《化工原理实验》（阻力、离心泵、过滤）

《化工原理实验》（阻力、离心泵 、过滤）（总分100分）

一选择题（每空2分，共30分）

1 流体流过转子流量时的压强降随其流量增大而 C A增大 B 减少 C 不变 D 不确定 2 U型压差计不可能测出的值为 D A表压 B 真空度 C 压强差 D 绝对压

3 在不同条件下测定直管摩擦系数与雷诺数的数据，能否关联在同一条曲线上 D A能 B 不能 C 只有温度相同时才能 D 只有管粗糙度相等时才能。 4 以水作实验流体所测得的直管阻力系数与雷诺数的关系适用于___A______

A牛顿型流体 B 只有液体流体 C 任何流体 D 只有水本身 5 当管子放置的角度或水流方向改变时，流速不变，其能量损失______C_____

A增大 B 减少 C 不变 D 不确定

6 离心泵在恒定转速下的扬程与流量（H-Q）曲线为已知，现增大转速，此时H-Q线会___A____

A上移 B 下移 C 不变 D 不确定

7 在一输送系统中，改变离心泵出口阀门开度，不会影响什么 C

A管路特性曲线 B管路所需压头 C泵的特性曲线 D泵的工作点 8恒压过滤时过滤速率随过程的进行而不断 B A 加快 B 减慢 C 不变

9用板框压滤机恒压过滤某一滤浆(滤渣为不可压缩，且忽略介质阻力)，若过滤时间相同，要使其得到的滤液量增加一倍的方法有 A

A 将过滤面积增加一倍 B 将过滤压差增加一倍 C 将滤浆温度到高一倍 10板框压滤机组合时应将板、框按 B 顺序置于机架上。

A 123123123…… B 123212321…… C 3121212……3 11从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是 A A 与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关 B 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关

C 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关 12流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是 C

A 流动速度大于零 B 管边不够光滑 C 流体具有黏性 13离心泵铭牌上所标的性能参数是指 B 时的值。

A工作点 B 最高效率 C 最大扬程 D 最大功率 14离心泵的调节阀开大时，则 B A 吸入管路的阻力损失不变 B 泵出口的压力减小

C泵入口处真空度减小 D 泵工作点的扬程升高 15过滤操作中滤液流动遇到阻力是 C A 过滤介质阻力 B 滤饼阻力 C 过滤介质和滤饼阻力之和

二 填空（每空2分，共30分）

1在流动阻力实验中，高位槽必须保持 溢流 状态，以确保水位恒定；测定前需对管路排气，其目的是 流体连续 。

2 在测定离心泵特性曲线的实验中， 离心泵在启动前需 灌泵 ， 实验中，随着流量的增大，真空表的读数将 增大 ，出口压力表的读数 减小 。

3 过滤实验中，过滤压力始终维持在 0.1 MPa恒定不变，洗涤压力与过滤压力 相等 。

4流体流动的阻力实验是测定 λ 和 Re 的关系。

5离心泵开动以前必须充满液体是因为 空气的密度远比液体的小 , 防止发生 气缚现象 。

6离心泵是一种 液体输送 机械，它借助于泵的叶轮高速旋转，使充满在泵体内的液体在 离心力的 的作用下，从叶轮中心被甩至边缘，在此过程中液体获得能量，提高了 静压能 。

7某板框压滤机的框的尺寸为：长×宽×厚=810 mm×810 mm×25 mm，若该机有10块框，其过滤面积约为______13.12___________ m2。

三 简答题（每题5分，共40分）

1启动离心泵前，为什么必须关闭泵的出口阀门？

答：有离心泵特性曲线知，流量为零时，轴功率最小，电动机负荷最小，不会过载烧毁线圈。

2 作离心泵特性曲线测定时，先要把泵体灌满水以防止气缚现象发生，而阻力实验对泵灌水却无要求，为什么？

答：阻力实验水箱中的水位远高于离心泵，由于静压强较大使水泵泵体始终充满水，所以不需要灌水。

3 假设将本实验中的工作介质水换为理想流体，各测压点的压强有何变化？为什么？ 答：压强相等，理想流体u=0，摩擦阻力F=0，没有能量消耗，当然不存在压强差。 Z1+P1/ρg +u1/2g= Z2+P2/ρg +u2/2g;

