化工原理实验讲义(版本)

化工原理实验

实验讲义

西南科技大学材料科学与工程学院材料基础中心实验室

二○一三年十二月

实验一、流体力学综合阻力实验A (2)

实验二、固体流态化的流动特性实验 (6)

实验三、除尘性能实验 (11)

实验四、圆球法测固体材料导热系数 (13)

实验一、流体力学综合阻力实验A

实验前介绍

双台综合阻力实验台（图1）为流体力学综合性多用途教学实验装置。为双台型，可供两组学生同时进行实验。利用本装置可进行下列实验：

1．沿程阻力实验

2．局部（阀门）阻力实验

3．孔板流量计流量系数测定实验

4．文丘里流量计流量系数测定实验

实验装置

实验台的结构简图如图1所示。它主要由沿程阻力实验管路1、局部（阀门）阻力实验管路2、孔板流量计实验管路3和文丘里流量计实验管路4等四路实验管所组成，并有水泵及其驱动电机5，塑料储水箱6，有机玻璃回水水箱及计量水箱7（实测流量时用）、压差显示板8（图中未示出）和一些闸门组成的实验水循环系统和压差显示系统等，双台实验装置安装在一个底架9和管道支架10上。

文丘里实验管路为所有其它实验管路共用的出流通道。

图1 实验台结构简图

工业应用

以水泥工业的预热预分解系统为例：对于预热器系统来说，系统的阻力损失直接关系到能耗问题，因此在设计时就要充分考虑到局部阻力和沿程阻力等，所以了解这两种阻力的性质、可能出现的情况、以及如何减少这类损失等知识是很有必要的。对于其他生产工艺来说都是同样的重要。

在生产中经常要对系统的稳定运行进行热工标定，即：测定管道内的流体速度，以检测系统是否正常稳定运行，并依此数据进行调节。这就会用到流量计和毕托管等测定流体速度，

所以掌握其操作方法对科学研究和指导生产都有着重要的意义。

（一）沿程阻力实验

1．实验目的

（1）测定流体在等直流管中流动状态下，不同雷诺数Re 时的沿程阻力系数，并确定它们之间的关系。

（2）了解流体在管道中流动时能量损失的测量和计算方法。

2．实验方法和操作 (1) 实验前的准备。

① 熟悉实验装置中用于沿程阻力实验的具体结构及流程。

② 进行沿程阻力实施管路流体循环系统的试运转，并进行系统的排气处理；关闭局部阻力实验管路和孔板流量计（及毕托管）实验管路两端进水阀门和出水阀门，开启沿程阻力实验管路上两端的进水阀门（从水泵出口进水）和出水阀门；使沿程阻力实验管路和文丘里实验管路及其流体的出口和回水水箱（或计量水箱）形成沿程阻力实验系统的循环回路，然后启动水泵，用沿程阻力实验管路两端的阀门来调节流量（一般可开大进水阀门，再用出水阀门来控制和调节实验流量）。实验系统形成正常的水循环后，应仔细排除实验管路中，也包括导压胶管中存留的空气，以提高测试精度。 ③ 用玻璃温度计测出实验水温。 (2) 进行测试

① 调节沿程阻力实验管路的出水阀门，先选定较小的流量，使沿程阻力实验系统的相应两根测压管所显示的压差h ?约200 mm 水柱左右，以这个压差为起始测试点。并在此工况下用计量水箱和秒表测量出相应的水流流量0Q 。

② 然后逐次适量开大出水阀门的开度，逐次测读相应的阻力压差i h ?和流量i Q 。建议实验做6~10个试验点，直至阻力压差达到接近最高的允许水柱高度为止。 ③ 实验数据处理

实验测试数据和计算所得结果可填入建议的表格1中。根据达西公式，即可求出沿程阻力系数λ： 2

2gd h

Lu λ?=

；相应的雷诺数Re ： Re ud

。

式中： d ——阻力试验管内径，m ；（本试验管内径d ＝16mm ）

L ——试验管道测试段长度，m ； g ——重力加速度，m/s 2；

h ?——测试段的沿程水头损失h 1-h 2，mH 2O ；

u ——实验工况下管道中流体的平均流速，m/s ；

ν——水的运动粘度，m 2/s [可查表或从水的粘温曲线上求得] 。

表1

[注] d= m ； L= m ；水温： ℃。

可根据测算得到的Re 和λ值，在双对数坐标纸上标绘出两者的关系点和关系曲线，并可与教材上的曲线相比较，作出分折和讨论。

（二）局部阻力实验

l. 实验目的

掌握用实验方法测定阀门管件在流体流经管路时的局部阻力系数ξ。

2. 实验方法和操作

实验方法和操作与上述沿程阻力实验基本相同，只是换用带有四个测压口的局部阻力实验管路系统测出阀门（球阀）的局部阻力损失j h ?，然后计算出阀门的局部阻力系数ξ。

阀门局部阻力试验管路如图2所示。测试时，为了消除沿程阻力的影响，先测出h Ⅰ－h Ⅳ＝△h 1和h Ⅱ－h Ⅲ＝△h 2 两个E （净）来，再用计算的方法求得只是阀门局部所引起的阻力损失

j h ?：

212j h h h ?=?-?

图2 阀门局部阻力试验管路

3. 试验数据处理

试验测试数据和计算结果可填入建议的表格2中。

项

测目

试阀结门果开度

流量及流速

测压管水头

(m)

局部水

头损失 (m) 局部阻力系数

备注

接水体积

(m 3)

接水时间

(s) 体积流量

(m 3/s) 平均流速

(m/s) h Ⅰ h Ⅱ h Ⅲ h Ⅳ

j h ?

全开

2 3 30°

2 3 45°

2 3

阀门局部的阻力系数可由下式求得：

22j g h u ξ=??

