,使曲柄连杆机构与活塞动作,观察气缸内部及活塞在气缸内的运动情况。Ⅳ.安装复原压缩机。安装时注意参照压缩机的拆开步骤及压缩机结构形式,正确安装各部件。d.实验要求本部分要求观察3种压缩机的结构形式并作出记录。包括：总体结构,单、双作用活塞对应的运动机构,气阀结构及类型,汽缸结构及冷却方式,润滑方式。2.活塞式压缩机运转性能测量本部分实验内容为测量一台空气压缩机在设计工况下的排气量、指示功率并与理论计算结果对比。实验装置由容积式空气压缩机测试系统和空气压缩机组组成,见图2。图2压缩机性能测试系统示意图1.喷嘴流量计2.压缩机3.转速传感器4.储气罐5.信号处理系统6.数据采集接口箱7.压力传感器a.实验装置与实验原理〔1实验压缩机装置实验压缩机是上海压缩机厂制造的无十字头3缸单作用风冷式压缩机一台,压缩机基本参数如下：额定排气量：1.0m额定排气压力：0.7MPa〔表压额定转速：1000r/min活塞行程：75mm〔曲柄半径气缸直径：90气缸数目：3润滑方式：飞溅式压缩机轴功率：6.7KW气缸相对余隙容积约为6％驱动电动机额定功率：7.5KW电动机功率因数：0.85压缩机是由曲柄连杆机构运转的,连杆直接与活塞相连接,没有十字头,连杆大头为对分式。曲柄安装在滑动轴承上,压缩机的运动机构及气缸均用击溅方式进行润滑。压缩机机身与气缸外套铸成整体。空气自大气进入压缩机,经压缩后排出,压缩机的排气管接储气罐,储气罐为直径Φ300,长900mm壁厚1〔2压缩机的排气测定装置在储气罐出口的压力调节阀后设有一套排气量测定装置,即喷嘴流量计,装置设计按照排气量按照"GB/T15487--1995《容积式压缩机流量测方法》"中所规定的方法进行测定。装置由减压箱、喷嘴、测压管及测温管所组成,减压箱内有多孔小板及井字形隔板所组成的气体流动装置,喷嘴由不锈钢或黄铜制造,孔径尺寸为19.05mm根据测量得到的有关参数,压缩机实际排气量由下式计算得出<1>式中：Q－压缩机排气量〔m3/min－喷嘴系数〔查表－喷嘴前后的压力差〔mm水柱,1mm水柱10.2Pa－喷嘴直径〔mm－大气压力〔105Pa－压缩机吸入气体的绝对温度〔K－喷嘴前气体的绝对温度〔K〔3示功图〔P-V图的测试装置压缩机的一个一级气缸顶部开孔,通过接头连接压电式压力传感器,测试气缸内气体的瞬间压力P。压缩机飞轮上装有键相器,通过光电转速器,测试压缩机的瞬间曲柄转角α。由下面公式确定活塞位移x,〔2式中：－活塞位移,－曲柄半径,－曲轴半径与连杆长度l的比值,α－曲柄转角。由活塞位移x与气缸截面积A的乘积即可确定活塞扫过的气缸容积V。〔3式中：—气缸容积；—气缸截面积,A=πD2/4；x—活塞位移。由和可绘出压缩机一个循环的图〔示功图。由示功图封闭面积即可算出一个循环的压缩功；再乘以转速和气缸数目即得压缩机指示功率：〔封闭面积〔气缸数目〔〔4式中：－转速,r/min。〔4电动机功率的测定电机负载为三角形的三相电路,电动机输入功率为〔5式中：—电机功率；—相电压；—相电流；—功率因数,等于0.85。〔5计算机化的数据采集与信号分析系统本实验的数据采集与处理通过计算机化的"信号采集与分析系统CRAS"实现。示功图绘制、排气量和指示功率计算通过示功图软件实现。数据采集与信号处理系统包括传感器以及放大器,数据采集卡,接口箱,以及VMCRAS及示功图软件等。b.实验步骤〔1熟悉实验用设备和仪器。〔2打开数据采集系统进行数据采集。〔3进入数据采集系统。打开计算机电源,用鼠标点击桌面上的"CRAS6.1〔快捷方式",进入计算机化的振动信号采集分析系统CRAS。再点击："旋转机械振动监示与分析VMCRAS"。在"VMCRAS"界面下,先定义作业文件〔即数据采集文件名称及类型。点击"作业"在"搜寻〔I"栏确认作业文件的位置<即文件保存位置>②在"文件名称〔N"栏写入所起的文件名〔不写扩展名；③在"文件类型〔T"栏点入"外部双通道"<注：内部方式指定采样率频率；外部方式指采样频率随转速同步变化>。〔4设置实验参数,点击"参数设置",逐步完成以下各项设置：①采集方式：选择"外部"；键相位必须为128〔键相位表示整转速周期的测点。采集控制：选择"监示采集"；转速控制为"升速"；在"总记录时间〔秒"拦中填入时间,一般为30–40秒。监测值类型：P_P〔双峰值,在文本框的下拉列表中选择。工程单位：一通道〔气缸压力传感器：MPa,在文本框的下拉列表中选择。二通道〔差压传感器：Pa,在文本框的下拉列表中选择。电压范围：±10000mv,在选项栏中选择。较正因子：输入一通道<气缸压力传感器>较正因子〔由传感器参数确定：17000二通道<差压传感器>较正因子：1所有参数确定后,点击"确认"。〔5开启压缩机,开始数据采集检查传感器,仪器仪表接线等无误,确认储气罐出口的压力调节阀完全打开后,启动压缩机。逐步关小调节阀开度,压缩机排气压力开始升高,注意观察,待压缩机排气压力达到规定值〔0.7MPa表压力且稳定后,点击VMCRAS状态下的"在线监测"。即可观察压缩机排气压力—时间曲线,数据采集完毕后退出"CRAS"。〔6作压缩机示功图和计算排气量①用鼠标点击电脑显示器桌面上的"示功图"在打开的界面里逐步完成以下各项。=2\*GB3②导入数据采集的Vm文件点击菜单"导入数据〔I",在下拉菜单中选择"从Vm作业导入数据",在C盘中选择文件夹"Cras"打开,选择扩展名为"DED"的数据采集文件〔即先前所定义的作业文件,点击文件名栏的"打开"按钮,打开该文件；=3\*GB3③点击菜单"参数设置"设置初相位角,在初相角拦内填入210º。键相位选项必须选择为"128”依次填入：{默认值,可忽略}气缸数目：3气缸直径〔单位为米：0.09曲柄半径〔单位为米：0.0375"r/l"〔曲柄半径与连杆长之比：0.217点击确认。电脑显示器界面上可显示压缩机转速、压缩机指示功率、二通道压差〔喷嘴前后压差的测量结果及示功图。④点击菜单"排气量计算",可计算排气量Q和喷嘴系数C。在排气量计算界面内,在"喷嘴压差"选择框内选择"毫米水柱"或"表读数〔Pa"选项,可在对应的数值栏中显示出以毫米水柱或Pa为单位的喷嘴压差的测量数值依次填入：喷嘴直径〔单位为毫米：19.05吸入气体温度〔单位为K：喷嘴前气体温度〔单位为K：大气压力〔单位为MPa：填完后,点击"计算"框,即可由计算机算出排气量Q〔m3/min,并示出喷嘴系数C。⑤点击"保存"可保存本次实验的测量结果。c.实验数据与理论值的比较将有关数据填入本指导书附表,并对测试的指示功率和排气量与理论计算值进行比较,分析。