化工原理实验

四、思考题
1. 影响流动型态的因素有哪些？ 2. 有人说可以只用流速来判定管中流动型态，
你认为这种看法对否？ 3. 实验过程中，哪些因素对实验结果有影响？
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云南大学化学科学与工程学院
离心泵物性曲线的测定
杨项军
一、实验目的
采用单级单吸离心泵装置，实验测定在一定转速 下泵的特性曲线。通过实验了解离心泵的构造、安装 流程和正常的操作过程，掌握离心泵各项主要特性及 其相互关系，进而加深对离心泵的性能和操作原理的 理解。
（3）记取孔板流量计的压差计读数。
（4）从电压表和电流表上读取电压和电流值。
在泵的全部流量范围内，可分成8～10组数据进行测 量。
五、注意事项
实验完毕，应先将泵出口调节阀关闭，再将 调压变压器调回零点，最后再切断电源。
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套管换热器液一液 热交换系数及膜系数的测定
杨项军
实验时，逐渐分步调节泵出口调节阀。每调定一次阀的开启 度，待状况稳定后，即可进行以下测量：
（1）将出水转向弯头由分水槽的回流格拨向排水格同时， 用秒表计取时间，用容器接取一定水量。用称量或量取 体积的方法测定水的体积流率。（这时要接好循环水槽 的自来水源）
（2）从压强表和真空表上读取压强和真空度的数值。
四、实验注意事项
1. 实验前一定要将试验导管和测压管中的空气 泡排除干净，否则会干扰实验现象和测量的 准确性。
2. 开启进水阀向稳压水槽注水，或开关试验导 管出口调节阀时，一定要缓慢地调节开启程 度，并随时注意设备内的变化。
3. 试验过程中需根据测压管量程范围，确定最 小和最大流量。
4. 为了便于观察测压管的液柱高度，可在临实 验测定前，向各测压管滴入几滴红墨水。
4. 流量尽可能取大点，以使雷诺数能达到流量系 数成定值的区域。
四、思考题
1. 从实验结果绘制的 Re ~ C0关系曲线或 Re ~ Cv 关系曲线中，可以得什么结论？
2. 试分析讨论孔板流量计和文丘里流量计的 优缺点和适用范围？
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柏努利试验
韦群燕
一、实验目的
用柏努利试验仪，实验观察不可压缩体在 导管内流动时的各种形式机械的相互转化 现象，并验证机械能衡算方程（柏努利方 程）。
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液体流量测定与流量计校验
姚瑰妮
一、目的要求
流体流量的测定，包括不可压缩流体和可压缩流体两大类。 孔板流量计和转子流量计，既可用于测量不可压缩流体，
也可用于压缩液体。 对制作的流量计必须经过校验，标定出流量曲线或者求出
具体的计算式。 本实验采用自制的孔板流量计和文丘里流量计测定液体流
当
T1 Tw1 T2 Tw2
2
时，T
'm
T1
TW1 T2 TW 2 ln T1 TW1
(10)
T2 TW 2
当
T1 T2
Tw1 Tw2
2
时，T
'm
T1
T
w1 T2
2
Tw2
(11)
qV C0S0 2gR
2．泵的扬程
泵的扬程即总压头，表示单位重要液体从泵中所获得的 机械能。
若以泵的压出管路中装有压力表处为B截面，以及吸入管 路中装有真空表处为A截面，并在此两截面之间列机械能衡 算式，则可得出泵扬程He的计算公式：
3．泵的功率
He
H0
PB PA
g
u
2 B
u
2 A
2g
在单位时间内，液体从泵中实际所获得的功，即为泵的有效 功率。若测得泵的流量为qV，扬程为He，被输送液体的密
四、实验方法
在离心泵性能测定前，按下列步骤进行启动操作：
（1）充水。打开注水槽下的阀门，将水灌入泵内。在灌水 过程中，需打开调节阀，将泵内空气排除。当从透明端盖中 观察到泵内已灌满水后，将注水阀门关闭。
（2）启动。启动前，先确认泵出口调节阀关闭，变压器调 回零点，然后合闸接通电源。缓慢调节变压器至额定电压 （220V），泵即随之启动。 （3）运行。泵启动后，叶轮旋转无振动和噪声，电压表、 电流表、压力表和真空表指示稳定，则表明运行已经正常， 即可投入实验。