式中 g ——重力加速度，m/s 2；

j h ?——局部水头损失，m ；

u ——管路中流体的平均流速，m/s 。

在不同的球阀开度(全开、30o、45o)下，测得相应的局部水头损失，从而可以获得相应的局部阻力系数ξ。

4. 思考题

1.沿程阻力损失的大小与哪些因素有关？

2.分析发生局部阻力损失的主要部位在哪里？工程中怎样减小局部阻力损失？

实验二、固体流态化的流动特性实验

在化学工业中，经常有流体流经固体颗粒的操作，诸如过滤、吸附、浸取、离子交换以及气固、液固和气液固反应等。凡涉及这类流固系统的操作，按其中固体颗粒的运动状态，一般将设备分为固定床、移动床和流化床三大类。近年来，流化床设备得到愈来愈广泛的应用。

固体流态化过程又按其特性分为密相流化和稀相流化。密相流化床又分为散式流化床和聚式流化床。一般情况下，气固系统的密相流化床属于聚式流化床，而液固系统的密相流化床成于散式流化床。

一、实验目的

1．通过实验观察固定床向流化床转变的过程，以及聚式流化床和散式流化床流动特性的差异；

2．实验测定流化曲线和临界流化速度，并实验验证固定床压降和流化床临界流化速度的计算公式。

3．通过本实验希望能初步掌握流化床流动特性的实验研究方法，加深对流体流经固体颗粒层的流动规律和固体流态化原理的理解。

二、实验原理

1、固体流态化现象：

为便于学习，以气-固系统为例，设有一圆形容器，在容器下部装有一块气体分布板，在分布板上面堆积一层固体颗粒（即床层），当气体自下而上通过这样一个固体颗粒床层时，随着气体流速的变化会出现不同的现象，如图1所示。

图1 固体流态化现象（不同流速时床层的变化）图2 临界流化速度的实测法

当流速较低时，固体颗粒静止不动，颗粒之间仍保持接触，床层空隙率及高度都不变．流体只在颗粒间的缝隙中通过，这种床称为固定床（如图1 a）。

继续增大流速，当气体流过固体颗粒产生的摩擦力（即曳力）与固体颗粒的浮力之和等于颗粒自身重力时，颗粒开始松动，颗粒位置也稍加调整，床层略有膨胀，但颗粒还不能自由运动，仍处于接触状态，这种床称为切始或临界流化床（图1 b）。

当流速高于初始流化的流速时，颗粒全部悬浮在向上流动的气流中，即进入流化状态，

气体以鼓泡方式通过床层。随着流速的增加，固体颗粒在床层中的运动也愈加激烈，这时气-固系统具有类似于液体的特性，随容器形状而变，宋层高度也增高，但有明显的分界面（图1c ），这时床层称为流化床。

当流速高到某一极限值时，流化床分界面消失，颗粒分散悬浮在气流中，被气流所带走，这种状态称为气流输送或稀相输送床（图1-1 d ）。

2、临界流化速度的实测法

临界流化速度是颗粒层由固定床转变为流化床时流体的速度，也是流化操作的最低速度，故也称最小流化速度。确定临界流化速度的最好办法就是实验测定方法。用增加流速法使床层自固定床缓慢地进入流化床，同时记录相应的流体流速和床层压降，在双对数坐标上标绘各点（如图2），然后将固定床区和流化床区的点分别划线，得到两条直线的交点即是临界流化点，其横坐标的值即为临界流化速度U mf 。图中的U bf 为起始流化速度，此时床层中已有部分颗粒开始被流化，U tf 为完全流化速度，此时床层中所有颗粒全部进入流化状态。对于颗粒分布较窄的床层，三者非常接近，很难区分。

3、两个参数介绍

膨胀比：流化床的床高f H 与静床层的高度0H 之比。称为膨胀比，即

0f R H H =

流化数：流化床实际采用的流化速度f u 与临界流化速度,f m u 之比称为流化数，即

,f m f K u u =

三、实验装置

本实验装置采用气－固和液－固系统两套设备并列。设备主体均采用圆柱形的自由床。内部分别填充球粒状硅胶和玻璃微珠。分布器采用筛网和填满玻璃球的圆柱休。柱顶装有过滤网，以阻止固体颗粒带出设备外。床层上均有测压口与压差计相接。

图3 液固系统流程图图4 气固系统流程图

1—高位稳压水槽；2—水调节阀；3—孔板流量计； 1－放空阀；2－空气调节阀；3－孔板流量计； 3′—倒置U 形差计；4—U 形压差计；5—滤网； 4－孔板流量计的压差计；5－压差计；6－滤网； 6—床体；7—固体颗粒层；8—分布器 7床体；8－固体颗粒层；9－分布器

液固系统的流程如图3所示。水自循环水泵或高位稳压水槽，经调节阀和孔板流量计；由设备底部进入。水进入设备后，经过分布器分布均匀，由下而上通过颗粒层，最后经顶部滤网排入循环水泵。水流量由调节阀调节，并由孔板流量计的压差计显示读数。

气固系统的流程如图4所示。空气自风机经调节阀和孔板流量计，由设备底部进入。空气进入设备后，经分布器分布均匀，由下而上通过颗粒层，最后经顶部滤网排空。空气流量由调节阀和放空阀联合调节，并由孔板流量计的压差计显示读数。

四、实验方法

本实验可分两步进行：第一步，观察并比较液固系统流化床和气固系统流化床的流动状况；第二步，实验测定空气或水通过固体颗粒层的特性曲线。

在实验开始前，先按流程图检查各阀门开闭情况，将水调节阀和空气调节阀全部关闭，空气放空阀完全打开。然后，再启动循环水泵和风机。

待循环水泵和风机运转正常后，先徐徐开启水调节阀，使水流量缓慢增大，观察床层的变化过程；然后再徐徐开启空气调节阀和关小放空阀，联合调节改变空气流量，观察床层的变化过程。

完成第一步实验操作后，先关闭水调节阀，再停泵，继续进行第二步实验操作。若测定不同空气流速下，床层的压力降和床层高度，实验可在流量由小到大，再由大到小反复进行。实验完毕，先打开放空阀，后关闭调节阀，再停机。实验过程中应特别注意下列事项：

（1）循环水泵和风机的启动和关机必须严格遵守上述操作步骤。无论是开机、停机或调节流量，必须缓慢地开启或关闭阀门，并同时注视压差计中液柱变化情况，严防压差计中指示液冲入设备。