∵d1=d2 ∴u1=u2 又∵Z1= Z2 （水平管） ∴p1=p2

4 离心泵送液能力，为什么可以通过出口阀调节改变？往复泵的送液能力是否也可采用同样的调节方法？为什么？

2

2

答：离心泵送液能力可以通过调节出口阀开度来改变管路特性曲线，从而使工作点改变。往复泵是正往移泵流量与扬程无关。若把出口堵死，泵内压强会急剧升高，照成泵体，管路和电机的损坏。

5 正常工作的离心泵，在其进口管上设置阀门是否合理，为什么？

答：不合理。因为水从水池或水箱输送到水泵靠的是液面上的大气压与泵入口处真空度产生的压强差，将水从水箱压入泵体，由于进口管，安装阀门，无疑增大这一段管路的阻力而使流体无足够的压强差实现这一流动过程。

6 什么叫恒压过滤？它与真空度有什么关系？

答： 恒压过滤是在恒定压强差下进行的过滤。恒压过滤时，滤饼不断变厚致使阻力逐渐增加，但

因推动力作 恒定，因而过滤速率逐渐变小。恒压过滤，系统真空度不变，因只有这样压强差才能恒定。

7 恒压过滤时，随着过滤时间的增加，过滤速率如何变化？

答：因为随着时间的推移，滤饼不断变厚致使阻力逐渐增加，因而过滤速率逐渐变小。

8 计算2K时，在直线上取点的位置与计算结果有无关系？为什么？

答：无关系。△θ/△q=2q/k+2qe/k是一条直线，斜率为直线确定后，该线斜率是定值。

四、实验报告

换热器对流传热系数的测定

（1）实验目的

1了解列管式换热器的结构和流体的流程，学会换热器的操作方法； 2掌握总传热系数K和空气对流传热系数?的测定方法；

3观察、掌握空气流速对传热系数的影响，学会用线性回归法确定准数关联式Nu?ARePr中常数B的值。

（2）实验原理

1总传热系数的测定

列管式换热器是工业生产中广泛使用的间壁式换热设备，由壳体、管束、管板、封头、挡板等主要部件组成。冷、热流体分别流过换热器的管程和壳程，通过管束的侧面积进行热量交换而完成加热或冷却任务。衡量一个换热过程传热性能好坏的指标是换热器的总传热系数K值。

换热器的总传热系数值可以通过实验测定。根据传热基本方程，换热器的传热速率等于其总传热系数K、总传热面积S和平均传热温度差?tm的乘积：

Q?KS?tm 式中： Q —— 换热器单位时间内传递的热量，W；

S—— 换热器所提供的总传热面积，m2；

Bn ?tm——换热器中冷热流体的对数平均传热温度差，℃。

所以，只要测定了一个换热器的传热速率Q、传热面积S和平均传热温度差?tm，就可以计算出该换热器的总传热系数K值。而在换热器中，如果忽略热损失，传热速率在理论上应该等于热流体的放热速率，也等于冷流体的吸热速率，即：

Q?Qh?Qc 式中： Qh —— 热流体的放热速率，W；

Qc —— 冷流体的吸热速率，W。

所以，在保温良好、热损失可以忽略的换热器中，可以通过测定热流体的放热速率或冷流体的吸热速率来计算传热速率。根据热力学基本原理，对于没有相变的换热系统，热流体放热速率可由下式计算：

