化工原理实验

化工原理实验

星期四上午实验（一大组第一次做第一个实验，二组做第二个，依次）第二次实验交换一组做第二个实验，二组做第三个实验，三做实验四，四组做第一个实验。以后依次推即可

攀枝花学院生物与化学工程学院实践教学中心编制

2007年6月25日

实验报告格式

1．实验题目、日期及同组人员；

2．实验目的及原理；

3．实验流程图及设备规格、型号说明；

4．实验步骤；

5．实验原始数据以表格记录形式表示；

6．以一组实验数据为例进行典型计算；

7．计算数据及结果数据以列表表示；

8．实验结果以图表或关系式表示，并得出结论；

9．对结果的评估讨论、误差分析及实验改进的建议等；

10.回答思考题。

实验一流体力学综合实验

一、实验目的

1.测定水在管道内流动时的直管阻力损失，作出λ与Re的关系曲线；

2.测定水在管道内流动时的局部阻力损失，测量和计算全开下截止阀的

局部阻力系数ζ或当量长度l e；

3.测定一定转速下，离心泵的特性曲线；

二、实验原理

1. 摩擦阻力系数λ～Re

流体在管道内流动时，由于内摩擦力的存在，必然有能量损耗，此损耗能量为直管阻力损失。在流经阀门、管件时，由于流道方向或大小的改变，造成流体的剧烈湍动，造成的能量损失称为局部阻力损失。根据柏努利方程，对等直径的1、2两截面间的直管阻力损失为：

l

u

ρ , μ

1

2

d

图1 直管阻力测量原理示意图

ρ

p

h f ∆=

（1）

由因次分析法得

2

2

u

d

l h f ⋅

⋅

=λ （2）

μ

ρ

⋅⋅=

u d Re （3）

⎪⎭

⎫

⎝

⎛=d f ελRe,

（4）

式中： h f − 直管阻力损失 (J/kg)； λ − 摩擦阻力系数；

l 、d 、ε − 直管的长度、管内径和绝对粗糙度 (m)； ∆p − 流体流经直管的压降 (Pa)；

ρ 、μ − 分别是流体的密度 (kg/m 3) 和粘度 (Pa ⋅s)； u − 流体在管内的平均流速 (m/s)。

由公式（2）可以看出，流体流动时的摩擦阻力损失与管道的长度成正比，与管道的直径成反比。流体的平均速度越高，阻力损失越大。利用公式（2）计算直管阻力损失时，需要知道不同雷诺数下摩擦阻力系数的值。穆迪图给出了

λ~Re 的关系曲线。本实验装置可以利用上面的公式来验证直管阻力损失计算，测定λ~Re 的关系曲线。

流体在长度和直径一定的管道内流动时，利用U 型管压差计实验测出一定流量下流体流经该长度管段所产生的压降，即可算得 h f ，利用公式（2）可得到

λ，根据流速和物性数据可按公式（5）计算出对应的雷诺数Re ，从而关联出 λ 与Re 的关系曲线。

改变实验管可得出不同粗糙度（不同材质直管）的λ 与Re 的关系曲线。 2. 局部阻力系数 ζ 和当量长度l e

对于由阀门或管件造成的局部阻力损失，可以用以下的公式计算： 当量长度法

2

2

u

d l h

e

f ⋅

⋅

=λ （5）

局部阻力系数法

2

2

u

h f ⋅

=ζ （6）

式中： h f − 局部阻力损失 (J/kg)； ζ − 局部阻力系数； l e − 当量长度 (m)；

l e

u

ρ , μ

1

2

d

图2 局部阻力测量原理示意图

测出一定流速时流体通过阀门或管件的压降h f ，就可利用公式（5）、（6）计算出对应的当量长度或局部阻力系数。 3.离心泵的特性曲线

离心泵的特性，可用该泵在一定转速下，流量与扬程，流量与功率以及流量与效率三种曲线表示，即)(1Q f H =，)(2Q f N =，)(2Q f =η曲线。若将H 、N 和η 对Q 间的关系分别标绘在同一直角坐标上所得的三条曲线，即为离心泵的特性曲线。

经离心泵输送的流量Q 由涡轮流量计测定。

如果水箱液面和离心泵入口高度相同，在水箱液面和离心泵出口压力表之间列出柏努利方程式，可确定水经离心泵所增加的能量（mH 2O ），此能量称为扬程

H ，其计算式为：

∑+

∆+

+

=

f

H g

u

g

p g

p H 22

ρρ真

表

其中 H — 离心泵扬程(mH 2O)；

p 表—离心泵出口表压(Pa)； p 真—离心泵入口真空度(Pa)；

ρ − 流体密度(kg/m 3)；

0≈∑f

H

离心泵的轴功率N （kW ）是指泵轴所消耗的电功率，实验采用功率表测定后，以下式进行计算。

传

电电ηη⨯⨯=N N

式中：N — 离心泵轴功率（kW ）； η电 — 电动机效率，近似取为0.75； η传 — 机械传动效率，近似取为0.95； N 电 — 电动机的输入功率，由功率表测定。 离心泵的效率η 是理论功率与轴功率的比值。即

N

N t =

η

而理论功率N t 是离心泵对水所作的有效功，即

102

ρQH N t =

（kW ）

三、实验流程和主要设备

1．综合流体力学实验流程