（2）当流量调节至接近临界点时，阀门调节更需精心细微，注意床层的变化。（3）实验完毕，必须将设备内的水排放干净，切莫将杂物混入循环水中，以防堵塞分布器和滤网。

五、实验结果整理

1．记录实验设备和操作的基本参数

（1）设备参数

柱体内径： d =Φ 50 mm 静床层高度： 0H = 待测 mm 分布器形式：堆积玻璃珠（2）固体颗粒基本参数

固体种类： -气固系统硅胶球

-液固系统玻璃微珠

颗粒形状：球形硅胶玻璃微珠平均粒径： p d = 0.35 mm p d =1.5 mm 颗粒密度： s ρ= 924 kg ·m -3

ρ= 1937 kg ·m -3

堆积密度： b ρ= 475 kg ·m -3 b ρ=1160 kg ·m -3 空隙率（s b

ρρερ-=

）：ε=0.486 ε=0.401 （3）流体物性数据

流体种类：空气水

温度： g T = ℃ t T = ℃ 密度： g ρ= kg ·m -3 t ρ= kg ·m -3 粘度： g μ= Pa ·s t μ= Pa ·s

（4）孔板流量计参数

空气孔板流量计参数：孔径d 0=0.003m 孔流系数C 0=0.6025

水孔板流量计参数：孔径d 0=0.007m

孔流系数C 0=0.61

22000.0030.60254

Vs d c π

???

液固系统的流量计算公式：

00.0070.614

Vs d c π

??=

注：以上两个公式中的R 取m 为计算单位，得到的流量单位为：m 3/s 。

3．在双对数坐标纸上标绘0p u ?-关系曲线，并求出临界流化速度,m f u 。将实验测定值与计算值进行比较，算出相对误差。

临界流化速度的计算公式：

（气—固系统）：2

3,',,()150

s g m f m f g

m f

d g

u ρρεμε-=

- m/s

（液—固系统）： 23,',,()150

m f s l m f l

m f

d g

u ερρμε-=

- m/s

4．在双对数坐标纸上标绘固定床阶段的Re m m λ-的关系曲线。将实验测定曲线与由计算值标绘的曲线进行对照比较。

六、思考与讨论

1、床层底部的玻璃珠作用是什么？

2、分别列举关于固定床、流化床和输送床的工业应用的事例。

实验三、除尘性能实验

一、实验目的

1．掌握除尘器性能测定的基本方法；

2．了解除尘器运行工况对其效率和阻力的影响。二、实验内容

1．测定或调定除尘器的处理风量；

2．测定除尘器阻力与负荷的关系（即不同入口风速时的阻力变化规律）； 3．测定除尘器效率与负荷的关系（即不同入口风速时的除尘效率变化规律）。三、实验装置实验采用的主要仪器：

（1）毕托管（2）U 型压力计（3）电子秤（精度0.01克）（4）秒表（5）含尘浓度采样仪。

四、实验方法（1）风量的测定：

风量的测定采用毕托管测量，其原理是利用毕托管U 型管压力计测出风管断面的流速，从而确定风量。即：L F v =?

式中：L ——风量，m 3/s ；

F ——测量断面面积，m 2；

v ——测量断面空气平均流速，m/s 。

由于气流速度在风管断面上的分布是不均匀的，因此在同一断面上必须进行多点测量，然后求出该断面的平均流速V 。毕托管所测量的断面为48.5mm 的圆形断面，故可划分为两环，U 型管压力计测量出压差值，相应的空气流速：

v =式中：h ?——U 型管压力计压差值（mm ）

（2）小旋风除尘器阻力：q j P P P Z ?=?-- 式中：q P ?——小旋风除尘器进出口空气的全压差（Pa ）；

j P ——沿程阻力，即静压孔3与4的静压差×1.3（Pa ）；

Z ——局部阻力，2

v Z ρζ

=∑，0.52ζ=∑，（Pa ）。由于小旋风器进出口管段的管径相等，故动压相等，所以q j P P ?=?

式中：j P ?——小旋风除尘器进出口空气的静压值，即用微压计测得的静压孔2和4的静压值。

于是：

j j P P P Z ?=?--

（3）小旋风除尘器效率的测定

除尘器效率测定可采用重量浓度法或称重法，即按下式

100%Y Y Y η-=

? 或 10100%M M η=?

式中：1Y ——除尘器进口处平均含尘浓度，mg/m 3；

2Y ——除尘器出口处平均含尘浓度，mg/m 3。 0M ——喂入除尘器的物料量，g ； 1M ——除尘器收集到物料量，g 。

由于除尘器的效率与粉尘的粒度、比重以及除尘器的运行工况有很大关系，因此在给出除尘器效率时，应同时说明除尘器处理的粉尘的分散度、比重和运行工况，或者直接测出除尘器的分级效率。

五、测定结果整理

1、将测定得到的各种数据按下表整理，求出除尘器的风量，阻力，并根据所得结果，对该除尘器进行评价。

除尘器性能测定记录表

备注：1）端面面积24

F d π

(m 2) ；d 为毕托管的直径d =48.5mm ；

2）由毕托管的压差值计算流速：v =

（m/s ）

3）流量L 的计算式：L F v =? （m 3 / s ）

4）局部阻力：2

v Z ρζ=∑ （Pa ）；其中0.52ζ=∑

5）旋风除尘器阻力：j j P P P Z ?=?--

2、除尘器的分离效率：任意选定一个风量、一个喂料速度，进行分离效率的测定实验。六、思考题

1．影响旋风除尘器阻力的因素有哪些？结合工业生产举例说明。 2．影响旋风除尘器分离效率的因素有哪些？结合工业生产举例说明。

实验四、圆球法测固体材料导热系数

一、实验目的

1．加深对稳定导热过程基本理论的理解，建立维度与坐标选择的关系。 2．掌握用球壁导热仪测定绝热材料热导率的方法和技能。 3．确定材料热导率与温度的关系。

4．学会根据材料的热导率判断其导热能力并进行导热计算。二、实验原理

导热系数是表征物质导热能力的物性参数。一般地，不同材料的导热系数相差很大，其中金属的导热系数在2.3～417.6W·m -1·K -1范围内，建筑材料的导热系数在0.16～2.2W·m -1·K -1之间，液体的导热系数波动于0.093～0.7W·m -l ·K -1之间，而气体的导热系数则最小，在0.0058～0.58W·m -1·K -1范围内。即使是同一种材料，其导热系数还随温度、压强、湿度、物质结构和密度等因素而变化。各种材料的导热系数数据均可从有关资料或手册中查到，但由于具体条件如温度、结构、湿度和压强等条件的不同，这些数据往往与实际使用情况有出入，需进行修正。导热系数低于0.22W·m -1·K -1的一些固体材料称为绝热材料，由于它们具有多孔结构，传热过程是固体和孔隙的复杂传热过程，其机理复杂。为了工程计算的方便，常常把整个过程当作单纯的导热过程处理。

