化工原理实验教材

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1、雷诺演示实验一、实验目的1观察流体流动时的不同流动型态2观察层流状态下管路中流体的速度分布状态3熟悉雷诺准数（Re）的测定与计算4测定流动型态与雷诺数（Re）之间的关系及临界雷诺数二、实验原理流体在流动过程中由三种不同的流动型态，即层流、过渡流和湍 流。主要取决于流体流动时雷诺数Re的大小，当Re大于4000时为 湍流，小于2000时为层流，介于两者之间为过渡流。影响流体流动 型态的因素，不仅与流体流速、密度、粘度有关，也与管道直径和管 型有关，其定义式如下：1.1-1式中：d 管子的直径 mu 流体的速度 m/sP 流体的密度 kg/m 3M流体的粘度Pas三、实验装置雷诺演示实验装置如图1

2、.1所示，其中管道直径为20 mm。图1.1雷诺演示实验装置图1有机玻璃水槽；2 玻璃观察管；3 指试液；4, 5 阀门；6 转子流量计四、1 了解实验装置的各个部件名称及作用，并检查是否正常。2打开排空阀排气，待有机玻璃水槽溢流口有水溢出后开排水阀 调节红色指示液，消去原有的残余色。3打开流量计阀门接近最大，排气后再关闭。4打开红色指示液的针形阀，并调节流量（由小到大）观察指示液 流动形状，并记录指示液成稳定直线，开始波动，与水全部混合 时流量计的读数。5重复上述实验35次，计算Re临界平均值。6关闭阀1、11，使观察玻璃管6内的水停止流动。再开阀1，让指 示液流出12 cm后关闭1，再慢慢

3、打开阀9,使管内流体作层 流流动，观察此时速度分布曲线呈抛物线形状。7关闭阀1、进水阀，打开全开阀9排尽存水，并清理实验现场。五、数据处理及结果分析1实验原始数据记录见下表:序号123456q (l/h)U(m/s)Re2利用Re的定义式计算不同流动型态时的临界值，并与理论临界值比较，分析误差原因。六、思考题1雷诺数的物理意义是什么？2有人说可以只用流体的流速来判断管中流体的流动型态，当流速 低于某一数值时是层流，否则是湍流，你认为这种看法对否？在 什么条件下可以只用流速来判断流体的流动型态？柏努利方程演示实验一、实验目的1掌握流体流动中各种能量或压头的定义及其相互转化关系，加深对柏努利方程式

4、的理解。2观察静压头、位压头、动压头相互转换的规律。二、基本原理不可压缩流体在管内作稳定流动时，由于管路条件的变化，会 引起流动过程中三种机械能（位能、动能、静压能）的相应改变及相 互转换。对理想流体在系统内任一截面处，虽然三种能量不一定相等， 但能量之和是守恒的。对于实际流体，由于存在内摩擦，流体在流东 时总有一部分机械能损耗。以上机械能均可用测压管中的液柱高度 表示。当测压孔正对流体流动方向时测压管中的液柱高度为动压头和 静压头之和，测压孔处流体的位压头由测压孔的几何高度确定。三、实验装置图柏努利方程实验装置如图1.2所示。图1.2柏努利方程实验装置图1高位水槽；2 玻璃管；3 测压管；4

5、 循环水槽；5 阀门；6 循环水泵四、实验步骤1检查装置阀位是否正常。2开动电机，启动泵。3阀5开度一定时，转动测压手柄，观察各测压管内液位高度有无 变化。4观察各测压管内液位高度是否相同。5关闭所有阀门，停机。五、思考题1关闭阀5时，旋转各测压管的手柄，液位高度有无变化？这一现 象说明什么？这一高度的物理意义又是什么？2关闭阀5时，各测压管内液位高度是否相同，为什么？3阀5开度一定时，转动测压手柄，各测压管内液位高度有何变化？ 变化的液位表示什么？流体流动阻力系数的测定一、实验目的1学习管路阻力损失（力f）、管路摩擦系数（入）、管件局部阻力 系数（Z）的测定方法，并通过实验了解它们的变化规律