〔1压缩机理论排气量Qth〔m3/min〔6式中：—第一级各个气缸活塞面积的总和,m2—行程,m—转速,转/分—容积系数,—相对余隙容积,0.06;—压力比,—气体多变指数1.20—第一级压力系数；0.95~0.98—第一级温度系数；0.90~0.95—第一级泄漏系数；0.92~0.96〔2理论功率计算〔Kw〔7式中：—名义吸气压力,MPa；—进气时的压力损失系数,0.04~0.06；－实际吸、排气压力,MPa；,名义排气压力,MPa；—排气时的压力损失系数,0.08~0.12。－气体绝热指数,空气以k=1.4；Vh—行程容积,Vh=；—转速,RPM；其余符号同上。将实测指示功率,理论计算指示功率及电测功率计算结果列表并比较之。三、实验报告内容实验报告内容应包括本实验的两部分实验。内容应有以下方面：〔1实验目的〔2实验装置〔3实验原理〔4简明写出实验步骤〔5实验记录表〔6采用理论公式分别计算压缩机指示功率和排气量与实验值比较,并分析原因。四、注意事项〔1严格听从老师指导。〔2严格按规定操作。〔3开机前用手盘动皮带轮。〔4气罐出口阀开至最大位置后,慢慢调小。〔5注意安全,开车时不要过分靠近机器。实验完毕后关闭电源,打扫现场。离心泵性能测试实验项目性质：验证性所属课程名称：过程流体机械计划学时：2学时一、实验目的掌握离心泵特性曲线〔曲线,曲线,曲线的测定方法。二、实验装置图1实验装置1.计量水箱2.回流阀3.储水箱4.放水阀5.孔板流量计6.万向漏斗三、实验原理和方法1.曲线利用阀门1、2调节流量,测定H、Q的数值。Q用计量水箱和秒表测定；H可由下式要求测试和计算。〔均化成水柱高〔m式中：—压力表读数〔MPa—真空表读数〔MPa—压力表至真空表接出点之间的高度〔m、—泵进、出口流速,一般进口和出口管径相同,,,所以逐次改变阀门1、2的开度,测得不同的值和其相应的水头值,在坐标系中得出相应的若干测点,将这些点光滑的连接起来,即得水泵的曲线。2.曲线测定泵在不同流量时的泵输入功率,〔为电机的输出功率,绘制曲线。水泵电机轴功率由下式计算：<Kw>式中：—电流表读数〔A—电压表读数〔V—功率因数,取0.77—电机效率,取0.65从开始,逐次改变阀门1、2的开度,测得不同的值和其相应的泵轴功率值,在坐标系中得出相应的若干测点,将这些点光滑地连接起来,即为泵的曲线。3.曲线求出不同流量时泵的有效功率和轴功率即可求出效率值。四、实验步骤1.实验前准备〔1记录装置的常数：值〔2接上电源〔3为水箱加水2.进行实验〔1开动电机,使水泵运转,此时阀门1、2关闭,为空载状态,测读压力表读数,真空表读数、电流、和电压。〔2略开阀门1、2水泵开始给水,并利用计量水箱和秒表测量并计算在此工况下的流量<m3/s>。〔3逐次调节阀门1、2,重复上述步骤,测读相应的、、、、和。实验数据可记录在如下表格中：表1实验数据No.〔MPa〔MPa〔转/分<m3/s>备注123456〔4根据测试数据,在坐标系中点出实验点,最后光滑的绘制出、和曲线〔可以在一张图上绘出。内压薄壁容器应力测定实验项目性质：设计性所属课程名称：过程设备设计基础计划学时：2学时一、实验目的与任务1.测定内压薄壁圆筒外表面不同点的两向应力大小。2.测定内压薄壁封头外表面不同点的两向应力大小。3.学习和了解测量元件、仪器等的正确使用及测试技术。4.学习和掌握测试数据处理的理论和方法。二、实验内容与要求1.根据引线的编组和颜色,仔细识别引线与应变片的对应关系。2.打开应变仪和载荷显示仪。通过加载压力源施加一定的载荷,逐点检测圆筒外壁、封头外壁各个测点应变花及应变片的应变值。3.实验数据处理和实验结果与理论值的比较结果〔以绘图或表格形式等都应在实验报告中反映。4.实验报告应包括：试验原理、主要实验设备简图包括试验测点的布置、实验原始数据列表及绘图〔包括相应理论值、实验与理论数据差异的分析等。三、实验条件1.测试用仪器条件电阻应变仪：型号：YJ—33型静态电阻应变仪、YJD—27精动态电阻应变仪组成：〔图1所示。<1>构件变形的感受和转换部分—电阻应变片；<2>被转换量的传递和放大部分—电路系统；<3>读数及记录部分—LCD显示器及打印机。图1电阻应变仪原理图图2电桥接线示意图2.试验用设备装置条件实验装置：三个承载内压的薄壁圆筒形容器A、B〔图3、C容器A：两端分别为--带折边锥形封头、圆平板封头；容器B：两端分别为--椭圆封头、球形封头。容器C：两端分别为--椭圆封头、平板封头、中间为筒体容器A、B尺寸、材料：筒体内径：400mm,壁厚4mm。椭圆长短轴之比：2,壁厚4mm。容器及封头材料：0Cr18Ni9容器C尺寸、材料：简体内径：400mm,壁厚6mm。椭圆长短轴之比：2,壁厚6mm。圆平板直径：412mm,壁厚6mm。容器及封头材料：0Cr18Ni9图3试验用容器装置1.容器B2.压力传感器3.容器A4.压力传感器5.压力表6.阀7.手动试压泵四、实验方案设计建议本实验对承受内压载荷的薄壁圆筒及封头应力区域两向应力进行测定。通过测定内应力,获得圆筒及封头的应力分布特征,从而验证其应力分布规律。1．了解容器材料、壁厚尺寸、设计压力等、初步确定容器加载压力<建议多个压力等级测量>；2．初步选定测点位置,测点位置应能够反映筒体、封头上两向应力的分布规律；3．初算加载压力下测点可能出现最大、最小应变,选定适合的电阻应变片规格,与测点应变相匹配；4．了解电阻应变仪基本原理、量程范围,满足应变测量要求；5．实验数据记录表格的设计。五、实验操作建议1．应变仪测量步骤1打开容器的排气阀,通人冷水,装满后关闭排气阀；2检查各接线是否正确、牢固；3打开应变仪电源；4检查应变仪是否工作正常；5按所贴应变片设定应变片灵敏系数K；6选择调零,检验各点初值是否为零；7用试压泵向容器加压,分别加压至0.2,0.4,0.6MPa,并测量相应压力下各点之应变值,并记录。2.联机测量步骤1>启动实验程序,选择实验；2>点击"联机测量",进入测量程序；a.点击"平衡"按钮,应变仪进行平衡；b.点击"测量"按钮,读入应变初读数,〔若读数不为零,重复a.b.步骤；c.点击"记录"按钮,将数据写入数据库文件；d.改变实验压力,记录实验数据；将数据写入数据库文件。3>点击"设置"按钮,可对应变仪进行参数设置〔应变仪脱机测量的设置,请参照BZ2205C静态电组应变仪使用说明书；4>测量完成后,点击"数据处理"进入数据处理窗口；a.点击"读取数据"按钮,弹出"选择数据文件"对话框b.选择数据文件：处理数据库文件〔现场实验数据--1；处理文本文件〔旧的实验数据--2；c.点击"计算"按钮,计算应变修正值和应力值；d.点击"画图"按钮,进入"绘制应力曲线"窗口；e.点击"打印"按钮,打印页面内容图象；f.点击"导出数据"按钮,将测量的应变值入文本文件,可以用记事本打开、编辑和打印所存的文件；g.