圆球法测定固体材料的导热系数是以同心球壁稳定导热规律作为基础。在球坐标中，考虑到温度仅随半径r 而变，故是一维稳定温度场导热。实验时，在直径为1d 和2d 的两个同心圆球的圆壳之间均匀地填充被测材料(可为粉状、粒状或纤维状)，在内球中则装有球形电炉加热器。当加热时间足够长时，球壁导热仪将达到热稳定状态，内外壁面温度分别恒为1t 和2t 。根据这种状态，可以推导出导热系数λ的计算公式。

根据傅立叶定理，经过物体的热流量有如下的关系：

24dt dt

Q A

r dr dr

λπλ=-=- （3-6）式中，Q ——单位时间内通过球面的热流量，W ； λ——绝热材料在平均温度t m =(t 1 +t 2)/2时的热导率，W·

m -1·K ；

——温度梯度，K·m-1； A ——球面面积，2

4A r π=，m 2。

对(1)式进行分离变量，并根据上述条件取定积分得：

124r t r t dt

q dt r

πλ==-?

? （3-7）其中，1r 、2r ：分别为内球外半径和外球内半径。积分得

211212

()2()Q d d t t d d λπ-=

- （3-8）其中，Q 为球形电炉提供的热量。只要测出该热量，即可计算出所测隔热材料的热导率。事实上，由于给出的λ是隔热材料在平均温度12()/2m t t t =+时的热导率。因此，在实验中只要保持温度场稳定（采用恒温水浴），测出球径1d 和2d ，热量Q 以及内外球面温度即可计算出平均温度m t 下隔热材料的导热系数。改变1t 和2t ，则可得到导热系数与温度的关系曲线()t λ-。

三、主要仪器与试剂

1．球壁导热仪：实验装置如图3.4所示。主要部件是两个铜制同心球壳l 、2，球壳之间均匀填充被测隔热材料，内壳中装有电热丝绕成的球形电炉加热器3。

2．热电偶测温系统：铜-康铜热电偶三支（测外壳壁温度），镍铬-镍铝热电偶三支（测内壳壁温度)；均焊接在壳壁上。通过转换开关将热电偶信号传递到电位差计，由电位差计检测出内外壁温度。

3.4

1-内球壳；2-外球壳；3-电加热器；4-热电偶热端；5-转换开关；6-热电偶冷端；

7-电位差计；8-调压器；9-电压表；10-电流表；11-绝热材料图3.4 球壁导热仪实验装置

3．电加热系统：外界电源通过稳压器后输出稳压电源，经调压器供给球形电炉加热器一个恒定的功率。用电流表和电压表分别测量通过加热器的电流和电压。

四、实验步骤

1．将被测绝热材料放置在烘箱中干燥，然后均匀地装入球壳的夹层之中。

2．按图3.4安装仪器仪表并连接导线，注意确保球体严格同心。检查连线无误后通电，使测试仪温度达到稳定状态（约3～4h ）。

3．用温度计测出热电偶冷端的温度0t 。

4．每间隔5～10min 测定一组温度数据。读数应保证对应点的温度不随时间变化（实验中以电位差计显示变化小于0.02mV 为准），温度达到稳定状态时再记录。分别将内外球面的测定值取平均值，进行内外球面温度的查表计算，求出热导率。

5．测定并绘制绝热材料的导热系数和量度之间的关系。

6．关闭电源，结束实验。五、数据记录及处理 1．测定数据记录

将有关原始数据和测定结果记入表3.1中。

表3.1 测定数据记录

2．绝热材料热导率的计算（1）平均温度的校正

根据冷端温度0t 及测点平均温度t ，可查得冷端电势0(,0)E t ，结合原始数据中各测点的平均电势0(,)E t t ，即可由下式求得(,0)E t ：

00(,0)(,)(,0)E t E t t E t =+

式中，t ——测点平均温度，℃； 0t ——冷端温度，℃； E ——热电势，mV 。

再由(,0)E t 值可查得测点温度1t 、2t 。（2）电加热器发热量计算：Q VI = 式中，Q ——单位时间内发热量，W ； V ——电加热器电压，V ； I ——电加热器电流，A 。（3）绝热材料的热导率计算用式（3-8）计算材料的热导率。

