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1、化工原理实验思考题实验一：柏努利方程实验1关闭出口阀，旋转测压管小孔使其处于不同方向（垂直或正对流向） ，观测并记录各测压管中的液柱高度H并回答以下问题：（1） 各测压管旋转时，液柱高度H 有无变化？这一现象说明了什么？这一高度的物理意义是什么？答：在关闭出口阀情况下， 各测压管无论如何旋转液柱高度H 无任何变化。这一现象可通过柏努利方程得到解释：当管内流速u=0 时动压头022uH动，流体没有运动就不存在阻力，即hf=0，由于流体保持静止状态也就无外功加入，既We=0，此时该式反映流体静止状态见（P31） 。这一液位高度的物理意义是总能量（总压头）。（2） A、B、C、D、E测压管内的液位是
2、否同一高度？为什么？答：A、B、C、D、E 测压管内的液位在同一高度（排除测量基准和人为误差）。这一现象说明各测压管总能量相等。2当流量计阀门半开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察其的液位高度H/并回答以下问题：（1） 各 H/值的物理意义是什么？答：当测压管小孔转到正对流向时H/值指该测压点的冲压头H/冲；当测压管小孔转到垂直流向时H/值指该测压点的静压头H/静；两者之间的差值为动压头H/动=H/冲-H/静。（2） 对同一测压点比较H与 H/各值之差，并分析其原因。答：对同一测压点HH/值，而上游的测压点H/值均大于下游相邻测压点 H/值，原因显然是各点总能量相等的前提下减去上、下游相
3、邻测压点之间的流体阻力损失hf所致。（3） 为什么离水槽越远H与 H/差值越大？（4） 答：离水槽越远流体阻力损失hf就越大，就直管阻力公式可以看出22udlHf与管长l呈正比。3. 当流量计阀门全开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察其的液位高度H2222dcuu22abucdpabp22udlHf计算流量计阀门半开和全开 A点以及 C点所处截面流速大小。答：注： A点处的管径 d=(m) ;C 点处的管径 d=(m)A点半开时的流速：135.00145.03600408. 03600422dVsuA半（m/s）A点全开时的流速：269.00145. 03600416. 03600422
4、dVsuA全（m/s）C点半开时的流速：1965.0012.03600408.03600422dVsuc半（m/s）C点全开时的流速：393.0012.03600416.03600422dVsuc全（m/s）实验二：雷诺实验1. 根据雷诺实验测定的读数和观察流态现象，列举层流和湍流临界雷诺准数的计算过程，并提供数据完整的原始数据表。答：根据观察流态，层流临界状态时流量为90（l/h ）体积流量：)/(105.236001090353smVs流速：)/(1514.00145.04105.225smAVus雷诺准数：197310111.173.9981514.00145.0Re3du根据观察流态，
5、湍流临界状态时流量为174（l/h ）体积流量：)/(1083.4360010174353smVs流速：)/(29269.00145.041083.425smAVus雷诺准数：381510111.173.99829269.00145.0Re3du同理，根据雷诺实验测定的读数计算其余各点的流量、流速和雷诺准数如原始数据表所述。2根据实验观察到的流态，层流和湍流临界雷诺准数值与公认值有无差距？原因何在？答：略有差距。主要原因在于实验设备测量精度和测量稳定性不高，其次是流态显色墨水的注入量控制不当以及人为干扰产生的震动等。3根据雷诺准数表示式，你认为在什么条件下可以只用流速来判断流动型态（如层流、湍