6、，巩固对 流体阻力基本理论的认识。2 了解与本实验有关的各种流量测量仪表、压差测量仪表的结构特 点和安装方式，掌握其测量原理，学会正确使用；3学习对数坐标纸的用法。二、实验原理由于流体粘性的存在，流体在流动的过程中会发生流体间的摩擦， 从而导致阻力损失。根据柏努利方程，对于直管而言，其路阻力损失 为qh f =ap /P，又因为如/P有如下表达式：式中:2管子的直径流体的速度m/s流体的密度kg/m 3管道的长度 P压差pa入阻力系数通过上述表达式可以求得直管的阻力系数入，对于弯管而言，用z代 替(入l/d)即可。三、实验流程图流体流动阻力系数测定实验流程图如1.3,其中直管长度为1 m, 管

7、道直径为8 mm,相对粗糙度S/d=0.025o图1.3阻力系数测定实验装置图四、实验步骤1关闭控制阀，打开二个平衡阀，引水、灌泵排气，启动泵。2系统排气(1) 总管排气：先将控制阀开足，然后再关闭，重复三次，日的为了 使总管中的部分气体被排走，然后打开总管排气阀，开足后再关闭，重复三遍。(2) 引压管排气：依次分别对4个放气阀，开、关重复三次。(3) 压差计排气：关闭二个平衡阀，依次分别打开4个放气阀，此 时眼睛要注视着U型压差计中的指示剂液面的上升，防止指示剂 冲出，开、关重复三次。3该系统的流量计量采用转子流量计，由于Re在充分湍流区时， 入Re的关系是水平线，所以在大流量时少布点，而R

8、e在比较 小时，入Re的关系是曲线，所以小流量时多布点。调流量计， 流量从小到大改变十次(概数)并依次读取压差计读数。4重复实验步骤3,观测压差计读数随流量计读数的变化规律的一 致性。5结束实验，清理实验现场。五、数据处理及结果分析1直管阻力系数测定实验原始数据记录见下表：序号 12345678910q(l/h)R(cm)U(m/s)Re2弯管阻力系数测定实验原始数据记录见下表:序号 12345678910q(l/h)R(cm)U(m/s)Rez3利用公式，带入测得实验数据计算入，z，Re。并绘制入Re曲 线。六、思考题1对于直管而言，垂直和水平安装所测得的阻力损失是否相等？为 什么？2不同管

9、径、不同水温下测定的A - Re数据能否关联到一条曲 线上，为什么？孔板流量计流量系数的测定I三一、实验目的1 了解测定孔板流量计流量系数a的仪器结构，工作原理。2学会流量计系数a的测定方法，分析a和Re间的变化规律。3掌握流量计的流量校核方法。二、实验原理测定孔径为d0的孔板流量计的流量系数公式为：U 0 = ax；2（ P 子）gRqv = U 0 x A。式中：a流量系数U0流体的速度m/sP0流体的密度kg/m 3P.指示剂的密度kg/m 3R压差计读数mA0开孔面积m2qv体积流量m 3/h三、实验流程图流体孔板流量计流量系数实验流程图如1.4,其中孔板开孔直径 为8 mm。计量槽单

10、筒容积为25L,截面尺寸为200x250 mm。四、实验内容1关闭所有阀，打开电源，启动离心泵。2打开控U型压差计的调节阀，逐渐调至最大（注意防止指示液冲 出）。持续5 min左右，以排除管道内的气体。3逐渐关小压差计的调节阀，观察指示液上升的最大高度。4调流量计，流量从小到大改变十次（概数）并依次读取压差计读 数。5重复实验步骤4,观测压差计读数随流量计读数的变化规律的一 致性。6关闭离心泵出口阀，关闭离心泵及电源开关。结束实验，清理实验现场。五、数据处理及结果分析1实验原始数据记录见下表：序号 12345678910q(l/h)R(cm)U(m/s)t(s)Rea2利用公式，带入测得实验数