3．确定被测材料热导率和温度的关系，并绘制出t λ-曲线

由于此实验达到热稳定所需时间较长，无法在一个单元时间内进行不同温度下的多组测

λ-量，现将实验室在不同温度下的实测结果列于下表，请完成计算，将结果列入表中，并画出t 曲线。

d=105mm，外球内径在球壁导热仪的夹层中均匀地装入已烘干的玻璃纤维，内球外径

d=151mm。实测数据如表3.2。

表3.2 绝热材料热导率数据

注：内球热电偶——镍铬-镍铝热电偶；外球热电偶——铜-康铜热电偶。

六、思考题

1．热量的传递过程有哪几种？并举例说明？

2．材料导热系数的大小与哪些因素有关？

3．在工程中，如何衡量散热损失的大小？

化工原理实验报告

实验一伯努利实验一、实验目的 1、熟悉流体流动中各种能量和压头的概念及相互转化关系，加深对柏努利方程式的理解。 2、观察各项能量（或压头）随流速的变化规律。二、实验原理 1、不可压缩流体在管内作稳定流动时，由于管路条件（如位置高低、管径大小等）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（机械能守恒定律）。 2、对于实际流体，由于存在内磨擦，流体在流动中总有一部分机械能随磨擦和碰撞转化为热能而损失。故而对于实际流体，任意两截面上机械能总和并不相等，两者的差值即为机械损失。 3、以上几种机械能均可用U 型压差计中的液位差来表示，分别称为位压头、动压头、静压头。当测压直管中的小孔（即测压孔）与水流方向垂直时，测压管内液柱高度（位压头）则为静压头与动压头之和。任意两截面间位压头、静压头、动压头总和的差值，则为损失压头。 4、柏努利方程式 ∑+++=+++f h p u gz We p u gz ρ ρ2222121122 式中： 1Z 、2Z ——各截面间距基准面的距离（m ） 1u 、2u ——各截面中心点处的平均速度（可通过流量与其截面积求得） (m/s) 1P 、2p ——各截面中心点处的静压力（可由U 型压差计的液位差可知）（Pa ）对于没有能量损失且无外加功的理想流体，上式可简化为 ρ ρ2 2 22121122p u gz p u gz + +=++ 测出通过管路的流量,即可计算出截面平均流速ν及动压g 22 ν，从而可得到各截面测管水头和总水头。三、实验流程图

化工原理实验讲义全

化工原理实验讲义专业:环境工程应用化学教研室 2015.3

实验一流体机械能转化实验一、实验目的 1、了解流体在管流动情况下，静压能、动能、位能之间相互转化关系，加深对伯努利方程的理解。 2、了解流体在管流动时，流体阻力的表现形式。二、实验原理流动的流体具有位能、动能、静压能、它们可以相互转换。对于实际流体，因为存在摩擦，流动过程中总有一部分机械能因摩擦和碰撞，而被损失掉。所以对于实际流体任意两截面，根据能量守恒有： 2211221222f p v p v z z H g g g g ρρ++=+++ 上式称为伯努利方程。三、实验装置（d A =14mm ，d B =28mm ，d C =d D =14mm ，Z A -Z D =110mm ）实验装置与流程示意图如图1-1所示，实验测试导管的结构见图1-2所示：图1-1 能量转换流程示意图

图1-2实验导管结构图四、操作步骤 1.在低位槽中加入约3/4体积的蒸馏水，关闭离心泵出口上水阀及实验测试导管出口流量调节阀和排气阀、排水阀，打开回水阀后启动离心泵。 2.将实验管路的流量调节阀全开，逐步开大离心泵出口上水阀至高位槽溢流管有液体溢流。 3.流体稳定后读取并记录各点数据。 4.关小流量调节阀重复上述步骤5次。 5.关闭离心泵出口流量调节阀后，关闭离心泵，实验结束。五、数据记录和处理表一、转能实验数据表流量（l/h）压强mmH2O 压强 mmH2O 压强 mmH2O 压强 mmH2O 压强 mmH2O 压强 mmH2O 测试点标号 1 2 3 4 5 6 7 8

化工原理实验报告

化工原理实验报告 Prepared on 22 November 2020

实验一伯努利实验一、实验目的 1、熟悉流体流动中各种能量和压头的概念及相互转化关系，加深对柏努利方程式的理解。 2、观察各项能量（或压头）随流速的变化规律。二、实验原理 1、不可压缩流体在管内作稳定流动时，由于管路条件（如位置高低、管径大小等）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（机械能守恒定律）。 2、对于实际流体，由于存在内磨擦，流体在流动中总有一部分机械能随磨擦和碰撞转化为热能而损失。故而对于实际流体，任意两截面上机械能总和并不相等，两者的差值即为机械损失。 3、以上几种机械能均可用U 型压差计中的液位差来表示，分别称为位压头、动压头、静压头。当测压直管中的小孔（即测压孔）与水流方向垂直时，测压管内液柱高度（位压头）则为静压头与动压头之和。任意两截面间位压头、静压头、动压头总和的差值，则为损失压头。 4、柏努利方程式式中： 1Z 、2Z ——各截面间距基准面的距离（m ） 1u 、2u ——各截面中心点处的平均速度（可通过流量与其截面积求得） (m/s)

1P 、2p ——各截面中心点处的静压力（可由U 型压差计的液位差可知）（Pa ）对于没有能量损失且无外加功的理想流体，上式可简化为 ρ ρ2 222121122p u gz p u gz + +=++ 测出通过管路的流量,即可计算出截面平均流速ν及动压g 22 ν，从而可得到各截面测管水头和总水头。三、实验流程图泵额定流量为10L/min,扬程为8m,输入功率为80W. 实验管：内径15mm 。四、实验操作步骤与注意事项 1、熟悉实验设备，分清各测压管与各测压点，毕托管测点的对应关系。 2、打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流后，检查泄水阀关闭时所有测压管水面是否齐平，若不平则进行排气调平(开关几次）。 3、打开阀5，观察测压管水头和总水头的变化趋势及位置水头、压强水头之间的相互关系，观察当流量增加或减少时测压管水头的变化情况。 4、将流量控制阀开到一定大小，观察并记录各测压点平行与垂直流体流动方向的液位差△h 1…△h 4。要注意其变化情况。继续开大流量调节阀，测压孔正对水流方向，观察并记录各测压管中液位差△h 1…△h 4。 5、实验完毕停泵，将原始数据整理。实验二离心泵性能曲线测定一、实验目的 1. 了解离心泵的构造和操作方法 2. 学习和掌握离心泵特性曲线的测定方法