Qh?Whcph(T1?T2) 冷流体吸热速率可由下式计算：

Qc?Wccpc(t2?t1) 式中： Wh ——热流体的质量流量，kg/s （Wh=Vh ρh）；

Wc ——冷流体的质量流量，kg/s；

cph ——热流体的平均恒压比热容，kJ/(kg·℃)；

cpc ——冷流体的平均恒压比热容，kJ/(kg·℃)；

T1 ——热流体的进口温度，℃； T2 ——热流体的出口温度，℃； t1 ——冷流体的进口温度，℃； t2——冷流体的出口温度，℃。

在本实验中，采取空气-水间壁传热系统来测定换热器的总传热系数和空气的对流传热膜系数，由于在实验条件下水的平均恒压比热容（约4.2 kJ/(kg·℃)）远远大于空气的平均恒压比热容（约1kJ/(kg·℃)），所以在相同的温度计测温精度下，空气的放热速率的计算精度要比水的吸热速率的计算精度高约4倍，而且在本实验中热空气走管程，几乎可以不用考虑热损失的影响，故在本实验中，选择测定空气的放热速率来作为换热器的传热速率，即： Q?Qh?Whcph(T1?T2) 总传热系数的计算公式为： K?Whcph(T1?T2)S?tm

式中： ?tm ——冷、热流体的对数平均温差，℃

因实验所使用的是单壳程、二管程的换热器，所以：

? ?tm???t?tm Δtm——按逆流流动形式计算的对数平均传热温差，℃

′

?? ?tm（T2?t1）?T1?t2??

lnT1?t2T2?t1 ?Δt——传热温差的修正系数[无因次]，由P，R两参数根据安德伍德（Underwood）和鲍曼（Bowman）提出的图算法查取：

??t?f(P,R)

P?t1?t2T?T R?12 T1?t1t2?t12 空气对流传热膜系数的测定

对于冷热流体通过间壁的换热过程，根据传热学的原理，传热过程由热流体对壁面的对流传热、间壁的固体热传导和壁面对冷流体的对流传热三个过程组成。则总传热热阻为这三个步骤的传热热阻之和，即：

11bSoS???o Ko?o?Sm?iSi当管壁热阻和壁厚可以忽略时，总热阻为冷热两种流体对流传热热阻之和：

111?? Ko?o?i当冷热两种流体的对流传热系数?o和?i相差很大时，对流传热系数较大一侧流体的热阻可以忽略，即：

11，从而Ko??小，在此种情况下，总传热系数约等于对流给热系数?Ko?小较小一侧流体的对流给热系数。

在本实验的情况下，空气与水通过列管式换热器的间壁进行换热，?空气（?i)???水（?o)，所以可以近似认为?i?K，由此求出空气侧的传热膜系数?i。 3 准数关联式

由于对流传热过程十分复杂，影响因素很多，目前尚不能通过解析法得到对流传热系数的关联式，通常是在大量实验的基础上找到影响对流传热系数的主要因素，再通过因次分析得到准数关联式的一般式。

当流体无相变时，圆管内流体对流传热系数准数方程的一般形式为：

Nu?ARePr式中： Nu?Bn

?di，努塞尔特准数，无因次； ?du? Re?i，雷诺准数，无因次；

?λ——流体导热系数，W/m·℃； di——圆管内径，m；

μ—— 流体黏度，Pa·s；

Pr—— 流体的普兰德准数，无因次。

流体的物性μ、λ、Pr等由定性温度确定，定性温度为换热器进出口流体温度的算术平均值。流体被冷却时，n=0.3；被加热时n=0.4。在本实验中，空气被冷却，n=0.3。

变换空气的流量，测定一组不同空气流量下的Re、Nu，以

Nu对Re在双对数坐标Pr0.3图中做图，得到一条直线，直线的斜率为B，截距为A。 4 空气的流量

空气的流量用转子流量计测定。转子流量计的刻度是用20℃、101.3kpa的空气进行标定的。实验测定时，空气的温度、压力与上述标定条件不同，应作换算：

qV2?qV1?1(?f??2)?pT?qV11?qV112 ?2(?f??1)?2p2T1

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