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1、实验一 流体流动阻力的测定一、实验目的1. 掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法；2. 测定直管摩擦系数Re的关系，验证在一般湍流区内、Re与/d的函数关系；3. 测定流体流经阀门及突然扩大管时的局部阻力系数；4. 测定层流管的摩擦阻力。二、实验原理流体流经直管时所造成机械能损失为直管阻力损失。流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。(1) 直管阻力摩擦系数的测定:流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为： 即 层流时：=64/Re; 湍流时：是Re和/d的函数，须由实验测定。（2）局部阻力系数的测定:局部阻力通常有两种表示方法
2、，即当量长度法和阻力系数法。本实验采用阻力系数法进行测定。三、实验装置与流程1、水箱 2、离心泵 3、涡轮流量计 4、层流水槽 5、层流管 6、截止阀 7、球阀 8、光滑管 9、粗糙管 10、突扩管 11、孔板流量计 12、流量调节阀实验装置部分是由水箱，离心泵，不同管径、材质的水管，各种阀门、管件，涡轮流量计和倒U形压差计等所组成。管路部分由五段并联的长直管，自上而下分别为用于测定层流阻力、局部阻力、光滑管直管阻力、粗糙管直管阻力和扩径管阻力。测定阻力部分使用不锈钢管，其上装有待测管件（球阀或截止阀）；光滑管直管阻力的测定同样使用内壁光滑的不锈钢管，而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较粗糙
3、的镀锌管。本装置的流量使用涡轮流量计测量。管路和管件的阻力采用各自的倒U形压差计测量，同时差压变送器将差压信号传递给差压显示仪。四、实验步骤1. 首先对水泵进行灌水，然后关闭出口阀门，启动水泵电机，待电机转动平稳后，把泵的出口阀缓缓开到最大；2. 同时打开被测管线上的开关阀及面板上与其相应的切换阀，关闭其他的开关阀和切换阀，保证测压点一一对应；3. 改变流量测量流体通过被测管的压降，每次改变流量（变化10L/min左右），待流动达到稳定后，分别仪表控制箱上的压降数值；4. 实验结束，关闭出口阀，停止水泵电机，清理装置。五、实验数据记录与处理1. 数据记录（光滑管为例）光滑管实验数据记录流量压降
4、2. 数据处理六、思考题1. 在测量前为什么要将设备中的空气排尽？怎样才能迅速地排尽？为什么？如何检验管路中的空气已经被排除干净？2. 以水为介质所测得的Re关系能否适用于其他流体？3. 在湍流区摩擦系数与那些因素有关，具体如何？实验二 离心泵特性曲线的测定实验目的1. 了解离心泵的结构与特性，熟悉离心泵的使用；2. 测定离心泵在恒定转速下的特性曲线，并确定泵的最佳工作范围；3. 测定管路特性曲线。二、实验原理离心泵的性能参数取决于泵的内部结构，叶轮形式及转速，泵的性能参数扬程、轴功率、效率随流量的变化关系，即HeQ、N轴Q、Q称为离心泵的特性曲线。该特性曲线需由实验测得，计算如下： mH2O