化工原理实验思考题答案

实验1单项流动阻力测定（1）启动离心泵前，为什么必须关闭泵的出口阀门？答：由离心泵特性曲线知，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）流量为零时，U形管两支管液位水平吗？为什么？答：水平，当u=0时柏努利方程就变成流体静力学基本方程： Z l P l ? :?g =Z2 P2；g,当P l = P2 时，Z I = Z2 （4 ）怎样排除管路系统中的空气？如何检验系统内的空气已经被排除干净？答：启动离心泵用大流量水循环把残留在系统内的空气带走。关闭出口阀后，打开U形管顶部的阀门，利用空气压强使U形管两支管水往下降，当两支管液柱水平，证明系统中空气已被排除干净。（5）为什么本实验数据须在双对数坐标纸上标绘？答：因为对数可以把乘、除变成加、减，用对数坐标既可以把大数变成小数，又可以把小数扩大取值范围，使坐标点更为集中清晰，作出来的图一目了然。（6）你在本实验中掌握了哪些测试流量、压强的方法？它们各有什么特点？答：测流量用转子流量计、测压强用U形管压差计，差压变送器。转子流量计，随流量的大小，转子可以上、下浮动。U形管压差计结构简单，使用方便、经济。差压变送器，将压差转换成直流电流，直流电流由毫安表读得，再由已知的压差~电流回归式算出相应的压差，可测大流量下的压强差。（7 ）读转子流量计时应注意什么？为什么？答：读时，眼睛平视转子最大端面处的流量刻度。如果仰视或俯视，则刻度不准，流量就全有误^^。（8）两个转子能同时开启吗？为什么？答：不能同时开启。因为大流量会把U形管压差计中的指示液冲走。（9 ）开启阀门要逆时针旋转、关闭阀门要顺时针旋转，为什么工厂操作会形成这种习惯？答：顺时针旋转方便顺手，工厂遇到紧急情况时，要在最短的时间，迅速关闭阀门，久而久之就形成习惯。当然阀门制造商也满足客户的要求，阀门制做成顺关逆开。（10）使用直流数字电压表时应注意些什么？答：使用前先通电预热15分钟，另外，调好零点（旧设备），新设备，不需要调零点。如果有波动，取平均值。（11）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,磨擦阻力F=0,没有能量消耗，当然不存在压强差。 Z j +P/? +uj/2g =Z2 +u；/2g , T d1=d2 二U1=U2 又T Z1=Z2 （水平管）P1 = P2 （12）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？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，造成泵体，管路和电机的损坏。（13）本实验用水为工作介质做出的入一Re曲线，对其它流体能否使用？为什么？

化工原理实验资料

实验一干燥实验一、实验目的 1.了解洞道式循环干燥器的基本流程、工作原理和操作技术。 2.掌握恒定条件下物料干燥速率曲线的测定方法。 3.测定湿物料的临界含水量X C，加深对其概念及影响因素的理解。 4.熟悉恒速阶段传质系数K H、物料与空气之间的对流传热系数的测定方法。二、实验内容 1.在空气流量、温度不变的情况下，测定物料的干燥速率曲线和临界含水量，并了解其影响因素。 2.测定恒速阶段物料与空气之间的对流传热系数「和传质系数K H。三、基本原理干燥操作是采用某种方式将热量传给湿物料，使湿物料中水分蒸发分离的操作。干燥操作同时伴有传热和传质，而且涉及到湿分以气态或液态的形式自物料内部向表面传质的机理。由于物料含水性质和物料形状上的差异，水分传递速率的大小差别很大。概括起来说，影响传递速率的因素主要有：固体物料的种类、含水量、含水性质；固体物料层的厚度或颗粒的大小；热空气的温度、湿度和流速；热空气与固体物料间的相对运动方式。目前尚无法利用理论方法来计算干燥速率（除了绝对不吸水物质外），因此研究干燥速率大多采用实验的方法。干燥实验的目的是用来测定干燥曲线和干燥速率曲线。为简化实验的影响因素，干燥实验是在恒定的干燥条件下进行的，即实验为间歇操作，采用大量空气干燥少量的物料，且空气进出干燥器时的状态如温度、湿度、气速以及空气与物料之间的流动方式均恒定不变。本实验以热空气为加热介质，甘蔗渣滤饼为被干燥物。测定单位时间内湿物料的质量变化，实验进行到物料质量基本恒定为止。物料的含水量常用相对与物料总量的水分含量，即以湿物料为基准的水分含量，用?来表示。但因干燥时物料总量在变化，所以采用以干基料为基准的含水量X表示更为方便。??与X的关系为： CO X （8—1）1 - ■ 式中：X —干基含水量kg水/kg绝干料； ■—湿基含水量kg水/kg湿物料。物料的绝干质量G C是指在指定温度下物料放在恒温干燥箱中干燥到恒重时的质量。干燥曲线即物料的干基含水量X与干燥时间?的关系曲线，它说明物料在干燥过程中，干基含水量随干燥时间变化的关系。物料的干燥曲线的具体形状因物料性质及干燥条件而变，但是曲线的一般形状，如图（8—1）所示，开始的一小段为持续时间很短、斜率较小的直线段AB段；随后为持续时间长、斜率较大的直线BC;段以后的一段为曲线

化工原理实验指导书

化工原理实验指导书目录

实验一流体流淌阻力的测定 (1) 实验二离心泵特性曲线的测定 (5) 实验三传热系数测定实验 (7) 实验四筛板式精馏塔的操作及塔板效率测定 (9) 实验五填料塔吸取实验 (12) 演示实验柏努利方程实验 (14) 雷诺实验 (16) 实验一流体流淌阻力的测定一、实验目的

1、了解流体在管道内摩擦阻力的测定方法； 2、确定摩擦系数λ与雷诺数Re 的关系。二、差不多原理由于流体具有粘性，在管内流淌时必须克服内摩擦力。当流体呈湍流流淌时，质点间不断相互碰撞，引起质点间动量交换，从而产生了湍动阻力，消耗了流体能量。流体的粘性和流体的涡流产生了流体流淌的阻力。在被侧直管段的两取压口之间列出柏努力方程式，可得： ΔP f =ΔP L —两侧压点间直管长度(m) d —直管内径(m) λ—摩擦阻力系数 u —流体流速（m/s ） ΔP f —直管阻力引起的压降（N/m 2 ） μ—流体粘度（Pa.s ） ρ—流体密度（kg/m 3 ）本实验在管壁粗糙度、管长、管径、一定的条件下用水做实验，改变水流量，测得一系列流量下的ΔP f 值，将已知尺寸和所测数据代入各式，分不求出λ和Re ，在双对数坐标纸上绘出λ～Re 曲线。三、实验装置简要讲明水泵将储水糟中的水抽出，送入实验系统，第一经玻璃转子流量计测量流量，然后送入被测直管段测量流体流淌的阻力，经回流管流回储水槽，水循环使用。被测直管段流体流淌阻力△P 可依照其数值大小分不采纳变压器或空气—水倒置U 型管来测量。四、实验步骤: 1、向储水槽内注蒸馏水,直到水满为止。 2、大流量状态下的压差测量系统,应先接电预热10-15分钟,观擦数字外表的初始值并记录后方可启动泵做实验。 3、检查导压系统内有无气泡存在.当流量为0时打开B1、B2两阀门，若空气－水倒置U 型管内两液柱的高度差不为0，则讲明系统内有气泡存在,需要排净气泡方可测取数据。排气方法：将流量调至较大，排除导压管内的气泡，直至排净为止。 4、测取数据的顺序可从大流量至小流量，反之也可，一样测15～20组数，建议当流量读数小于300L/h 时，用空气—水倒置U 型管测压差ΔP 。 5、待数据测量完毕，关闭流量调剂阀，切断电源。五、使用实验设备应注意的事项： 2 2u d L P h f f ?=?= λ ρ 2 2u P L d f ??= ρλμ ρ du = Re