点击"返回"按钮,退出数据处理窗口。六、实验报告要求1．简述实验目的、原理及装置；选择实验装置及内容,设计实验方案；2．整理实验数据并计算在某一压力下筒体、封头测点的应力值,并绘制其应力分布曲线；3．利用所学理论分析封头的应力分布状况；4．实验体会及存在问题讨论。外压圆筒失稳实验实验项目性质：验证性所属课程名称：过程设备设计基础计划学时：2学时一、试验目的1.观察薄壁圆筒形容器在外压作用下丧失稳定性后的形态。2.测定圆筒形容器失去稳定性时的临界压力并与理论值相比较。二、试验原理圆筒形容器在外压作用下,常因刚度不足使容器失去原有形状,即被压扁或折曲成波形,这就是容器的失稳现象,容器失去稳定性时的外压力,成为容器的临界压力,用表示。圆筒形容器失去稳定性后,其横截面被折成波形,波数可能是1,2,3,4,……等任意整数,如图1所示。图1圆筒形容器失去稳定后的形状容器承受临界值的外压力而失去稳定性,决非是由于容器壳体本身不圆的缘故,即是绝对圆的壳体也会失去稳定性。当然如壳体不圆〔具有椭圆度容器更容易失稳,即它的临界压力值会下降。根据外压容器筒体的长短,可分为长圆筒,短圆筒和刚性圆筒三种,刚性圆筒一般具有足够的刚度,可不必考虑稳定性问题。但长圆筒,短圆筒必须进行稳定性计算,它们的临界压力值大小主要与厚壁<>,外直径<>,长度〔有关。亦受材料弹性模数<>,泊桑比<>影响。所谓长圆筒,短圆筒之分,并不是指它们的绝对长度,而是与直径壁厚有关的相对长度。一般长圆筒、短圆筒之间的划分用临界长度表示。如容器长度>为长圆筒,反之为短圆筒。临界长度由下式确定：长圆筒：长圆筒失稳时的波数=2,临界压力仅与有关,而与无关。值可由下式计算：短圆壁：短圆筒失去稳定性时,波数>2,如为3,4,5……,其波数可近似为：临界压力可由下式计算：对于外压容器临界压力的计算,有时为计算简便起见,可借助于一些现成的计算图来进行。6767891图2外压圆筒失稳装置实验1.横梁2.压紧螺母3.图2外压圆筒失稳装置实验1.横梁2.压紧螺母3.密封螺母4.压紧法兰5.垫片6.外压圆筒7.心轴8.圆筒底垫块9.透明容器10.台1045102344四、实验步骤及注意事项1.测量试件的有关参数：壁厚<>,直径<>,长度〔。用千分卡测壁厚,用游标卡尺测内直径〔便于精确测量和长度,外直径由内直径加壁厚得到。各参数分别测量两到三次,计算时取平均值。2.按图二所示安装实验设备,先用手摇泵将透明容器内的水升至容器的约三份之二处；将外压圆筒试件6置于平板顶盖上,试件与平顶盖间用垫片5密封〔试件折边上下各放一垫片；用压紧法兰4通过四个密封螺母2将试件压紧到平板顶盖上。3.将圆筒底垫块8<一大一小>置于外压圆筒底部,把用心轴7置于圆筒底垫块的中心孔中,再将横梁1压在心轴7上,通过两个压紧螺母2上紧<用手旋紧既可>；以此抵消试件承受的轴向载荷。4.用手摇泵缓慢升压至试件破坏为止〔试件破坏时有轻微的响声,记下容器的失稳压力〔即有轻微响声时的瞬间压力,此压力为临界压力。失稳后不可再升压。5.打开手摇泵的开关卸压,待压力为零后取出试件,观察失稳后试件的形状并记下波纹数。6.关上手摇泵的开关,清理好实验备件和工具。五、实验报告1.列出测量所得的试件几何尺寸数据。2.验算波纹数。3.计算容器的临界压力并与实测值进行比较。4.讨论、分析试验结果,分析误差原因。高压容器爆破实验实验项目性质：验证性所属课程名称：过程设备设计基础计划学时：2学时一、试验目的1.测定圆筒塑性变形开始和结束时的屈服压力值；2.测定圆筒破坏时的爆破压力,并通过计算验证理论公式；3.了解过程装备控制专业数据自动采集测量系统基本单元的原理。二、试验原理1.屈服压力值的理论计算〔1屈服压力〔2全始屈服压力〔材料为理想弹塑性2.爆破压力值的理论计算承受内压的高压筒体,其爆破压力计算方法有如下几种：〔1公式〔2中径公式〔3最大主应力理论〔4最大线应变理论〔5最大剪应力理论〔6最大变形能理论图1压力与容积变化图1压力与容积变化guanxigun关系3．爆破试验原理过程塑性材料制造的压力容器的爆破过程如图一所示,在弹性变形阶段〔线段,器壁应力较小,产生弹性变形,内压与容积变化量成正比,随着压力的增大,应力和变形不断增加；到点时容器内表面开始屈服,与点对应的压力为初始屈服压力；在弹塑性变形阶段〔线段,随着内压的继续提高,材料从内壁向外壁屈服,此时,一方面因塑性变形而使材料强化导致承压能力提高,另一方面因厚度不断减小而使承压能力下降,但材料强化作用大于厚度减小作用,到点时两种作用已接近,点对应的压力是容器所能承受的最大压力,称为塑性垮塌压力；在爆破阶段〔线段,容积突然急剧增大,使容器继续膨胀所需要的压力也相应减小,压力降落到点,容器爆炸,点所对应的压力为爆破压力。三、实验装置与工作原理1.实验装置本仪器中的液体介质油的吸入、压缩与排出是通过活塞腔容积的周期性变化而实现的。电机接入电源后进入正常运转,通过减速器带动偏心轮传至十字头滑块,活塞柱通过滑快与导向杆相连〔导向杆在导向套内做往复运动,当缸内处于低压状态时吸入介质油,活塞杆压缩时,泵内高压流体经过止回阀向爆破试件中输送,使爆破试件中内压不断升高。2.工作原理本系统的压力增升原理图2所示,活塞杆9在缸内作往复运动,介质油通过进口单向阀5吸入缸内,活塞柱向缸内推进时,进口单向阀5关闭,介质油通过出口单向阀6流进爆破试件中。压力表4下面装有单向阀7,目的是为了在试件瞬间爆破时保护压力表〔试件爆破后压力表数值仍旧保持压力信号由压力传感器12通过接口13传送至计算机。图2工作原理流程图1.油槽2.导油杯3.爆破试件4.压力表5.进口阀6.出口阀7.压力表保护阀8.油缸9.活塞10.试件卸压阀11.表卸压阀12.压力传感器13.传感器微机接头四、试验操作步骤及注意事项1.了解试验装置的结构〔包括高压爆破教学试验台操作方法、压力传感器、数据采集卡、转换器等计算机硬件接口以及测试软件的位置和功能。2.测量尺寸：在爆破试件的上、中、下不同圆周方向上,测量外径三次；内径为已知值〔试件材料为20号无缝钢管加工而成,根据不同的理论公式计算可得到不同的理论爆破值。3.操作步骤：〔1关闭卸荷阀10与11〔即面板上左右支阀,观察仪器面板上的油标,看油缸中是否有足够的介质油,若油缸中油不足,可从导油杯2中直接加油〔一般机油即可。〔2启动电机前,须对试验机的十字头滑块、活塞杆等运动磨损件加油润滑；开机后待爆破试件接口3处有油溢出,再关闭电机。〔3将测量好欲爆破的厚壁圆筒试件预先灌满油〔必须排除里面的空气,在出口上贴上一层薄纸〔防倒转后漏油,倒转后快速旋到爆破试件接口上,用管子钳上紧,罩好保护罩。