(2)
若△T1和△T2分别表示热交换器两端冷热流体之
间的温度差，即 T1 T1 T '1
(3)
T2 T2 T2 ' (4)
则平均温度差可按下式计算：
当 T1 T2
2时，
Tm
T1 T2 ln T1
T2
(5)
当 T1 T2
2
时，Tm
T1
T2 2
(6)
由（1）和（2）两式联立求解，可得传热总系数计算
离心泵特性曲线对离心泵的操作性能得到完整的概 念，并由此可确定泵的最适宜操作状况。
通常，离心泵在恒定转速下运转，因此泵的特性曲线是 在一定转速下测得的。若改变了转速，泵的特性曲线也 将随之而异。泵的流量qV，扬程He和有效功率Ne与转 速n之间，大致存在如下比例关系：
qV qV'
n； n'
He
H
度为，则泵的有效功率可按下式计算：
Ne qV H e g
泵轴所作的实际功率不可能全部为被输送液体所获得，
其中部分消耗于泵内的各种能量损失。电动机所消耗的功率
又大于泵轴所作出的实际功率。电机所消耗的功率可直接由
输入电压∪和电流I测得，即
N=UI 4．泵的总效率
泵的总效率可由测得的泵有效功率和电机实际消耗功
二、实验原理
1．泵的流量
泵的流量即泵的送液能力，是指单位时间内泵所排出的 液体体积。泵的流量可直接由一定时间t内排出液体的体积 V或质量m来测定。
qV
V t
(1)
或qV
m（2）
t
若泵的输送系统中安有经过标定的流量计时，泵的流量也可由 流量计测定。当系统中装有孔板流量计时，流量大小由压差计 显示，流量qV与倒置∪形管压计读数R之间存在如下关系：
' e
( n )2； n'
Ne
N
' e
( n )3 n'
图1 离心泵特性曲线
三、实验装置
图2 离心泵实验仪流程图 1、循环水槽； 2、底阀； 3、离心泵 4、真空表； 5、注水槽； 6、压力表； 7、调节阀； 8、孔板流量计 9、分流槽； 10、电流表； 11、调压变压器； 12、电压表； 13、倒置U形管压差计；
率计算得出，即
Ne
N
这时得到的泵的总效率除了泵的效率外，还包括传动 效率和电机的效率。
5．泵的特性曲线
上述各项泵的特性参数并不是弧立的，而是相互制 约的。因此，为了准确全面地表征离心泵的性能，需在 一定转速下，将实验测得的各项参数即：He、N、η与 qV之间的变化关系标绘成一组曲线。这组关系曲线称 为离心泵特性曲线，如图1所示。
改变流量重复上述操作，在允许流量最大范围 内，测取8组数据。
三、实验注意事项
1. 出水阀开启时一定要缓慢，以防压差计中指示 液被冲走；实验做完后先关出水阀再关电动机；
2. 管道和压差计连接管内不能有气泡，否则影响 测量准确度，一旦有气泡，一定设法要排除后， 才能进行测量；
3. 标定流量计时，最好由小流量到大流量，再由 大流量到小流量，重复两次，取其平均值；
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云南大学化学科学与工程学院
流体流动型态及临界 雷诺数的测定
姚瑰妮
一、目的要求
1. 实际观察流体在管内作层流、湍流流动时 的流动型态，并观察流体流动时的速度分 布规律。
2. 确立雷诺数与流动型态之间的关系，并测 出临界雷诺数的大小。
二、实验方法及简要步骤
实验前，先用自来水充满稳压溢流水槽，将适量示踪剂加 入贮瓶内备用，并排尽贮瓶与针头之间管路内的空气。
典型多媒体课件之三
化工基础实验
云南大学化学化工实验教学中心
云南大学化学科学与工程学院
化工基础实验教案
化工实验室
2007年3月
目录
➢ 1.液体流量测定与流量计校验 ➢ 2.柏努利试验 ➢ 3.流体流动型态及临界雷诺数的测定 ➢ 4.离心泵物性曲线的测定 ➢ 5.套管换热器液一液交换系数及膜系数的测定 ➢ 6.裸管与绝热管的传热实验 ➢ 7.填料塔液侧传质膜系数的测定 ➢ 8.反应精馏制取乙酸乙酯
用放风阀放去流量计内的空气，再少许开启转子流量计后 的调节阀，将流量调至最小值，以便观察稳定的流型，再 精细调节示踪剂管路阀至能观察到一条平直到蓝色细流为 止。
缓慢地逐渐增大调节阀大开度，使水的流速平稳地增大。 直至实验导管内直线流动地蓝色细流开始发生波动时，记 下水的流量和温度，以供计算下临界雷诺数值。