化工原理实验报告

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实验一伯努利实验一、实验目的 1、熟悉流体流动中各种能量和压头的概念及相互转化关系,加深对柏努利方程式的理解。２、观察各项能量(或压头)随流速的变化规律。二、实验原理 1、不可压缩流体在管内作稳定流动时,由于管路条件（如位置高低、管径大小等)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(机械能守恒定律）。 2、对于实际流体，由于存在内磨擦,流体在流动中总有一部分机械能随磨擦和碰撞转化为热能而损失。故而对于实际流体,任意两截面上机械能总和并不相等，两者的差值即为机械损失。 3、以上几种机械能均可用U 型压差计中的液位差来表示，分别称为位压头、动压头、静压头。当测压直管中的小孔(即测压孔）与水流方向垂直时,测压管内液柱高度(位压头）则为静压头与动压头之和。任意两截面间位压头、静压头、动压头总和的差值，则为损失压头。 4、柏努利方程式 ∑+++=+++f h p u gz We p u gz ρ ρ2222121122 式中: 1Z 、2Z ——各截面间距基准面的距离 (ｍ） 1u 、2u ——各截面中心点处的平均速度（可通过流量与其截面积求得） (m/s) 1P 、2p ——各截面中心点处的静压力(可由Ｕ型压差计的液位差可知) （Pa ）对于没有能量损失且无外加功的理想流体，上式可简化为 ρ ρ2 2 22121122p u gz p u gz + +=++ 测出通过管路的流量,即可计算出截面平均流速ν及动压g 22 ν，从而可得到各截面测管水头和总水头。三、实验流程图

2014化工原理实验复习提纲(下册)：

第一部分实验基础知识 1、如何读取实验数据 2、如何写实验报告 3、数据处理一、实验数据的误差分析 1. 真值 2、平均值及其种类 3、误差的分类 4、精密度和精确度 5、实验数据的记数法和有效数字错误认识：小数点后面的数字越多就越正确，或者运算结果保留位数越多越准确。二、实验数据处理实验数据中各变量的关系可表示为列表式，图示式和函数式。第二部分实验内容 a log log log log ln ln ln ln ln 1212=--+=?=+=?=截矩直线的斜率＝真值，双对数坐标半对数坐标x x y y x b a y ax y bx a y ae y b bx Θ

每个实验的原理、操作方法、仪表的使用、实验记录、数据处理、思考题一、精馏实验：物系、实验原理、流程图、数据处理（用公式表示）、思考题 1)测定指定条件下的全塔效率或等板高度 2)操作中可调节可控制的量 3)物料浓度的测定方法 4)操作步骤，先全回流，再确定一定回流比操作，为什么 5)实验中出现异常现象（液泛，无回流），如何判断？如何处理？ 6)进料状态对精馏塔的操作有何影响？确定q线需要测定哪几个量？查取进料液的汽化潜热时定性温度应取何值？ 7)什么是全回流？全回流操作的标志有哪些？在生产中有什么实际意义？ 8)其他条件都不变，只改变回流比，对塔性能会产生什么影响？ 9)进料板位置是否可以任意选择，它对塔的性能有何影响？ 10)为什么酒精蒸馏采用常压操作而不采用加压蒸馏或真空蒸馏？ 11)将本塔适当加高，是否可以得到无水酒精？为什么？ 12)影响精馏塔操作稳定的因素有哪些？如何确定精馏塔操作已达稳定？本实验装置能否精馏出98%（质量）以上的酒精？为什么？ 13)各转子流量计测定的介质及测量条件与标定时的状态不同，应如何校正？

化工原理实验资料

实验一干燥实验一、实验目的 1. 了解洞道式循环干燥器的基本流程、工作原理和操作技术。 2. 掌握恒定条件下物料干燥速率曲线的测定方法。 3. 测定湿物料的临界含水量X C ，加深对其概念及影响因素的理解。 4. 熟悉恒速阶段传质系数K H 、物料与空气之间的对流传热系数α的测定方法。二、实验内容 1. 在空气流量、温度不变的情况下，测定物料的干燥速率曲线和临界含水量，并了解其影响因素。 2. 测定恒速阶段物料与空气之间的对流传热系数α和传质系数K H 。三、基本原理干燥操作是采用某种方式将热量传给湿物料，使湿物料中水分蒸发分离的操作。干燥操作同时伴有传热和传质，而且涉及到湿分以气态或液态的形式自物料内部向表面传质的机理。由于物料含水性质和物料形状上的差异，水分传递速率的大小差别很大。概括起来说，影响传递速率的因素主要有：固体物料的种类、含水量、含水性质；固体物料层的厚度或颗粒的大小；热空气的温度、湿度和流速；热空气与固体物料间的相对运动方式。目前尚无法利用理论方法来计算干燥速率（除了绝对不吸水物质外），因此研究干燥速率大多采用实验的方法。干燥实验的目的是用来测定干燥曲线和干燥速率曲线。为简化实验的影响因素，干燥实验是在恒定的干燥条件下进行的，即实验为间歇操作，采用大量空气干燥少量的物料，且空气进出干燥器时的状态如温度、湿度、气速以及空气与物料之间的流动方式均恒定不变。本实验以热空气为加热介质，甘蔗渣滤饼为被干燥物。测定单位时间内湿物料的质量变化，实验进行到物料质量基本恒定为止。物料的含水量常用相对与物料总量的水分含量，即以湿物料为基准的水分含量，用ω来表示。但因干燥时物料总量在变化，所以采用以干基料为基准的含水量X 表示更为方便。ω与X 的关系为： X = -ω ω 1 （8—1）式中： X —干基含水量 kg 水/kg 绝干料； ω—湿基含水量 kg 水/kg 湿物料。物料的绝干质量G C 是指在指定温度下物料放在恒温干燥箱中干燥到恒重时的质量。干燥曲线即物料的干基含水量X 与干燥时间τ的关系曲线，它说明物料在干燥过程中，干基含水量随干燥时间变化的关系。物料的干燥曲线的具体形状因物料性质及干燥条件而变，但是曲线的一般形状，如图（8—1）所示，开始的一小段为持续时间很短、斜率较小的直线段AB 段；随后为持续时间长、斜率较大的直线BC ；段以后的一段为曲线

