中南大学化工原理实验报告

目录

实验一、流体阻力实验..............................2

实验二、柏努利实验...............................19

实验四、对流传热实验.............................25

实验五、板框压滤机过滤常数的测定.................39

实验六、离心泵特性曲线实验.......................48

实验七、干燥实验.................................56

实验十、填料式精微塔的操作.......................71

实验十二、振动筛板萃取实验......................80

中南大学

化工原理实验报告

化学化工院院系专业班级

姓名学号同组者

实验日期年月日指导教师

实验一、流体阻力实验

一、实验目的

1.学习直管摩擦阻力4"人直管摩擦系数人的测定方法。

2.测定、对比光滑Dg40((p45x2.5mm)、Dg32、Dg20直管、q>18粗糙直管和

Dg8光滑管的阻力系数与雷诺数的关系。

3.测定弯头、阀门等局部阻力系数，与雷诺数Re之间关系。

4.测量流量计校正系数与雷诺数Re之间关系以及流速的几种测量方法。

5.掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。

二、实验原理

1.直管阻力与局部阻力实验

流体阻力产生的根源是流体具有粘性，流动时存在内摩擦。而壁的形状则促使

流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供了条件，流动阻力的大小与流

体本身的物理性质、流动状况及壁面的形状等因素有关。流动阻力可分为直管阻力和

2

局部阻力。

流体在流动过程中要消耗能量以克服流动阻力。因此，流动阻力的测定颇为重要。

从流程图可知水从贮槽由泵输入恒位水槽，再流经管道，经计量槽计量后回到水槽，

循环利用。改变流量并测定直管与管件的相应压差，即可测得流体流动阻力。

2.直管阻力磨擦系数人的测定

直管阻力是流体流经直管时，由于流体的内摩擦而产生的阻力损失hf。

对于等直径水平直管段根据两测压点间的柏努利方程有：

△PIM2

hf=-----=A•一•--

Pgd2g

2dAP

2=~

plu-

式中：I一直管长度（m）

d—管内径（m）

△P—流体流经直管的压强降（Pa）

u—流体截面平均流速（m/s）

p■一流体密度（kg/m3）

由式（1-1）可知，欲测定入，需知道I、d、（Pi-P21u、p等。

1）若测得流体温度，则可查得流体的p值。

2）若测得流量，则由管径可计算流速Uo

两测压点间的压降AP,可由仪表直接读数。

3.局部阻力系数《的测定

局部阻力主要是由于流体流经管路中管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等

局部位置时所引起的阻力损失，在局部阻力件左右两侧

3

的测压点间列柏努利方程有：

2

hf=­

p2

2Ap

即：2

pu

式中：<—局部阻力系数

△P—局部阻力压强降（Pa）

式（1—4）中p、u、AP等的测定同直管阻力测定方法。

22

Pl“2P2

gZi+-+—=gZ2+—+-

2P2P

4.文丘里流量计与孔板流量计

文丘里流量计和孔板流量计是应用最广泛的节流式流量计。当流体通过孔板或文

丘里时由于流道的缩小，使流速增加，即增加了液体的动能，从而降低了流体的势能，

利用压降的变化，可以测量流体的流速，根据柏努利原理，可以得到如下计算公式:

2Ap

Q=%A

式中：Q—流量计流量，m/s;

c。一流量系数，无因次;

A—喉管（孔口）的截面积；

P一流体密度，kg/m3;

/斤一压力差，Pa。

文丘里流量计的相关数据:

喉管直径：27mm流量系数%:0.99

孔板流量计的相关数据:

4

孔口直径:18.5mm流量系数%:0.78

其中％不仅与人。/4（孔口与管道截面积比）有关，而且还与孔板的结构形状、

加工进度、流体在管内雷诺数、取压方式以及管壁面的粗糙度等诸因素有关，所以只

能通过实验测定求得，才能利用公式得出流速、流量。

三、实验装置

实验装置：JK-LDZ流体流动阻力实验装置，湘潭金凯化工装备技术有限公司

1、光滑管有Dg40、Dg25、Dg20、Dg8,q）18Dg15粗糙管、管长2000mm,

测压点距离1500mmo

2、水泵型号为50SGR10-15型管道式离心泵，流量:10m3/h,扬程：12m,,

转速2800r/min,功率0.75KW。

3、弯头阻力管Dg25。突扩、突缩，内径分别为25mm变32mm,32mm变22mm。

4、差压测量：采用ZQ501差压传感器采集信号，电控箱仪表显示，精度:0.3%

FS,共六套传感器。

5、流量测量：涡轮流量计（单位m3/h卜文丘里流量计喉径，27mm、孔板流

量计孔径018.5mm。

6、显示仪表；差压显示采用智能数字显示报警仪，温度显示采用XMZA数显仪

表。

四、实验步骤

1.实验操作前先仔细阅读说明书，然后依次检查实验装置的各个部件，了解其

名称与作用，并检查是否正常。

2.向蓄水箱加水，测量并记录实验时的水温，关闭管路上所有阀门包括测压点

上的小阀门，待仪器运转正常以后再开启需要测量压差的测压点的小阀门。

5

3.打开所需实验的测量管路，接通电源，按下电源开关、按下离心泵启动开关

启动离心泵，缓慢调节离心泵出口阀门，如果突然开大流量会损坏涡轮流量计，

观察并记录实验数据，实验过程中用泵前阀调节流量，但流量不能调节得太小，

每调节一次流量待数据稳定以后方可记录。

4.若实验只需测量两至三组管路，可关闭其它管路中测压点的小阀门。在测量

管路压差要注意几点：差压传感器分高压端和低压端，传感器的H一端为高压

端、L为低压端，使用中如果仪表出现负数只需要将两端取压管互换即可。

5.实验过程中可以关闭不需要测量的测压点，只需关闭测压点上的小阀门即可。

这样一只差压传感器就可以测量几组测压点的压差了。

6.实验完毕以后注意断水断电。

五、实验数据及处理

(1)数据记录

1.直管阻力磨擦系数人的测定

①.(p25*2.5mm

Vs(m3/h

△P(KPa)Vs(m3/s)*10-3AIgAIgRe

)

0.023283

127.36.324951.75693-1.632954.93200

7

0.023749

224.25.896351.63788-1.624354.90152

0

317.64.998361.388430.024035-1.619144.82977

6

9

0.028985

413.74.015801.11550-1.537824.73471

5

0.0374354.65547

512.33.349200.930056-1.42671

75

0.056893

611.72.648900.735806-1.244944.55400

0

-0.99704

711.21.948200.5411670.1006834.42057

5

-0.61312

89.51.153260.3203500.2437104.19287

7

②.(p42*3.5mm

△P(KPa)Vs(m3/h)Vs(m3/s)*10-3AIgAIgRe

0.0131435.0988

16.216.25324.51478-1.88129

44

0.0143415.0374

25.114.11193,91997-1.84340

58

11.51830.0173064.9492

34.13.19953-1.76180

029

43.29.852402.736780.023221-1.733744.8814

7

04

0.0279824.7401

52.17.116441.97679・1.63411

46

0.0310494.6116

61.45.293201.47033-1.55311

22

0.0310494.4385

70.73.553210.987003-1.50795

22

0.0514934.1447

80.31.806420.501783•1.28825

22

2.局部阻力系数《的测定

Vs(m3/h

△P(KPa)Vs(m3/s)*10-3u(m/s)<igCigRe

)

6.32580.62493-0.204165.0269

112.58.656782.40466

5280

5.64590.64643-0.189474.9775

210.37.726322.14620

2922

5.01010.70933-0.149144.9256

38.96.856261.90452

4593

4.20110.73677-0.132664.8491

46.55.749201.57900

6465

8

3.54870.77842-0.108784.7758

54.94.856321.34898

0725

2.83140.92329-0.034654.6777

63.73.874791.07633

6699

2.03070.0475624.5334

72.32.779080.7719671.11574

845

1.33244.3504

81.51.823450.5065141.690200.227939

64

3.文丘里流量计与孔板流量计

①文丘里流量计

AP(KPa)Vs(m3/h)Vs(m3/s)*103cIgeIgRe

119.012.35873.432972.071480.3162805.09258

217.311.67013.241692.049910.3042765.06768

313.19.982232.772842.015000.3042764.99983

49.38.289012.302501.985840.2979444.91911

57.27.203302.000921.961330.2925504.85814

65.06.112581.697941.939860.2877714.78683

73.95.422831.506341.933230.2862854.73483

②.孔板流量计

9

Vs(m3/h

△P(KPa)Vs(m3/s)*10-3cigcIgRe

)