11、据计算a。并绘制aRe曲线。六、思考题1假定管道的直接恒定，分析流量系数a随雷诺数Re的变化规律。过滤常数的测定实验一、实验目的1 了解板框过滤机的基本结构，流程，操作原理。掌握过滤的操作 方法。2测定恒压过滤常数K,qe。二、实验原理恒压过滤速率方程为：t _ q 2qe=+ q k k式中:过滤时间k 过滤常数m2/sqe 过滤常数 m 3/m2q单位过滤面积获得的滤液体积m 3/m2三、实验流程图板框过滤的实验流程图如图3.1,其中板框过滤面积为0.01m2。过滤介质为帆布。由Z-0.036微型空气压缩机提供压力，其排气量为 0.036 m3/h、压力为0.7Mpa、功率为0.75Kw、

12、转速为1200rpm、气体 容积为30L。图3.1板框过滤实验装置图四、实验步骤1熟悉过滤实验的装置与流程，检查各阀门的启闭是否正常。2用水浸湿滤布，装于滤框上。安装时滤布孔要对准滤机孔道，表 面要拉平整，不起皱纹，板和框的排列顺序必须正确。3打开压力容器上的排气阀和进水阀，往配料槽内加水至一半（观 测控制屏）后关闭进水阀，同时关闭排气阀。加入适量碳酸钙， 其浓度控制在5%(质量百分率)左右。开动搅拌机，使滤浆浓 度均匀。4打开压力容器的进气阀，启动压缩机。待压缩机运行正常后，调 节空气减压阀，一般减压阀的压力控制在0.1MPa，并保持压力 稳定，使系统在此压力下进行恒压过滤。5当压力恒定，过

13、滤开始并记录数据。每收集一定量的滤液记一次 时间，启动秒表的同时，记下量筒中滤液的体积。当量筒中滤液 体积每增加一个 q值时，记下秒表的时间，重复操作，取8 10组数据即可。6当滤液一滴一滴缓慢流出时，表示滤渣已充满框，过滤阶段可告 结束。7实验完毕，拆卸板框压滤机，将板框压滤机内的滤渣放回调桨 桶，清洗过滤器。五、数据处理及结果分析1实验原始数据记录见下表：序号 12345678910H (m)0 (s)K (m2/s)qe(m3/m2)2利用上述过滤方程，带入实验数据计算K，q的值。求其平均值; 另外，以0 /q为纵坐标，q为横坐标绘制曲线。该曲线的斜率为 1/ &截距为2q e / K，

14、从而求得过滤常数的值。并比较两种方 法所得结果是否一致？六、思考题1为什么过滤开始时滤液常常有些混浊，待过滤一段时间后才能澄 清？2滤浆浓度和过滤压力对K值有何影响？3恒压过滤时，欲增加过滤速率，可行的措施有哪些？4当操作压力增加一倍时，其K值是否也增加一倍？要得到同样的 滤液量，其过滤时间是否应缩短一半？传热系数的测定一、实验目的1熟悉传热实验的实验方案及实验流程设计。2 了解换热器的基本结构及其操作方法。3掌握热量衡算与传热系数K及对流传热系数a的测定方法。4 了解强化传热的途径及措施。5学会传热过程的调节方法。二、实验原理根据传热速率方程有：”跛稣4-1必叫4-2Z _（舄 f） - -0）4-3=加&（缶E）4-4式中:一热负荷，Wqmc冷流体的质量流量,kg/st1、t2一冷流体的进、出口温度，。CT1、T2热流体的进、出口温度，C；Cpc一冷流体的平均定压比热容，J/kgC三、实验装置图列管式换热设备流程图如4.1所示。图4.1列管式换热设备流程图1一气源；2气量阀；3一气体流量计；4进气温度计；5出气温度计；6进水温度计;7一换热器；8一出水温度计；9水流量计；10水调节阀；11调压器；12一气体加热器四、实验步骤1打开冷却水流量计阀门；2在启动风机前关闭空气流量计阀门，然后依次打开空气