2. 稳压水槽保持少量溢流即可，不可过大，以免液面剧烈 波动而影响测试数据。
3. 在实验过程中，应随时注意稳压水槽地溢流水量。随着 操作流量地变化，相应调节自来水给水量，防止稳压槽 内液面下降或泛滥事故的发生。
4. 在整个实验过程中，切勿碰撞设备，操作时也要轻巧缓 慢，以免干扰流体流动过程的稳定性。实验过程有一定 滞后现象，因此，调节流量过程切勿操之过急，状态确 实稳定以后，再继续调节或记录数据。
继续缓慢地增加调节阀开度，使水流量平稳地增加至示踪 剂一进入实验导管，立即被分散呈烟雾状，这时表面流体 地流型已进入湍流区域，记下水的流量和温度数据，以供 计算上临界雷诺数值。这样实验操作需反复进行数次 （5～6次），以取得较为准确得实验数据。
三、实验注意事项
1. 蓝墨水的注射速度应与主体流速相近（略低些为宜）， 因此，随着流速低增大，需相应地调节蓝墨水注射流量， 才能取得较好地实验效果。
量，用直接容量法进行标定；同时，测定流量系数与雷诺 数之间的关系，并比较两种流量计的阻力损失。 通过实验可学习到液体流量的测定方法，流量计的使用方 法，也有助于巩固所学的流量知识。
二、实验方法及简要步骤
首先开电动机，再打开出水阀，控制一定流量 并达到稳定后，读取各压差计的示数，紧接着 把出水管切换到烧杯内，同时按秒表计时。达 一定时间后，将水再切换至排水槽，仔细测量 烧杯中水的体积并根据体积和时间计算出体积 流量和流速。
p1
1 2
u12
p2
1 2
u
2 2
hf
p1 u12 p2 u22
g 2g g 2g
Hf
当流体处于静止状态时，则又可简化为流 体静力学基本方程 ：
Z1
p1
g
Z 2
p2 pg
p2 p1 g(Z1 Z2 )
三、实验步骤
实验前，先缓慢开启进水阀，将水充满稳 压溢流水槽，并保持有适量溢流水流出， 使槽内液面平稳不变，设法排尽设备内的 空气泡。
图1 套管热交换器两端测试点的温度
若热流体在套管热交换器的管内流过，而冷流体在管外流过，设备 两端测试点上的温度如图1所示。则在单位时间内热流体向冷流体传递的
热量，可由热流体的热量衡算方程来表示 Q ms C p (T1 T2 )J s1(1)
就整个热交换而言，由传热速率基本方程经过数
学处理，可得计算式为：Q KATm J s1
1. 关闭试验导管出口调节阀，观察和测量液 体处于静止状态下各测试点（A、B和C三 点）的压强。
2. 开启试验导管出口调节阀，观察比较液体在流 动情况下的各测试点的压头变化。
3. 缓慢开启试验导管的出品调节阀，测量流体在 不同流量下的各测试点的静压头、冲压头和损 失压头。
4. 实验完毕，关水及收拾实验台。 5. 实验报告须验证伯努利方程及静力学方程。
一、实验目的
测定在套管换热器中进行的液一液热交换过程的传热总系 数，流体在圆管内作强制湍流时的传热膜系数。以及确立求算 传热系数的关联式。同时希望通过本实验，对传热过程的实验 研究方法有所了解，在实验技能上受到一定的训练，并对传热 过程基本原理加深理解。
二、实验原理
冷热流体通过固体壁所进行的热交换过程，先由热流体把热量传递给固体壁 面，然后由固体壁面的一侧传向另一侧，最后再由壁面把热量传给冷流体。换 言之，热交换过程即为给热——导热——给热三个串联过程组成。
通过实验，加深对流体流动过程基础本原 理的理解。
二、实验原理
不可压缩流体的机械能衡算方程，可根据以 下情况进行简化：
① 当流体为理想液体时，可简化为
gZ1
p1
u12 2
gZ2
p2
u22 2
(1)
Z1
p1
g
u12 2g
Z2
p2
g
u22 2g
(2)
• 该式即为柏努利（Bernoulli）方程。
② 当液体流经的系统为一水平装置的管道时， 则可简化为 ：
式： K ms c p T1 T2 (7)ATm就固体壁面两的给热过程来说，给热速率基本方程
为 ： Q a1Aw (T Tw ) Q a2 A'w(T 'w T ') (8)
根据热交换两端的边界条件，经数学推导，同理可得 管内给热过程的给热速率计算式
Q a1AwT 'm (9)
热流体与管内壁面之间的平均温度差可按下式计算：