〔4打开计算机,点击桌面""进入随机信号与振动分析系统；再点击"数据采集及处理",进入""界面。〔5点击"作业"在文件名编辑栏输入要创建的新文件名,见图3,然后点击"打开"图3创建的新文件名的界面〔6点击"参数设置",弹出"参数设置"对话框,选项"采样频率"选择1280；"工程单位"选择MPa；再选择"校正因子",见图4。图4设置各参数的界面〔7确定上述选项后进入"趋势图"菜单,在它下面有"时间设置"、"趋势采集"、"趋势显示"和"设置截距"四个子菜单。在"设置时间"对话框有"请输入总时间",单位是秒,输入估计此次实验所用总时间；"间隔记录时间〔≥200ms,单位是毫秒,选200的倍数,一般输入"200"；在"设置截距"中的每个通道对应的零工程单位对应的毫伏数为"1000",对应通道数为"1",如图五。图5趋势图菜单设置各参数的界面〔8确认完上述参数后,点击"趋势采集"子菜单,此时打开实验机的泵电源,微机将跟踪爆破试件整个实验过程的压力变化直至爆破。〔9试件爆破后关闭电源,将计算机中本次实验创建的新文件名存盘,打印出整个实验过程曲线和有关记录；将爆破后的厚壁圆筒试件拆下。五、实验报告1.讨论分析试件破坏的情况2.将实测的爆破压力和各种理论公式的计算结果进行比较,并进行分析讨论。超声波探伤实验实验项目性质：设计性所属课程名称：设备制造工艺学计划学时：2学时一、实验目的1．熟悉C型超声波探伤仪的使用方法2．根据给定条件初步掌握超声波探伤的基本技术,学会纵波法探伤和横波法探伤的原理及方法。3．观察分析探伤波形,测定试块缺陷位置。4．通过实验课,对学生进行实验研究方法与实验技能的基本训练,培养学生计算能力、动脑动手能力和严肃认真、实事求是的科学工作态度。二、实验要求根据实验室提供的两台超声波探伤仪,几种不同缺陷的试件及各种不同频率的探头等辅助材料,自行选择试件、探头及探伤方法,根据所选探伤试件及方法,自行设计实验方案,制定实验步骤,经任课老师或实验老师同意后方可进行实验操作并完成实验报告要求。三、实验报告要求1.实验目的2.实验原理3.实验设备参数,试件尺寸,探头规格4.实验步骤5.实验数据记录、计算及分析〔1写出直探头探伤缺陷位置的计算过程,探测计算结果与实测结果比较分析。〔2写出斜探头折射角的测定方法,以及斜探头探伤缺陷位置的计算过程,并将计算的数据与实测结果比较分析。6.实验体会、建议等附：〔一探测条件的选定1．频率的选择频率高的超声波、波长短、声速指向性好,因而分辨率高,发现小缺陷的能力强。但频率高超声波在介质同中传播时衰减较大,因此探测大厚度试件离表面较深处的缺陷,应采用较低频率的超声波。材料的晶粒越粗大,声波的衰减也越强烈。对于具有粗晶粒组织的材料,应采用更低频率的超声波。2．探头的选择小晶片探头在近场范围内声速窄,有利于缺陷定位,适宜于小厚度的器件探伤。大晶片探头的发射能量大,扩散角小,扫描空间大,发现远距离小缺陷的能力高。中等厚度的钢板探测,一般采用φ14mm探头。3．声耦合条件探头和试件表面之间的空气间隙,严重阻碍超声波的传播。为了排除空气间隙、探伤时探头和试件之间涂上液体偶合剂。通常用机油作耦合剂,它无毒、无腐蚀作用,而且取材方便。试件表面光洁度会明显影响耦合情况。探伤前应注意检查试件表面。其它光洁度一般不应低于4,但过高光洁度、会提高制造成本,而且使探头移动困难。〔二缺陷位置的测定1．纵波探伤〔直探头探伤时,若试件厚度为d,缺陷波F在荧光屏上的水平刻度为1,底波B在荧光屏上的水平刻度为S〔如图e,则探测面到缺陷的深度为d1=<S1/S>d。2．横波探伤〔斜探头探伤时,若用一次波测定缺陷位置,应先在试件健全部位或在和试件同质同厚的试块上测出一次波声程〔如图f,声程S、板厚d、探头折射角三者之间的关系是：S=d/cos,这时荧火屏上显示的起始波和底角反射波之间的距离表示声程。然后把探头移到试件缺陷区、若缺陷和探头的距离超过一次波声程,可利用二次反射波、三次反射波……来测定缺陷位置。本实验采用一次波法测定缺陷位置。〔图e直探头探伤时缺陷定位〔图f一次波声程测定〔图g根据三角函数一次波法测得缺陷距表面深度h和缺陷到探头入射点的水平距离x可分别由下式计算：h=x=ky=式中：S1——缺陷至探头入射点的声程。K——探头K值,K=tg<为探头折射角>=参考资料：1.华南工学院梁启涵主编.焊接检验.北京：机械工业出版社2.李荣雪主编.焊接检验.北京：机械工业出版社换热器总传热系数的测定实验项目性质：设计性所属课程名称：化工原理计划学时：2学时一、实验目的及任务从传热单元操作的基本理论出发,学生亲自进行换热器实验操作,进一步理解传热的基本理论,掌握研究传热和换热器结构的方法和手段。本实验是以测定总传热系数K来研究和分析比较不同换热器传热性能和结构及其K的影响因素。通过本实验的学习,应达到以下目的：1.使学生掌握换热器的操作和总传热系数K的测定方法；研究流量大小对总传热系数的影响；并比较分析各类换热器的传热性能和结构。2.培养学生具有科学的思维方法、科学的工作态度和协作精神；3.对于设计性实验,初步学会设计测定不同种类换热器总传热系数K的实验方案；通过学生的独立设计,使学生对实验的研究方法和设计方案有较深入的理解；从而培养综合设计能力和大胆创新的思想。二、实验内容及要求本实验项目为设计性实验,由学生自行设计或选择恰当的换热器总传热系数K实验方案和装置,自己确定实验步骤,拟定实验方案,通过对测得的总传热系数K进行分析,最后得出实验的结论。具体要求如下：1.掌握传热研究的基本实验技能；2.对于设计性实验,初步学会设计换热器总传热系数K实验方案；3.熟悉常用传热实验设备和仪表的使用方法；4.掌握实验数据的处理及实验报告撰写；5.实验中存在的问题及解决方法,实验收获体会。三、实验条件本实验的实验装置及流程如图1、图2所示。装置一：列管换热器a.结构为单壳程双管程。壳程采用圆缺型挡板。传热管为铜管,管径10×1mm,有效管长290mm,管数14根,管外侧传热总面积为0.4m2。b.结构为单壳程单管程。管外侧传热总面积为1m2,壳体内径为150mm。冷流体〔水经转子流量计计量后进入换热器壳程,换热后排入下水道：热流体〔空气经转子流量计计量后进入换热器管程,换气后放空。装置二：套管换热器的内管长2000mm,内径17mm,壁厚1.5mm。热流体〔空气走内管,冷流体〔水走环隙。装置三：螺旋板式换热器,换热面积为1m2,冷热介质通道设计压力均为0.8MPa,设计温度均为200℃装置四：板式换热器,换热面积为1m2,冷热介质通道设计压力均为1MPa,设计温度均为150℃图1列管换热器图2套管换热器相关文献资料：[1]王志魁.化工原理.北京：化学工业出版社,1998[2]陈敏恒、从德滋、方图南.