6、流）？答：根据雷诺准数的四个影响因素：d、u、可知，在同一台实验装置（即管径 d，且管子不变），水的温度不变（即水的密度和黏度不变）以及测试的人为环境不变时，可以依据前次的实验结果判断流态。实验三 管道流体阻力的测定1测得水银水差压计的读数为Rf（mHg） ，证明Rf与阻力的关系为：Hf=g（J/kg）答：设环境温度为20，水银的密度Hg=13590（kg/m3）水的密度H2O=（kg/m3）证明如下：gRgRgRHfffBBAf6.122.9982.998135902. 紧靠孔板流量计前后测得的压差，是否代表流体通过流量计的永久阻力损失？为什么？答：测得的压差不代表流体通过流量计的永久阻力损
7、失。流量计测得的压差P一方面由流体流经孔板产生的永久阻力P1，另一方面由流体流经孔板的流速变化也将产生一定的阻力P2。3. 实验装置各压差计上的“平衡阀”（旁通阀）有何作用？在什么状况下进行开启或关闭操作？答：平衡阀用以调节压差计两臂液柱的平衡。在实验装置启动运行或结束实验时，平衡阀应该处在开启状态；在实验装置检验系统内空气是否排净或测量阻力数据是平衡阀应该处在关闭状态。4. 根据管道流体阻力测定的读数，列举1 米直管在某一流量下的阻力Hf和摩擦系数； 在某一流量下的局部阻力Hf和局部阻力系数的计算过程， 并提供数据完整的实验结果表及用双对数坐标绘制一般湍流区内Re、uR关系曲线。答： 计算条
8、件差压计指示液及水的密度：Hg 13950 kg/m3CCl4 1596 kg/m3实验温度 20 H2O kg/m3实验装置提供的有关系数：a = n=求 实验装置流量最大时一米直管的流体阻力Hf；摩擦系数值。求 实验装置流量最大时两米直管内，截止阀的局部阻力Hf；局部阻力系数值。阻力实验结果图表2007 年 10 月 25 日实验t （）d（m ）L1（m ）L2（ m ）条件20 R(cmHg)u(m/s)Rf1(cmCCl4)Hf1(J/kg)Rf2(cmHg)Hf2(J/kg ）(kg/m3)(cp)Re5如何检验实验装置中的空气已经排净?答：排空气操作后，在离心泵运行的状态下，关闭
9、管路中的流量调节阀和各压差计上的平衡阀，观察各压差计上的读数为0 是时，表示系统内的空气已经排净。实验四 离心泵特性曲线的测定1. 根据离心泵特性曲线实验所测定的读数，列举某一流量Qi（m3/s ）下的实际扬程H；轴功率N；总效率的计算过程，并提供数据完整的原始数据、计算结果表和绘制H Q；NQ；Q特性曲线图。答： 计算条件：进出口压力、 真空表间的垂直距离hO= （m ） ；按传=1 计进出口管内径d1= （m ）d2= （m ）根据电机编号1194 的效率与电机输入功率（W ）曲线图，查得电机效率电（% ）数据表你列如下。计算示例：a. 功率1=格数1C=4840=1920（W ）计算结果
10、表你列如下。b流速计算21133342.304105.81671043.2/duQms21243349.61 105.81671047.71/duQms c. 扬程计算22212110542221.15102.5 107.713.20.12510009.8129.8116.9ePPuuHhggmd.轴 功 率 计 算1192079.9%1534.08NNWgg传电机 1电机 1e.总 效 率 计 算31111016.9 9.81 5.81671534.0862.86%eHg QNg gg总同理其他数据按以上公式计算得表内结果：离心泵特性曲线实验原始数据记录及计算结果表功率表常数 C=40 功率
11、（W ）=格数 C参数次序流量积算仪读数（ m3/h）流量 Q （l/s ）压力表读数（MPa ）真空表读数（MPa ）功率表（格数）电机输入功率（W ）电机效率电（% ）扬程 H （MH2O ）轴功率 N （W ）泵总效率（% ）1 1920 2 1880 3 1840 4 1800 5 1780 6 1660 7 1520 8 1360 9 1240 10 1080 11 940 2离心泵启动前为何要引水灌泵？若灌泵后仍不能正常运行，你认为是什么原因？答：离心泵启动前引水灌泵，可避免泵腔产生气膊，也有利于泵进口的吸人真空度。倘若灌泵后仍不能正常运行，原因有几个方面：a 底阀锈蚀不能自动打开
