化工原理实验讲义

化工原理实验

讲义

专业:环境工程

应用化学教研室

2015.3

实验一 流体机械能转化实验

一、实验目的

1、了解流体在管内流动情况下，静压能、动能、位能之间相互转化关系，加深对伯努利方程的理解。

2、了解流体在管内流动时，流体阻力的表现形式。 二、实验原理

流动的流体具有位能、动能、静压能、它们可以相互转换。对于实际流体， 因为存在内摩擦，流动过程中总有一部分机械能因摩擦和碰撞，而被损失掉。所以对于实际流体任意两截面，根据能量守恒有：

2211221222f p v p v z z H g g g g

ρρ++=+++

上式称为伯努利方程。

三、实验装置（d A =14mm ，d B =28mm ，d C =d D =14mm ，Z A -Z D =110mm ）

实验装置与流程示意图如图1-1所示，实验测试导管的结构见图1-2所示：

图1-1 能量转换流程示意图

图1-2实验导管结构图

四、操作步骤

1.在低位槽中加入约3/4体积的蒸馏水，关闭离心泵出口上水阀及实验测试

导管出口流量调节阀和排气阀、排水阀，打开回水阀后启动离心泵。

2.将实验管路的流量调节阀全开，逐步开大离心泵出口上水阀至高位槽溢流

管有液体溢流。

3.流体稳定后读取并记录各点数据。

4.关小流量调节阀重复上述步骤5次。

5.关闭离心泵出口流量调节阀后，关闭离心泵，实验结束。

五、数据记录和处理

五、结果与分析

1、观察实验中如何测得某截面上的静压头和总压头，又如何得到某截面上的动压头？

2、观察实验，对于不可压缩流体在水平不等径管路中流动，流速与管径的关系如何？

3、实验观测到A、B截面的静压头如何变化？为什么？

4、实验观测到C、D截面的静压头如何变化？为什么？

5、当出口阀全开时，计算从C到D的压头损失？

六、注意事项

1．不要将离心泵出口上水阀开得过大以免使水流冲击到高位槽外面，同时导致高位槽液面不稳定。

2．流量调节阀开大时，应检查一下高位槽内的水面是否稳定，当水面下降时应适当开大泵上水阀。

3．流量调节阀须缓慢地关小以免造成流量突然下降测压管中的水溢出管外。

4．注意排除实验导管内的空气泡。

5．离心泵不要空转和出口阀门全关的条件下工作。

实验二 流体阻力的测定

一、实验目的

1.学习直管摩擦系数λ的测定方法

2.掌握摩擦系数λ与雷诺数Re 之间的关系 二、实验原理

流体在圆管内流动时，由于本身具有黏性及涡流的影响，会产生摩擦阻力。流体在管内流动阻力的大小与管长、管径和摩擦系数有关，它们之间存在着如下关系：

2

2f L v H d g

λ=⋅⋅ (1)

对于管路的两截面有：

22

11221222f p v p v z z H g g g g

ρρ++=+++ (2)

如果管路水平并且粗细均匀，有：

12z z =,12v v =

则（2）式化简为：

12

f p p H g

ρ-=

（3） 采用倒U 型压差计测量压差，则有：

'11p gh p ρ=+；'22p gh p ρ=+ （4） 其中'p 代表压差计上方压强

将（4）代入（3）式中，则：

12f H h h R =-=（5）

综合（1）和（5）式，则有：

2

2dRg

Lv λ=

, Re dv ρμ= ；其中v q v A

=

三、实验装置

8号管：L=1.2m，d=0.015m；9号管：L=1.49m，d=0.010m；10号管：L=1.49m，d=0.0078m

图2-1 流体综合实验装置流程图

1-水箱；2-离心泵；3-功率表；4-变频器；5-涡轮流量计；6-文丘里流量计；7-局部阻力被测阀门；8-局部阻力测量段；9-直管阻力粗糙测量管；10-直管阻力光滑测量管；

11-切换阀；12-流量调节阀；13-转子流量计；14-流量调节阀

图2-2 倒U型压差计

四、实验步骤

1.打开电源总开关，启动泵前要检查各阀门的开关，尤其阀门12和阀门14应

关闭，以防止转子流量被损坏。

2.针对某一测试对象选择对应的流向导通阀，逆时针全开。

3.在进行阻力测定之前，应检查导压系统内有无气泡存在。

当流量为零时，打开A，A’两阀门，若空气-水倒置U型管内两液柱的高度差不为零，则说明系统内有气泡存在，需赶净气泡方可测试数据。

赶气泡的方法：将流量调至较大，打开阀门A，A’和C，C’，打开压力平衡罐的排气阀，使水完全充满管路，排出导压管内的气泡，将流量关为零，关闭A，A’，缓慢打开阀门D，通过打开B，B’让倒置U型管内的水流出再关D，判断倒置U型管内两液柱的高度差是否为零，若不为零，重复上述操作直至排净为止。

4.调节阀门14测取数据，顺序可从大流量至小流量，反之也可，由13号转子

流量计记录流量，通过倒U管测量h1,h2,管9和10各测量8组数据

5.待数据测量完毕，关闭流量调节阀，相关阀门，泵，切断电源。

五、数据记录和处理

以其中一组数据为例，写出v、Re、λ的具体计算过程

六、思考题

1、在圆直管内及导压管内可否存有积存的空气？如有，会有何影响？

2、讨论λ与Re 的关系（坐标上画出关系图）？ 七、注意事项

1. 启动离心泵之前，必须检查所有流量调节阀是否关闭。

2. 调节流量计阀门要缓慢，调节后应等待流量和直管压降的数据稳定后，方可记录数据。

3. 在计算时，要统一为国际单位制进行计算。

实验2-2 文氏流量计校正系数的测定

一、实验目的

1.了解文氏流量计的构造、工作原理和主要特点

2.测定文氏流量计校正系数Co 二、实验原理

文氏流量计流量计算式为：

0v q c a =因为12()i p p p gR ρρ∆=-=- 综合可以得到：

0v q c a =从而得到校正系数

0c =

其中v f

q K

=

式中f 代表涡轮流量计的频率Hz ，实验时Hz 小于120 K 代表涡轮流量计的仪表常数，77.842（s/l ） 2

004

d a π=

式中0d 代表喉管截面积，0.0195m