化工原理<上、下册>.北京：化学工业出版社,1999.6[3]郑旭煦、殷钟意.化工原理实验指导书.XX工商大学环境与生物工程学院,2002.7[4]杨祖荣主编.化工原理实验.北京：化学工业出版社,2004.四、实验设计及注意事项1.实验设计a．观察了解选择实验装置及流程,注意各温度计刻度划分情况。b．打开进水阀门,调节水流量到设计预定值。c．开启气泵,通过进气阀门调节流量到预定值,并打开加热开关,通过调压器控制电加热器,使流体被加热至某一温度。〔注意：对于不同换热器初始电压和终了电压不同。d．待流体入口温度稳定〔±1℃时,方可开始读取并记录冷、热流体的进、出口温度和流量以及泵出口的温度。各温度要读取3次,每次间隔1分钟,取3次读数的平均值做为本组的数据。e．实验结束,关闭加热电源和进水阀门,保持流体流量适当,以便将电加热器中的余热带走,避免将电热丝烧坏。待流体入口温度降至50℃以下的时关停泵。2.注意事项〔1必须保证蒸汽上升管路的畅通。且开启和关闭控制阀必须缓慢,防止管路截断或蒸汽压力过大突然喷出。〔2必须保证流体管路的畅通。五、思考题1.试比较不同装置总传热系数Ｋ值,并从中体会出K值主要受哪些因素影响。2.分析实验中如何提高测量温度值精度的方法。六、实验报告1.实验报告格式：自拟；2.实验报告内容：总传热系数K测定方案简述、方案简图、相关参数理论计算、实测数据、图表、实验结论等；3.分析讨论在实验过程中出现的问题；4.记录实验中使用的仪器的名称及型号,耗材名称及规格；5.实验心得与体会。精馏操作与塔效率的测定实验项目性质：设计性所属课程名称：化工原理计划学时：2学时一、实验目的及任务从精馏单元操作的基本理论出发,学生亲自进行板式塔实验操作,进一步理解蒸馏的基本理论,掌握精馏单元操作的研究方法和手段。本实验是以测定板式塔全塔效率来进一步理解t-x-y图,x-y图和理论板与全塔效率的概念；并观察了解流体流动状况。通过本实验的学习,应达到以下目的：1.使学生熟悉精馏的工艺流程和筛板塔的基本结构,掌握精馏塔的操作方法与调节,学会测定全塔效率；并观察了解流体流动状况。2.培养学生具有科学的思维方法、科学的工作态度和协作精神；3.对于设计性实验,初步学会选择合适装置设计测定全塔效率实验方案；通过学生的独立设计,使学生对实验的研究方法和设计方案有较深入的理解；从而培养综合设计能力和大胆创新的思想。二、实验内容及要求本实验项目为设计性实验,由学生自行选择恰当的板式塔实验方法和装置,自己确定实验步骤,拟定实验方案,通过对实验结果计算分析,最后得出实验的结论。具体要求如下：1.掌握精馏单元操作研究的基本实验技能；2.对于设计性实验,初步学会设计精馏单元操作实验方案；3.熟悉常用精馏单元操作实验设备和仪器仪表的使用方法；4.掌握实验数据的处理及实验报告撰写；5.实验中存在的问题及解决方法,实验收获体会。三、实验条件1.装置条件本实验装置有两套：〔一由筛板塔装置〔包括塔釜、15块筛板的塔体和塔顶冷凝器、加料系统、产品贮槽、回流系统以及仪表控制柜等组成,其流程如图1所示。利用该装置可以设计实验通过测得塔顶回流液和塔底釜液浓度计算出理论塔板数。图1图2〔二主要由试验塔为986×348×455mm3的矩形有机玻璃塔〔两块塔板,氧气瓶,填料吸收塔,泵,风机,溶氧仪,气体和液体转子流量计,水箱及其他测量仪表构成,流程图如图2所示,利用本套装置可设计实验通过测得溶氧浓度以测定单板效率,全塔效率,并观察流体流动状况〔鼓泡,泡沫,喷射,液泛,雾沫夹带等和测量流体力学性能指标〔雾沫夹带量,漏液量,板压降等2.相关文献资料[1]王志魁.化工原理,北京：化学工业出版社,1998[2]陈敏恒、从德滋、方图南.化工原理<上、下册>,北京：化学工业出版社,1999.6[3]郑旭煦、殷钟意.化工原理实验指导书,XX工商大学环境与生物工程学院,2002.7[4]杨祖荣主编.化工原理实验.北京：化学工业出版社,2004.四、实验设计及注意事项1.实验设计首先熟悉整个实验装置的结构和流程,然后设计实验步骤。对于装置<一>：a.检查塔釜中的料液量是否适当〔釜中液面必须浸没电加热器,在液位计上有一标线指示。塔釜中料液的乙醇浓度为5%〔V左右；b．通电加热釜液〔按精馏塔控制柜操作规程进行。开始时可快些,可用两支加热器一起加热,并将加热器的电压调到额定值〔220V。在等待升温的过程中,按照全回流操作的要求〔不出产品,不进料,不排釜液检查各阀门的开闭状态是否适当；c．当灵敏区温度上升时,打开塔顶冷凝器的冷却水阀门,调节冷却水量不必很大,使蒸汽不从冷凝器的放空管喷出即可；d.进行全回流操作。注意调节加热量,控制灵敏区温度不要超过80℃,并使塔釜压力不要超过25×102Pa。待回流量、灵敏区温度、塔釜压力等参数达到稳定并保持15分钟后,即可取回流液和釜液进行浓度测定,并记录取样时的各操作参数。e.停止塔釜加热〔按精馏塔控制柜操作规程进行。待塔板上不再鼓泡时,将塔顶冷凝器的冷却水阀门关闭。注意事项：测定浓度使用酒精计时。因为酒精计是在20℃时进行标定的,所以对测得的浓度进行温度换算,这时要注意被测液的温度应在换算表所列出的温度范围内,否则将无法进行换算；对釜液则要冷却到2对于装置〔二通过吸收塔将一定氧浓度的水〔富氧水经由吸收塔顶进入试验塔上层降液管内,空气由风机鼓入试验塔下部,气液两相经各级塔板完成浓度梯度变化。注意事项：a.开泵时,注意先将出水阀关闭,待开机后片刻再慢慢打开出水阀,防止损坏泵体。关闭时要先关闭供水泵,再断电停机；b供氧系统在输送氧气时,要先将减压阀旋出<即关闭氧气瓶出口阀>,然后,旋松顶端阀门,氧气经出口阀输送至吸收塔底。在停氧时,先关闭入吸收塔的接口阀,然后,关闭氧气瓶出口阀,防止塔2内的液体倒流进流量计；c试验塔在工作时,各箱体连接螺栓要拧紧,防止漏气、漏液。测量塔内参数时,要待稳定后测量。五、思考题1.什么是全回流?全回流操作特征有哪些？在生产中有什么实际意义？2.全回流操作时,塔内轻组分存液量的多少,为什么要控制在某一个范围？3.为什么要控制塔釜液面？它与物料、热量和相平衡有什么关系？塔釜加热情况对精馏塔的操作有什么影响？怎样维持正常操作？你认为塔釜加热量主要消耗在何处？与回流量有无关系？4.什么叫做"灵敏板"？六、实验报告1.实验报告格式：自拟；2.实验报告内容：精馏塔全塔效率测定方案简述、方案简图、相关参数理论计算、实测数据、图表、实验结论等；3．分析讨论在实验过程中出现的问题；4．记录实验中使用的仪器的名称及型号,耗材名称及规格；5.实验心得与体会。搅拌反应器性能实验实验项目性质：设计性所属课程名称：过程设备设计计划学时：2学时一、实验目的1.