5、 kW管路特性是指输送流体时，管路需要的能量H（即从A到B流体机械能的差值+阻力损失）随流量Q的变化关系。本实验中，管路需要的能量与泵提供给管路的能量平衡相等，计算H的方法同He： mH2O虽然计算方法相同，但二者操作截然不同。测量He时，需要固定转速，通过调节阀门改变流量；测量H时，管路要求固定不动，因此只能通过改变泵的转速来改变流量。三、实验装置与流程1-水箱；2-泵入口表阀；3-离心泵；4-泵入口压力传感器；5-泵出口表阀；6-泵入口真空表；7-泵出口压力表；8-泵出口压力传感器；9-流量调节阀；10-涡轮流量计；11-水箱排水阀； 水泵3将水槽内的水输送到实验系统，用流量调节阀9调节流
6、量，流体经涡轮流量计10计量后，流回储水槽。四、实验步骤1. 向储水槽内注入蒸馏水。2. 检查流量调节阀9，压力表7及真空表5的开关是否关闭(应关闭)。3. 启动实验装置总电源，用变频调速器上、及键设定频率后，按run键启动离心泵，缓慢打开调节阀9至全开。待系统内流体稳定，打开压力表和真空表的开关，方可测取数据。4. 测取数据的顺行可从最大流量至0，或反之。一般测1020组数据。5. 每次在稳定的条件下同时记录：流量、压力表、真空表、功率表的读数及流体温度。6. 实验结束，关闭流量调节阀，停泵，切断电源。五、数据记录与处理1. 数据记录（离心泵特性曲线为例）（某一转速下）离心泵特性曲线数据记录
7、流量进口压力出口压力轴功率2. 数据处理六、思考题1. 启动离心泵之前为什么要引水灌泵？如果灌泵后依然启动不起来，你认为可能的原因是什么？2. 泵启动后，出口阀如果不开，压力表读数是否会逐渐上升？随着流量的增大，泵进、出口压力表分别有什么变化？为什么？3. 试从所测实验数据分析，离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门？本实验中，为了得到较好的实验效果，实验流量范围下限应小到零，上限应到最大，为什么？实验三 恒压过滤常数的测定实验目的1. 熟悉板框过滤机的结构和操作方法；2. 测定在恒压过滤操作时的过滤常数；3. 掌握过滤问题的简化工程处理方法。二、实验原理过滤是利用能让液体通过而截留固体颗粒的多孔
8、介质（滤布和滤渣），使悬浮液中的固、液得到分离的单元操作。过滤操作本质上是流体通过固体颗粒床层的流动，所不同的是，该固体颗粒床层的厚度随着过滤过程的进行不断增加。过滤操作可分为恒压过滤和恒速过滤。当恒压操作时，过滤介质两侧的压差维持不变，则单位时间通过过滤介质的滤液量会不断下降；当恒速操作时，即保持过滤速度不变。过滤速率基本方程的一般形式为：恒压过滤时，对上式积分可得：对上式微分可得：；该式表明d/dqq为直线，其斜率为2/K，截距为2qe /K，为便于测定数据计算速率常数，可用/q替代d/dq，则上式可写成：；将/q对q标绘（q取各时间间隔内的平均值），在正常情况下，各点均应在同一直线上，直
9、线的斜率为2/K=a/b，截距为2qe/K=c，由此可求出K和qe。三、实验装置与流程1、压缩机 2、配料釜 3、供料泵 4、圆形板框过滤机 5、滤液计量筒 6、液面计及压力传感器 7、压力控制阀 8、旁路阀 碳酸钙悬浮液在配料釜内配置，搅拌均匀后，用供料泵送至板框过滤机进行过滤，滤液流入计量筒，碳酸钙则在滤布上形成滤饼。为调节不同操作压力，管路上还装有旁路阀。四、实验步骤1. 悬浮液的配制：浓度为35%（重量）较为适宜，配制好开动压缩机将其送入贮浆罐中，使滤液均匀搅拌；2. 滤布应先湿透，滤布孔要对准，表面服贴平展无皱纹，否则会漏；3. 装好滤布，排好板框，然后压紧板框；4. 检查阀门，应注