0.35981-0.443925.2567

1138.812.35873.43297

427

0.35394-0.451065.2318

2127.911.67013.24169

717

0.34325-0.464385.1640

398.59.982232.77284

442

0.33694-0.472435.0833

471.28.289012.30250

780

0.32928-0.482425.0223

556.37.203302.00092

922

0.31936-0.495744.9510

643.16.112581.69794

412

0.31667-0.499384.8990

734.55.422831.50634

742

以以上表格中数据2来计算

1.直管阻力磨擦系数人的测定

①.(p25*2.5mm

已知=999.7kg/m3=1.307710-3,Pa/s,d=0.020m,L=1.5m,

10

Vs1.63788xlO-3

u=­/-----=5.21352(mis)

%屋0.785x0.0202

dup

0.02x5.21352x999.7

Re=——=79711.80

1.3077xlO-3

2JAP2x0.020x24.2x1000

----------=-----------------------------------=0.0237490

plu999.7x1.5x5.213522

②,(p42*3.5mm

已知d=0.035,其他条件不变

Vs2.40466x10

M=-7—==4.07433(m/s)

0.785x0.022

dup

0.02x4.07433x999.7

Re=------==109014.89

1.3077x10~3

2dAP2x0.035x5.1x1000

A=----------=-----------------------------------=0.0143415

plu999.7x1.5x4.07433'

2.局部阻力系数《的测定

已知d=0.022m

Vs2.41620x10

----------------------=5.64592(阳/s)

0.785x0.0222

dup0.022x5.64592x999.7

Re=--------------------------------------=94955.25

-3

A1.3077x10

2AP2x10.3x1000

q=-r--------------------------=0.646439

pu999.7x5.64592

3.文丘里流量计与孔板流量计

11

①文丘里流量计

已知d=0.027m,Q=C.A

3.43297xlO

----------------------=5.99892(mis)

0.785x0.0272

dup0.027x5.99892x999.7

Re=116863.64

1.3077xlO-3

3.24169xlO-3

==2.04991

2x17.3x1000

0.785x0.0272x

999.7

②.孔板流量计

已知d=0.0185m

3.43297xlO7

—7—=------------------------=12.7778(zn/s)

o.785x0.01852

dup0.0185x12.7778x999.7

=170557.74

1.3077xlO-3

3.24169x10'3

=0.353947

2x127.9x1000

0.785x0.01852x

999.7

分别由lgA~lgRe、lg<~lgRe、lgc~lgRe作关系曲线:

£1

山山①

啰I

LUiu乙

Y^l

8T-

记

鸾头

0.32

5

0.31

1

0.3

5

0.30

0.3

5

0.29

0.29

5

0.28

0.28

Ige

流量计

文丘里

Ige

孔板流量计

根据处理结果可得：

(1)由图1知曲线方程为y=-0.6782x+3.7459,理论上用柏拉修斯公式表示则

为：y=-0.25x-0.4998,与理论较为接近

(2)由图2知曲线方程为y=-1.6466x+2.0201，理论上用柏拉修斯公式表示则

为:y=-0.25x-0.4998o

(3)由图3知曲线方程为y=2.1435x2-1.6069X+4.606，与理论值相差较大。

(4)由图4、5可以看出：c先随Re的增大而增大，到一定值后，就不随Re的

改变而改变，与理论相符合。

15

六、结果与讨论

(1)注意事项

1.注意实验一段时间后须清洗水箱，更换水质，避免污垢过多影响实验现象。

2.做完实验后的水应排入地沟，避免冬天因水温过低而冻裂水管。

3.定期检查各测压点有无漏气现象，更换乳胶管或者用尼绒扎带捆紧乳胶管与测压

点和测压管的接口。

(2)思考题

1.本实验用水为工作介质做出的入〜Re曲线，对其它流体能否适用？为什么？

答：适用于其他流体。因为光滑管的阻力系数人只与雷诺数Re有关,故对其他的流

体一样

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至必Pf的计算过程和公式是否与

水平管完全相同？为什么？

答：过程一样，公式相同，R值的计算结果不同。通式

R

P「。2=(PA-PB)8+PBSZ水平放置：Z=0,Pt-P2=(。4-Pn)gR，垂直放

置：Z=L(管长)p]-p2=(pA-pB)gR+pgL

3.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？

答：不能。因为人与有关，粗糙度或管径任何一个发生改变都会影响人的值。而Re

与流体的密度、粘度等有关，温度改变会引起密度、粘度的改变，所以会影响Re的

16

值。因此，在不同设备上（包括相对粗糙度相同而管径不同卜不同温度下测定的数

据不能关连在一条曲线上。

中南大学

18

实验二、柏努利实验

一、实验目的

1.研究流体各种形式能量之间关系及转换，加深对能量转化概念的理解；

2.深入了解柏努利方程的意义。

二、实验原理

1.不可压缩的实验液体在导管中作稳定流动时，其机械能守恒方程式为：

22

zig+—+—+We=z2g+—+—+^hf(1)

2P2p

式中：ul、u2一分别为液体管道上游的某截面和下游某截面处的流速，m/s;

P1、P2一分别为流体在管道上游截面和下游截面处的压强，Pa;

zl、z2一分别为流体在管道上游截面和下游截面中心至基准水平的垂直距

离，m;

p-流体密度，Kg/m;We—液体两截面之间获得的能量，J/Kg;

g一重力加速度，m/s2;Zhf一流体两截面之间消耗的能量，J/Kg。

2.理想流体在管内稳定流动，若无外加能量和损失，则可得到：

22

"hU2P2

ztg+——+——=z2g+—+——(2)

2P2p

表示1kg理想流体在各截面上所具有的总机械能相等，但各截面上每一种形式的

机械能并不一定相等，但各种形式的机械能之和为常数，能量可以相互转换。

3.流体静止，此时得到静力学方程式：

19

Pl

Z|g+-=z2g+-(3)

PP

所以流体静止状态仅为流动状态一种特殊形式。

20

三、实验装置及流程

试验前，先关闭试验导管出口调节阀，并将水灌满流水糟，然后开启调节阀，水

由进水管送入流水槽，流经水平安装的试验导管后，试验导管排出水和溢流出来的水

直接排入下水道。流体流量由试验导管出口阀控制。进水管调节阀控制溢流水槽内的

溢流量，以保持槽内液面稳定，保证流动系统在整个试验过程中维持稳定流动。

四、实验步骤

1.静止流体内部任一点压强的计算

定量测定流体内部任一点的静压强，操作方法同演示部分1o关闭出口阀门，根

据式（3）,只要测得乙、Z2高度，可求得PCo

2.流量一定，确定流体各截面静压能.

接演示部分，试验导管内流量达到稳定后，取一量筒和秒表，在导管出口，用体

积法测流量，并对压差计读数进行校核看是否与式（2）计算结果相等。

3.计算A、C截面的静压能，并与静止状态时静压能数值进行比较。

21

五、实验数据及处理

实验设备基本参数dl=30mm,d2=18mm

(1)数据记录

h2,hs,

t,S

序号hi,Pah4,Pah5,Pahe,Pah7,Pahs,PaV,ml

PaPa

28.8

1346034803450346034503460344034701000

0

19.0

2344034703410341034053510336034101000

9

17.6

3329033303280328032803290320032501000

1

(2)数据处理

V/t

一科

2M0.04910m!su=0.1364m/s

组1:由式计算得fl=2

选取截面CD为基准面

0.0491023.450Z10.33

7c11।尸37c

一人1V1J4J-84+Zg(J/Kg)

-。2占T丁2

2p21000

22

UP,0.13643.440/10.33

2」

E,—十AAUL-JJ.IJ\J1八占)

2p21000

V/t

u—

组2:由式7a计算得，”।=0.07412misu2=0.2059mis

22

px0.205923.440/10.33

E\=Z代+—+—=Zg+--------------+----------------------x101325=33.76+/Kg)

2P21000

U：P,0.0741223.410/10.33

4=Z2g+•—+—=z2g+----------------+----------------------x10132533.45+Z2g(J/Kg)

221000

u.0.0741223.405/10.33

+与---------+---------------------x101325=33.40(J/Kg)

P21000

0.205923.360/1O.33

--------------+----------------------x101325=32.98(J/Kg)

2P2100()

V/t

u

计算得ui=0.08035misu=0.2232mis

组3:由式2

选取截面CD为基准面

+城+乙0.223223.290/10.33

=Z2gZ2g++---------------------x101325=32.30+Z,g(J/Kg)

2