掌握流体搅拌功率的测定技术与计算方法；讨论影响流体搅拌功率的主要因素；分析转速、粘度等参数对搅拌流动特性的影响；初步学会设计搅拌反应器性能实验方案；通过学生的独立设计,使学生对实验的研究方法和设计方案有较深入的理解,从而培养学生的动手能力和创新能力。二、实验原理1.搅拌功率是指搅拌器以一定转速进行搅拌时,对液体做功并使之发生流动所需的功率。测试搅拌功率的目的,一是用于设计或校核搅拌器和搅拌轴的强度和刚度,二是用于选择电机和减速机等传动装置。第三是判断搅拌功率是否达到作业功率的要求。影响搅拌功率P的因素很多,主要有以下四个方面：搅拌桨的和搅拌容器的几何参数；搅拌桨的运动参数〔转速n；搅拌流体的物性参数〔密度ρ、粘度μ；重力加速度〔g。根据上述主要影响因素,搅拌功率P可表达为如下函数关系：P=f〔n,d,ρ,μ,g此函数关系可表述为指数函数：P=K·na·db·ρc·μd·ge=Kρn3d5<μ/ρnd2>d<g/n2d>e用因次分析法,整理后可得：Np=KRexFry〔1φ=Np/Fry=KRex〔2以上各式中：d―搅拌桨直径,m；n―搅拌转速,s-1；ρ—密度,kg/m3；μ—粘度,Pa·s；K—几何尺寸总形状系数,无因次；P—搅拌功率,W；a,b,c,d,e—指数,其中：x=-d,y=-e；Np—功率准数,其计算式Np=P/ρn3d5〔3Re—雷诺准数,用以表征液体流动状态,其计算式Re=d2ρn/μ〔4Fr—弗鲁德准数,用以表征重力影响,Fr=n2d/gφ—功率因素,φ=Np/Fry当Re≤10,层流区；没有打漩现象,Fr可略,即y=0,x=-1,则P=Kμn2d3当10＜Re＜104,过渡区；情况较复杂,可查阅有关专著。当Re＞104,湍流区；为清除旋涡,采用全档板,Fr可略,则P=Kρn3d5〔3图1搅拌实验装置双对数坐标的功率曲线的有关表达,参阅化工2002版《过程设备设计》图1搅拌实验装置三、实验装置及主要仪器1.搅拌实验装置如图1所示,包括100L电加热反应釜、减速机、微能变频器、搅拌电机、电加热器。2.搅拌实验数据测试系统扭矩传感器、转速PB系列扩散硅压力变送器数字式温度显示调节仪、密度计、粘度计等。四、实验设计及注意事项1.实验设计由式〔3可知,ρ、n、d可以测得,故计算搅拌功率的关键是求得功率准数NP。功率准数NP的影响因素包括四方面：即搅拌器的几何尺寸,搅拌容器的结构,搅拌介质的特性和重力加速度等。前面已经通过因此分析法得到NP=f<Re>,可见通过改变雷诺数Re,可以测得功率准数NP与雷诺数Re之间的关系,将此关系绘于双对数坐标上即得功率曲线,有了搅拌装置的功率曲线就可以求得该装置任意转数和粘度下的搅拌功率。现有搅拌装置实验系统能够测量搅拌轴的扭矩、转速、介质的密度、粘度、温度等,搅拌装置几何尺寸已知,根据现有实验条件设计实验方案,以测定搅拌反应器的功率曲线。2.注意事项事先了解功率曲线的特点,范围等,尤其应注意曲线的曲率变化比较大的地方及拐点等地方的雷诺数Re的大概范围,使得设计实验方案时心中有数。规划好实验点的数量及间距,曲率变化大的地方及拐点处可以多安排一些实验点,以使得功率曲线能够准确地描绘出来。预先了解搅拌装置的结构和测试系统,知道那些参数变化和测试容易,那些参数变化和测试不容易,尽量安排易变参数的改变,以提高测试的效率和准确度。转速的变化通过变频调速改变,比较好操作,也容易实现；粘度的改变通过温度的改变加以实现,需要加热一段时间才能达到设定的温度。加热时尽量放在自动加热档,只要设定好了温度值,不会过热,可以始终保证温度不变；如果是手动加热,则务必不能离开人,否则因加热过载,温度过高,甚至可能发生爆炸。五、实验步骤1.清理搅拌容器,使容器内无杂物。2.测定搅拌容器和搅拌浆的几何参数。向搅拌容器内注入流体,保证容器内流体无杂物。测量搅拌浆与流体表面的距离。测量流体液面高度。测量容器内流体的密度和温度。测量容器内流体的粘度。确认搅拌浆安装可靠,观察搅拌装置有无异常。在确认开机安全的情况下,接通电源,整机预热5分钟。按照设计好的实验方案,在控制柜上输入所需温度。按照设计好的实验方案,在控制柜上输入所需转速,转速的设定要从小开始。刚开始,转速旋钮调到零,慢慢旋到所需转速,使搅拌平稳。电机转动；读出实验扭矩并记录实验扭矩和转速。取样测定介质的温度、密度等。改变实验转速和温度,并重复步骤10、11。实验完成后依次关门电源开关,清理实验现场。整理数据并根据因次分析理论,在双坐标图上建立功率准数Np〔或功率因数、雷诺准数Re变化的关系曲线即功率曲线。六、实验数据与处理将实验中所记录的原始数据填入下面的表格中。数据记录表1桨型描述搅拌容器描述液面高度浆与液面的距离数据记录表2序号实验转速扭矩〔N.m温度℃粘度mPa.s密度Kg/m3rpm〔s-1七、实验报告1.判断搅拌浆所属的的基本流动类别；了解搅拌转速、粘度等对搅拌流场的影响；测定搅拌容器和搅拌浆的几何参数,搅拌浆的运动参数和影响搅拌功率的物性参数；测量搅拌功率；根据因次分析理论,在双坐标图上建立功率准数Np〔或功率因数、雷诺准数Re变化的关系曲线—功率曲线。八、思考题了解搅拌转速对搅拌功率有什么影响？粘度等对对搅拌功率有什么影响？雷诺准数对搅拌功率有什么影响？附：双对数坐标碳钢极化曲线测定实验项目性质：设计性所属课程名称：化工装备腐蚀与防护计划学时：4学时一、实验目的及任务通过本实验的学习,使学生能从金属腐蚀的基本理论出发,学生亲自进行常见的金属腐蚀实验的操作,进一步理解金属腐蚀的基本理论,掌握金属腐蚀的研究方法和手段。本实验是以测定碳钢腐蚀极化曲线来研究和分析金属电化学腐蚀的腐蚀机理、腐蚀速度。通过本实验的学习,应达到以下目的：1.使学生掌握电化学腐蚀测试方法的基本操作技术,使学生了解电化学腐蚀的成因和机理；2.培养学生具有科学的思维方法、科学的工作态度和协作精神；3.对于设计性实验,初步学会设计电化学腐蚀实验方案；通过学生的独立设计,使学生对实验的研究方法和设计方案有较深入的理解；从而培养综合设计能力和大胆创新的思想。二、实验内容及要求本实验项目为设计性实验,由学生自行设计或选择恰当的电化学腐蚀实验方法和装置,自己确定实验步骤,拟定实验方案,通过对碳钢极化曲线进行电化学解析,最后得出实验的结论。具体要求如下：1.掌握腐蚀实验室研究的基本实验技能；2.对于设计性实验,初步学会设计电化学腐蚀实验方案；3.熟悉常用电化学腐蚀实验设备的使用方法；4.掌握实验数据的处理及实验报告撰写；5.实验中存在的问题及解决方法,实验收获体会。实验条件1.仪器设备条件PAR2273腐蚀电化学测试系统,corrTest电化学系统,电解池为三电极电化学测试体系,辅助电极为25mm×25mm的铂片,参比电极为饱和甘汞电极〔SCE。