10、意将悬浮液进过滤机的进口旋塞先关闭；5. 启动后打开悬浮液的进口阀，将压力调至指定的工作压力；6. 滤液由接受器收集，并用电子天平计量；7. 待滤渣装满框时即可停止过滤。五、数据记录与处理1. 数据记录某一压力下（如60kPa）的实验数据时间滤液量2. 数据处理六、思考题1. 为什么过滤开始时，滤液常常有混浊，而过段时间后才变清？2. 实验数据中第一点有无偏低或偏高现象？怎样解释？如何对待第一点数据？3. 当操作压力增加一倍，其K值是否也增加一倍？要得到同样重量的过滤液，其过滤时间是否缩短了一半？实验四 传热膜系数的测定实验目的1测定正常条件下空气与铜管内壁间的对流传热膜系数2测定强化条件下空
11、气与铜管内壁间的对流传热膜系数3回归两个条件下关联式中的参数A、m（n取0.4）二、实验原理间壁式换热器目前在工业上应用最多，其传热过程都是由壁内部的热传导和壁两侧面与流体的对流传热组合而成。无论设计还是使用换热器，都离不开这个组合传热过程中的传热系数K，其倒数1/K称为总热阻。总热阻主要由壁外侧热阻、壁热阻、壁内侧热阻三个串联环节叠加而成（可能还有污垢热阻），因此当三者有较大差异时，总热阻将由其中最大的热阻所决定。本实验选用最简单的套管式换热器为研究对象，管内走冷流体空气，管外走热流体100的蒸汽，管材质为黄铜，内径20mm，壁厚2.5mm，有效长度1.25m。该换热过程壁内侧热阻1/远远大
12、于壁及外侧热阻，因此传热的关键问题是测算。1、实验测定方法根据牛顿冷却定律变换得到： 根据热量恒算得到： 以上两式联立，加之实验测得部分数据，即可求得。2、因次分析法经过大量实验后得到的平均数据，因此通过本实验数据可以验证参数的准确性。验证A、m的方法：；以lgNu/Pr0.4为纵坐标，以lgRe为横坐标作图，根据斜率和截距即可求得A、m，与经验数据对比即可。空气流量采用孔板流量计测量，V=26.2P0.54，m3/h，P单位为kPa。空气定性温度为：t=(进口温度+出口温度)/2三、实验装置与流程1、风机 2、孔板流量计 3、流量调节阀 4、套管换热器 5、蒸汽发生器 实验时，空气走内管，蒸
13、汽走环隙（玻璃管）。内管为黄铜管，冷空气又风机输送，经孔板流量计计量后，进入换热器内管，并与套管环隙中蒸汽换热。空气被加热后，排入大气。空气的流量由空气流量调节阀调节。蒸汽由蒸汽发生器上升进入套管环隙，与内管中冷空气换热后冷凝，再由回流管返回蒸汽发生器。放空阀门用于排放不凝性气体。四、实验步骤1. 检查蒸汽发生器中的水位，约占液位计高度4/5左右；2. 开总电源，开加热器，开仪表开关，约30分钟套管间充满水蒸汽；3. 全开流量调节阀，启动风机，调节频率50Hz，预热约5分钟；4. 间隔4Hz由大到小改变空气流量，孔板压降最小值大于0.1kPa，每个点稳定约2分钟后记录数据；5. 加入静态混合器
14、进行强化传热实验，方法同上。五、数据记录与处理1. 数据记录频率温度T1温度T2温度t1温度t22.数据处理六、思考题1. 将实验得到的半经验特征数关联式和公认式进行比较，分析造成偏差的原因。2. 本实验中管壁温度应接近加热蒸汽温度还是空气温度？为什么？3. 管内空气流动速度对传热膜系数有何影响？当空气流速增大时，空气离开热交换器时的温度将升高还是降低？为什么？实验五 板式精馏塔性能的测定一、 实验目的1、测定全回流条件下的全塔效率和单板效率2、测定部分回流条件下的全塔效率3、测定精馏塔的塔板浓度（温度）分布二、实验原理本设备为DES型精馏实验装置。精馏塔共有8块塔板，塔身的结构尺寸为：塔内径为50mm，塔板间距为80mm，溢流管截面积为80mm2，溢流堰高为12mm，底隙高度为5mm，每块塔板上开有直径为1.5mm的小孔，正三角形排列，孔间距为6mm。除7、8板外，每块塔板上都有液相取样口。回