12、，b 进口管污物堵塞， c 水面上方至泵腔明显的空气泄漏点， d 泵的安装高度大于泵的实际吸入扬程。3. 根据实验数据所知， 泵的输送水量越大进口处的真空度越大，为什么？答：根据示意图按柏努利方程分析可知：a.系统流体构成有效回路，形成稳态流动， 两截面的位能z0、z1保持不变，大气压P0不变，静压能0/()Pg不变。b. 两截面间的动能gu220和gu221将同步提高。c. 0-0、 1-1 两截面 间无 外 功 加 入We， 即无有效压头He。 d. 由 于 流 体 的能 量 损 失与 动 能 成正比，流量越大22u越大，Hf响应增大，因此gP1减小，即 P1减小（真空度增大）。 4能否在
13、离心泵的 进 口 管 处 安装 调 节 阀 ？ 为什么？答：不能。因为在离心泵的进口管处安装调节阀，会增加吸入管路的压头损失，也有出现增加叶轮汽蚀可能性。5两台同型号的离心泵并联， 其流量能否增加一倍？若两泵串联，其扬程能否增加一倍？答：由于流量的增大使管路阻力增加，因此两台同型号的离心泵并联后的总流量必然低于原单台泵流量的两倍。两台泵串联操作的总压头必然低于单台泵压头的两倍。实验五 板框压滤机过滤常数的测定1据板框压滤机实验所测定的数据，计算出两种过滤条件下的过滤常数K1和K2；过滤介质的当量滤液体积Ve1和Ve2；过滤介质的当量过滤时间e1和e2。并提供数据完整的原始数据表。答：a. 原始
14、数据记录表过滤介质（滤布）直径d=120mm ，数量 2 块。总过滤面积：220.1222.262 104A（m2） A2=10-4过滤常数计算： 100kPa 组 120kPa 组K1=2/SA2=2/ 10-2)2 K2=2/SA2=2/ 10-4= （m3/s ） = （m3/s ）过滤介质的当量滤液体积：Ve=I/S= = （m3） Ve=I/S= =（m3）过滤介质的当量滤液时间：e=Ve2/KA2= 10-4e=Ve2/KA2= 10-4 = （S） = （S）项目次序实验组数压力（表压） kPa P1=100kPa P2=120kPa 滤液体积V（l ）相邻 V差V（l ）算术平
15、均值?（l ）过 滤 时间（s） （s）/V（s/l ）过 滤 时间（s） （s）/V（s/l ）1 0 0 0 0 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2. 在过滤初始阶段， 为什么可见滤液是由浑浊变清？答：过滤介质中微孔通道的直径可能大于悬浮液中部分颗粒直径，因此，过滤初期会有一些小颗粒穿过而使滤液浑浊，但是颗粒会在孔道中迅速地发生 “架桥”现象，使小于孔道直径的细小颗粒也能被拦截，并开始形成滤饼，由此滤液变清，过滤才有效进行。3. 请阐述板框压滤机的优、缺点和适用场合。答：板框压滤机优点：结构简单、制造方便、占地面积较小过
16、滤面积较小，操作强度高，适应能力强。缺点；间歇操作，生产效率低，劳动强度大，滤布损耗也比较快。适应与中小规模的生产场合。4. 实验板框压滤机的操作分哪几个阶段？答: 按实验要求配制滤浆滤浆搅拌开泵将滤浆打入衡压罐并搅拌组装板框压滤机衡压罐加压将滤浆按实验设定的压力打入板框压滤机进行压滤对设定的单位滤液量进行计时并记录过滤结束用衡压水罐的水对滤饼进行清洗打开板框压滤机取出滤饼并对板框压滤机及管路进行清洗。5. 若操作压力提高一倍，过滤效率是否增加一倍？答 : 不 。 根 据 单 位 过 滤面 积 获 得 的 滤 液 体 积 计 算 公 式 可 知 ：spkKq122，k滤浆特性常数， 因此相同滤浆和时间pq，结论：过滤效率与压力成正比但不成倍数。实验六 管内强制对流传热膜系数的测定1. 根据实验数据，列举某一设定的空气质量流量W状态下，Re、Nu的计算过程。 注：实验数据表tw2为空气进口侧换热管壁温，tw1为空气出口侧换热管壁温答：计算条件质量流量W=（kg/s ） ；换热管内径di=2=103 m换热管长度 l =; 换热管流通截面积S=（ 103）2=104换热面积A1=dil=