2.物质条件实验中所用铁电极为碳钢。〔处理方法：加工为直径6mm,高为5mm的小圆柱体,真空炉中900℃退火8小时,随炉降至室温,消除铁电极的晶体缺陷。电极用环氧＋固化剂〔顺丁烯二酸酐,比例为100:25～30,温度为130～140℃,恒温8小时或用松香＋石蜡〔比例1:1。电极表面依次用400＃,800＃水砂纸在预磨机上打磨。然后用丙酮清洗电极表面除油。放置在干燥器中备用。溶液为HCl溶液或NaCl溶液〔浓度自定及HCl〔浓度自定+0.3%3.注意事项实验前,应预先做电位时间曲线Ecorr－t,从Ecorr－t曲线可知电极在何时稳定,这样每次实验前必须将电极浸泡在实验体系中一段时间直至电位稳定,可以进行实验,为节省时间可预先进行这个准备实验。4.相关文献资料[1]高护生.腐蚀与防护.XX：XX科学技术出版社,1994[2]曹楚南.腐蚀电化学原理.北京：化学工业出版社,2004[3]曹楚南.腐蚀试验数据的统计分析.北京：化学工业出版社,1988[4]宋诗哲.腐蚀电化学研究方法.北京：化学工业出版社,1994[5]E.海兹等著,曹楚南等译.腐蚀实验指南.北京：化学工业出版社,1991[6]corrTest电化学系统使用说明书[7]PAR2273腐蚀电化学测试系统使用说明书实验设计及注意事项1.实验设计一般地,碳钢极化曲线测定可以利用动电位扫描,测量材料在不同介质中的极化曲线。扫描可从阴极极化开始,根据参比电极回路的阻抗,可以打开恒电位仪设置中的模拟低通滤波和数字滤波,延迟时间可设定为10～30秒。在动电位扫描中可以设置初始电位：-100mV,终止电位:100mV〔均相对开路电位,扫描速率为0.5mV/s。先在一定溶液中测量一条极化曲线,随后改变不同浓度后,在相同的测试条件下重新进行动电位扫描,然后利用参数拟合中的弱极化区拟合方法来计算不同浓度下的腐蚀速率。通过软件,您可将所有数据文件读入,并绘制在一幅图形,然后经剪贴板将图形粘贴到Word文档中。需要测量的数据大致有：腐蚀速率<mm/a>、腐蚀电流icorr<A/cm2>塔菲尔斜率ba<V>、塔菲尔斜率bc<V>、自然电位Eocp<V>。说明：不管是corrTest电化学系统还是PAR2273腐蚀电化学测试系统,软件所计算出的结果极大地依赖于用户所选择的数据,另外错误的原始数据和不正确的实验方法均可能引起较大的偏差,用户必须拥有足够的电化学和腐蚀方面的知识来确认计算是合理的。2.电解池连接注意事项连接电解池——将工作电极、辅助电极插入电解池内,参比电极应放入套式盐桥内。盐桥的连通过程如下：a.先通过洗耳球从乳胶管口将待测溶液吸入到盐桥内的环形空间内,并充满之。b.取约3ml饱和KCl溶液到注入到盐桥的内套管内。c.将参比电极先插入有乳胶管中,然后一起塞入盐桥的内套管,并使之紧密〔可将乳胶管反向卷起再赛入玻璃套管,通过负压使内孔溶液不致通过多孔砂芯泄漏。约1～3分钟后,内外溶液经多孔陶瓷连通,并形成电回路。整个装置如图1所示。将电极插头的黑色护套夹〔工作电极与研究电极,红色护套夹与辅助电极〔即白金电导电极的极板连接片相连,黄色护套夹与参比电极相连,电位测量选择开关置"参比",数字表显示即为参比电极相对于研究电极的开路电位。注意：如果内套管内溶液干涸,请注意及时补充,否则电路不通或阻抗过大,会引起严重的电流或电位振荡现象。另外,如果参比电极内KCl完全消失,也请及时补充固体KCl。注意事项：输出电流大于额定最大值时,仪器具有自动限流与短路保护功能,但不得长期处内置式盐桥于过电流状态。图1.电解池与电极的连接图思考题1.影响动电位扫描曲线精度的因素主要是什么？如何处理才能使得到精确的极化曲线；2.腐蚀速率计算的常用的方法有哪些？实验报告1.实验报告格式：自拟；2.实验报告内容：碳钢极化曲线测定方案简述、方案简图、相关参数理论计算、实测数据、图表、实验结论等；3.分析讨论在测试过程中出现的问题,主要将本组实验结果与其他组的数据进行比较并分析；由于本设计性实验要求：通过学生的实验设计,可以完成碳钢在不同介质环境中的腐蚀行为；通过学生设计不同的电化学实验方法,完成碳钢极化曲线的测定；再通过对碳钢极化曲线进行电化学解析,最后得出实验的结论。因此,不同组的实验设计〔仪器、介质、电化学实验方法不同,实验结果也就不同,要求学生能正确比较并分析。4.记录实验中使用的仪器的名称及型号,耗材名称及规格；5.实验心得与体会。不锈钢钝化曲线测定实验项目性质：验证性所属课程名称：化工装备腐蚀与防护计划学时：2学时一、实验目的1．了解金属耐腐蚀能力的评定方法,加深对孔蚀击穿电位,再钝化电位、环形阳极极化曲线等的理解；2．初步掌握用线性扫描仪进行动电位极化测量,熟悉恒电位仪,电化学信号发生器,X—Y函数记录仪及对数变换仪的使用方法；3．用实验的方法求出孔蚀电位、再钝化电位以及钝化区的工作电流。二、基本理论孔蚀是破坏性和隐患性很大的腐蚀形态之一,它使设备在失重很少的情况下,穿孔破坏,导致突发性事件。金属表面产生孔蚀的条件是其腐蚀电位达到或超过某一临界电位Ebr〔孔蚀电位此电位比过钝化电位低,位于金属的钝化区〔如右图所示。图1钝化曲线本实验采用动电位极化曲线法测出可钝化金属〔1Cr18Ni9Ti在腐蚀介质中的环状阳极极化曲线,以评定其耐腐蚀的能力。利用电化学信号发生器进行动电位阳极极化时,首先按一定的扫描速度,使电位逐步增大,当达到某一临界电位时,电流密度突然剧增,此临界电位既是孔蚀电位Ebr。当阳极电位越过Ebr继续增加到某一数值后,进行反方向电位扫描,电位降低,电流密度减小,最后与极化曲线的钝化区相交于P点,P点的电位Ep称为再钝化电位或保护电位,当电位高于Ebr时,钝化的金属表面将发生孔蚀；当电位低于Ebr时,钝化的金属表面不会产生新的孔蚀点,原有的腐蚀小孔也会停止扩展,整个金属表面重新保持钝化态；当电位处于Ebr和Ep之间时,原有的腐蚀小孔继续扩展,但不会产生新的孔蚀点。因此Ep和Ebr是表征金属或合金耐孔蚀倾向的特征电位。Ebr反映了钝化膜破坏的难易,是评价钝化膜的保护性与稳定性的特征参数,Ebr越是正值,金属的耐腐蚀能力越强；Ep则反映了孔蚀重新钝化的难易,是评价钝化膜是否容易修复的特征电位,Ep越是正值〔与图1钝化曲线说明：Ep和Ebr的具体数值,受实验条件的影响很大。对于同一腐蚀体系,随着扫描速度不同,以及开始向回扫电流值Ic的不同,将得到不同的Ep和Ebr。三、实验装置图2电解池与电极的连接图1.辅助电极〔Pt电极；2.参比电极〔内充饱和KCl溶液的甘汞电极；3.研究电极；4.饱和KCl溶液；5.3.5%NaCl溶液；6.盐桥〔饱和KCl溶液四、实验准备1．