化工基础实验讲义 - 图文

基础化学实验（Ⅱ）

3. 化工原理实验

3.1 流体力学实验

3.1.1 流体流动之机械能转换测定 3.1.2 流体流动阻力测定 3.1.3 离心泵性能的测定 3.1.4 雷诺实验 3.1.5 转子流量计校准

3.2 传热实验

3.2.1 换热器传热系数的测定 3.2.2 冷水-热水传热实验

3.2.2 沸腾传热及无相变传热中对流传热系数的测定

3.3 传导实验

3.3.1 填料吸收塔吸收系数的测定 3.3.2 精馏塔的操作与塔效率的测定 3.3.3 板式塔流动特性实验

3.3.4 干燥曲线和干燥速率曲线的测定 3.3.5 液—液萃取塔操作

3.4 反应工程实验

3.4.1 脉冲响应法测定非均相反应器的停留时间分布 3.4.2 脉冲法测定连续搅拌釜式反应器停留时间分布 3.4.3 固体流态化的流动特性实验

3.4.4 串联连续搅拌釜式反应器转化率的测定

3.5 化工单元仿真实验

3.5.1 传热仿真实验 3.5.2 吸收-解析仿真实验 3.5.3 精馏仿真实验

3.5.4 流化床干燥仿真实验 3.5.5 萃取仿真实验

3.1 流体力学实验

实验 3.1.1 流动流体之机械能转换测定

一、实验目的

1．学习、掌握流动流体各种形式机械能相转换的测定方法； 2．以实验证实不可压缩流体的伯努利方程。

二、实验任务

测定不可压缩流体在静止及不同流速条件下各种形式机械能的相互转换。

三、实验原理

不可压缩流体在管道或明渠中作稳定流动时，单位质量流体在与流动方向垂直的不同截面间的总能量是由各种形式的能量所组成的，且不同形式的能量可相互转换，其转换规律可用机械能衡算基本方程表达。机械能衡算基本方程可表示如下：

2

p1u12p2u2

+=Z2+++∑hf (m液柱) (3.1－1) Z1+

ρg2gρg2g

此式即为著名的伯努利方程。 式中： Z——流体位压头

p

ρg

u22g

——流体静压头

——流体动压头

∑hf——流体在流动系统内因阻力造成的压头损失 下标1与2为和流体流动方向垂直的两个截面。 应当注意，式中Z、

p

ρg

、

u22g

与∑hf是有区别的，前三项是在某截面上流体本身所有

的能量，而∑hf则是指流体在两截面之间流动时由于流体内摩擦及流体与管壁相互摩擦所损耗的能量。

如果两截面间流体处于静止状态，则u=0；因此，自然没有阻力，即∑hf=0，于是式 (3.1-1)变成

Z1 +

p1p

=Z2 + 2 (3.1－2) ρgρg

上式与流体静力学基本方程无异。由此可见，伯努利方程式除表示流体流动的规律外，还表示了流体静止状态的规律，亦即流体静止状态只不过是流动状态的一种特殊形式。 当流体在管内流动时，若管内某一局部有障碍物(如测压管)存在，流体以流速u向测压管口流动，当流体到达测压管口时，因管内已充满了静止不动的流体，故管口处流体流速可

取为零，即流体的动压头转变为静压头了，所以在测压管口处测得的压头为流体的动压头与静压头之和，称为冲压头，hr，亦即hr=处流体的冲压头。

pρg

+

u22g。本实验每处测压管所测定的即为该截面四、实验装置及流程

本实验之装置如图3.1—1所示，主要是由实验导管、稳压溢流水槽和三对测压管所组成。

实验导管为一水平的变径圆管，沿程分三处设置测压管，每处测压管由一对并列的测压管组成，分别测量该截面处流体的静压头和冲压头。

流体由稳压水槽流入实验导管，途经内径分别为16、25及16毫米的管子，最后排出设备。流体流量由出口阀调节。流体流量需直接测定单位时间内流过的流体体积来确定。

4溢流口 450 mm 5 1进水口 3 2ABC

图3.1—1 流动流体之机械能转换测实验装置流程图

1．稳压水槽 2．试验导管 3．出口调节阀 4．静压头测量管 5．冲压头测量管

五、实验方法

1．实验前缓慢打开进水阀，使水充满稳压溢流水槽1，并保持有适量溢流水流出，令槽内液位保持不变；

2．打开实验导管出口调节阀3，排除实验系统内空气泡；

3．关闭实验导管出口调节阀3，观察并测量流体处于静止状态下各测压点(A、B和C点)的压头，即测压管内静压头与冲压头的水位高度；

4．缓慢开启实验导管的出口调节阀，定性地观察比较流体在流动情况下各测压点的压头变化；

5．缓慢开启实验导管出口调节阀，测定流体在不同流量下各测压点的静压头和冲压头。 实验过程中须注意几点：

(1) 实验前一定要将实验导管和测压管中的空气排除干净，否则会干扰实验结果和测量准确性；

(2)开启进口阀向稳压水槽注水，或开关实验导管出口调节阀时，一定要缓慢地调节开启程度，并随时注意设备内变化情况；

(3)实验过程中需根据测压管量程范围确定最小和最大流量。

六、实验记录及数据处理

1．非流动体系机械能分布及转换 ⑴ 实验数据记录

水温 T/℃ 密度 ρ/kgm-3 各测压点的静压头 pA/mmH2O ρgpB/mmH2O ρgpC/mmH2O ρg (2) 验证流体静力学方程 2．流动体系机械能分布及其转换 (1) 实验数据记录 A 流量

a 测定值 L/s b 圆整值 m3/h

B 压头

测压点

压 头 (mmH2O) 静 压 头

A

B

C

冲 压 头

(2) 数据处理

A 压头损失的计算 根据伯努利方程：

2p1pu2u12 Z1+ + =Z2+ + 2+∑hf

2gρg2gρg

∵测压点处于水平位置，∴Z1=Z2，上式则变成

2p1p2u12u2 + = + + ∑hf

ρg2gρg2g由此得

2p1u12p2u2 ∑hf =( +)－(+)＝hr1－hr2

ρg2gρg2g ∵稳压溢流水槽液位高度即为总压头，亦即流速为零时各测压管液位高度，据此可得诸段压头损失各为

a．hf(1～A)：

点1～点A压头损失=u为零时点A处测压管液柱高度一某测定流量下测压管A的冲压头液柱高度 b．hf(1～B)：

点1～点B压头损失=u为零时点B处测压管液柱高度一某测定流量下测压管B的冲压头液柱高度 c．hf(1～C)：

点1～点C压头损失=u为零时点C处测压管液柱高度一某测定流量下测压管C的冲压头液柱高度

B．动压头实验值的计算

u2

+ 求出各测压点动压头的实验值。 根据hr=ρg2g

C．动压头计算值的求算

根据u2／2g，求出各测压点动压头的计算值 D．动压头实验值与计算值的偏差 用下式计算实验值与计算值的偏差 偏差﹪= (

p

实验值?计算值

)﹪

实验值

七、思考题

1．实验中产生误差的主要原因是什么？如何使误差最小？ 2.本实验中验证伯努利方程守恒的方法是什么？

3.本实验中有时会出现冲压头小于静压头的情况，原因是什么？

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