试件制备有游标卡尺量出不锈钢试件的几何尺寸,用细砂纸打磨试件工作表面,研磨光亮后用丙酮去油污,再用蘸有无水乙醇的脱脂棉擦试,滤纸吸干,即可做为研究电极浸入极化池内。2．溶液配置配置3.5%NaCl溶液500ml,饱和KCl溶液500ml,分别注入1000ml的烧杯内。3．仪器准备〔按装置图所示连好各仪器〔1开机预热30分钟后,将信号发生器"超低频波形"接线柱与恒电位仪"外控输入"接线柱连接起来,信号发生器"┻"接线柱与恒电电位仪的"┻"接线柱连接起来,恒电位仪应置"自然"档；〔2将"阶高选择"开关置"线性"档,"输出选择"置"终点"档,调节"终点电位"使"终点电位"等于研究电极自然电位〔恒电位仪的"电位测量"开关置"参比"档,可以测得研究电极的自然电位。"扫描速度"开关置"104mv/s"档。将"超低频波形"置"V"档,按"负扫"按钮,当超低频信号输出电位达到"起扫电位"预调值时停止扫描。〔3将"输出选择"开关置"上限"档,调节"上限电位"电位器使上限电位等于-8V；将"输出选择"置"下限"档,调节"下限电位"电位器使下限电位为+3.5V。〔4将"输出选择"置"终点"档,调节"终点电位"电位器,使"终点电位"预调值达到要求值。完成上述步骤后,将"输出选择"开关置"信号"档,否则没有扫描信号输出。五、实验步骤1．试件制备用游标卡尺量出碳钢试件的几何尺寸,用细砂纸打磨试件工作表面,研磨光亮后用丙酮去油污,再用蘸有无水乙醇的脱脂棉擦试,滤纸吸干,即可做为研究电极浸入极化池内。2．溶液配置配置3%NaCl溶液500ml,饱和KCl溶液500ml,分别注入1000ml的烧杯内。3．仪器准备〔按装置图所示连好各仪器〔1开机预热5—20分钟后,使温漂处于最小状态。〔2连接电解池——将研究电极、辅助电极、参比电极分别与恒电位仪上的相应接头连接。将盐桥充满饱和KCl溶液后放入配制好的3.%NaCl溶液和饱和KCl溶液烧杯中。3分钟后,电解池形成电回路。4.测量〔1测自然电位将仪器面板,""工作方式"置"恒电位","控制模式"置"面板,"电位量程"置"2v","电流量程"置"20mA","极化状态"选择开关置"自然"档,"记录输出"的电流和电压端分别接人记录仪的"X"和"Y1"输入端。"工作选择"置"自然",这时恒电位仪虽已接通电源但电解池的极化回路并未接通,电位测量"再置于"参比"档,3~5分钟后,电位表指示的电位就是研究电极相对于参比电极的自然电位Ecorr。〔2测极化曲线先把工作电源置"自然"档,再将"电位测量"置于"给定"档,电位表指示给定电位,即为选择的研究电极相对于参比的电位。通过调节"恒电位粗调"和"恒电位细调"将电位调至自然电位Ecorr值。然后,将"工作电源"置于"极化",这时仪器进入恒电位极化状态。调节"恒电位粗"和"恒电位细调"可得到不同电位下的稳态电流,记录各电位值及对应的分贝值〔电流。当电位接近电位上限时,极化电流达到最大值,反方向调节电位至自然电位,然后逐步减小电位值,直到负相电流达到最大值为止。同时记录各稳态电位值、电流值及相应的分贝值。注意：实验结束,"工作电源"应置于"自然"档,然后关机。振动测量实验项目性质：演示性所属课程名称：过程装备监测及处理计划学时：2学时一、实验目的1．学会用里莎茹图形法测量信号振动频率的方法。2．掌握用振动计测量振动体振动的位移、速度、加速度的方法。二、实验原理1．法国科学家JulesLissajous1875年在法国巴黎科学院发表论文,阐述了运动方向互相垂直的两个简谐振动合成的运动轨迹,称为里沙茹图形。只要在示波器的X轴、Y轴分别加上简谐振动信号〔转换成电信号,示波器的荧火屏上便可显示出合成的运动轨迹。用数学方法说明如下：在示波器的x轴和y轴同时输入两个信号当时,消去上式中的参量t,即可得当时,此式是一个椭圆方程,合成图形是一个椭圆。当时,合成图形不再是椭圆,但是,随着值的不同,合成图形呈现不同的形状,若合成图形与y轴的交点数为m,与x轴交点数为n,则频率比为,不同频率比时的里沙茹图形如下：根据此图形,可以由已知简谐振动的振动体的频率来确定另一个未知简谐振动的振动信号的频率。2．压电传感器是利用压电材料的压电效应来实现信号转换的。即当有力作用于压电材料时,压电晶体两表面就有电荷产生、电荷量和压力成正比,因此,它可测量的基本参数是力,但也可测量能变换成力的参数,如速度、加速度、位移等。由于传感器固接于待测物上,因而受到同样的振动,物体振动时由于惯性质量会对传感器压电材料产生一个与加速度成正比的惯性力,从而使其产生电荷,这就是压电加速度传感器的工作原理。振动计被测机械量=例如：模式量程表头指示值机械量加速度160.6m/s速度322.0mm/s位移166μm位移10660μm三、实验装置图振动计振动体振动计振动体示波器示波器XY2y未知振动信号信号发生器功率放大器未知振动信号信号发生器功率放大器四、实验步骤1．熟读实验指导书。2．按实验装置图连接各仪器。3．调节示波器,功能选择置x-y。4．手动改变信号发生器频率输出,使示波器屏幕显示不同频率比时的里沙茹图形,并由已知振动体振动频率,来确定未知信号的振动频率。5．用振动计测量不同情况下的振动体的位移、速度、加速度大小。五、实验要求1．了解掌握实验仪器的使用方法。2．通过实验验证里沙茹图形法。3．用振动计测量振动体的位移、速度、加速度的大小。临界转速测量实验项目性质：验证性所属课程名称：过程装备监测及处理计划学时：2学时一、实验目的通过实验与计算的方法验证临界转速的存在,直观理解临界转速的概念,观察转子转动时的振动图形。二、基本原理临界转速产生的原因。高速回转的机械转子,由于受材质、加工及装配等方面的影响,不可能作到"绝对平衡",其质心与轴心之间总存在一偏心距e。由于重心和回转中心的偏差,将产生不平衡的离心力,使轴产生挠度y。转速增加,挠度y也增大。当时,系统产生共振,挠度y反而减小。,y=-e,系统振动最小,转子达到自动对中。三、测试原理应用非接触涡流传感器,将转子在水平方向和垂直方向产生的振动振幅信号分别输送到位移振幅测量仪的Ⅰ路、Ⅱ路输入,经过放大在显示屏上显示振幅值〔m,并由测振仪的Ⅰ路、Ⅱ路输出端分别接入示波器和相位计的输入端,直观的观察振动图形及相位变化。通过调压器改变电动机转速,用数字式转速表可直接读数测得转速。四、计算公式及测定参数系统简图如下图所示：轴的临界转速为：其中：N/m式中：E—轴材料的弹性摸量N/cm2J—轴的惯性矩1．测量结果：d=cmb=cmm=KgL=a+bcm2．计算结果：J=cm4K=N/mNe=r/min五、实验装置图3实验装置示意图实验装置：由调压器、试验台底座、电机、含油轴承支座、接油盘、传感器支