化工原理实验答案汇编

实验四 1.实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响? 无影响。因为Q=αA△t m，不论冷流体和蒸汽是迸流还是逆流流动，由于蒸汽的温度不变，故△t m不变，而α和A不受冷流体和蒸汽的流向的影响，所以传热效果不变。 2.蒸汽冷凝过程中，若存在不冷凝气体，对传热有何影响、应采取什么措施？不冷凝气体的存在相当于增加了一项热阻，降低了传热速率。冷凝器必须设置排气口，以排除不冷凝气体。 3.实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响？如何及时排走冷凝水？冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了一项热阻，降低了传热速率。在外管最低处设置排水口，及时排走冷凝水。 4.实验中，所测定的壁温是靠近蒸汽侧还是冷流体侧温度？为什么？传热系数k 接近于哪种流体的壁温是靠近蒸汽侧温度。因为蒸汽的给热系数远大于冷流体的给热系数，而壁温接近于给热系数大的一侧流体的温度，所以壁温是靠近蒸汽侧温度。而总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数 5.如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α关联式有何影响？基本无影响。因为α∝(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4，当蒸汽压强增加时，r 和△t 均增加，其它参数不变，故(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4变化不大，所以认为蒸汽压强对α关联式无影响。实验五固体流态化实验 1.从观察到的现象，判断属于何种流化？ 2.实际流化时，p为什么会波动？ 3.由小到大改变流量与由大到小改变流量测定的流化曲线是否重合，为什么？4流体分布板的作用是什么？实验六精馏 1．精馏塔操作中，塔釜压力为什么是一个重要操作参数，塔釜压力与哪些因素有关? 答（1）因为塔釜压力与塔板压力降有关。塔板压力降由气体通过板上孔口或通道时为克服局部阻力和通过板上液层时为克服该液层的静压力而引起，因而塔板压力降与气体流量（即塔内蒸汽量）有很大关系。气体流量过大时，会造成过量液沫夹带以致产生液泛，这时塔板压力降会急剧加大，塔釜压力随之升高，因此本实验中塔釜压力可作为调节塔釜加热状况的重要参考依据。（2）塔釜温度、流体的粘度、进料组成、回流量。 2．板式塔气液两相的流动特点是什么? 答：液相为连续相，气相为分散相。 3．操作中增加回流比的方法是什么，能否采用减少塔顶出料量D的方法? 答：（1）减少成品酒精的采出量或增大进料量，以增大回流比；（2）加大蒸气量，增加塔顶冷凝水量，以提高凝液量，增大回流比。

化工原理实验思考题答案

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02 2 ==u H 动，流体没有运动就不存在阻力，即Σh f =0，由于流体保持静止状态也就无外功加入，既W e =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H ＞H /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、下游相邻测压点之间的流体阻力损失Σh f 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Σh f 就越大，就直管阻力公式可以看出2 2 u d l H f ??=λ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 H 2222d c u u =22 ab u ρcd p ρab p 2 2 u d l H f ??=λ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： 135.00145.036004 08.0360042 2=???=???= ππd Vs u A 半（m/s ） A 点全开时的流速： 269.00145 .036004 16.0360042 2=???=???=ππd Vs u A 全（m/s ） C 点半开时的流速： 1965.0012 .036004 08.0360042 2=???=???= ππd Vs u c 半（m/s ）

化工原理实验讲义(版本)

化工原理实验实验讲义西南科技大学材料科学与工程学院材料基础中心实验室二○一三年十二月

目录实验一、流体力学综合阻力实验A (2) 实验二、固体流态化的流动特性实验 (6) 实验三、除尘性能实验 (11) 实验四、圆球法测固体材料导热系数 (13)

实验一、流体力学综合阻力实验A 实验前介绍双台综合阻力实验台（图1）为流体力学综合性多用途教学实验装置。为双台型，可供两组学生同时进行实验。利用本装置可进行下列实验： 1．沿程阻力实验 2．局部（阀门）阻力实验 3．孔板流量计流量系数测定实验 4．文丘里流量计流量系数测定实验实验装置实验台的结构简图如图1所示。它主要由沿程阻力实验管路1、局部（阀门）阻力实验管路2、孔板流量计实验管路3和文丘里流量计实验管路4等四路实验管所组成，并有水泵及其驱动电机5，塑料储水箱6，有机玻璃回水水箱及计量水箱7（实测流量时用）、压差显示板8（图中未示出）和一些闸门组成的实验水循环系统和压差显示系统等，双台实验装置安装在一个底架9和管道支架10上。文丘里实验管路为所有其它实验管路共用的出流通道。图1 实验台结构简图工业应用以水泥工业的预热预分解系统为例：对于预热器系统来说，系统的阻力损失直接关系到能耗问题，因此在设计时就要充分考虑到局部阻力和沿程阻力等，所以了解这两种阻力的性质、可能出现的情况、以及如何减少这类损失等知识是很有必要的。对于其他生产工艺来说都是同样的重要。在生产中经常要对系统的稳定运行进行热工标定，即：测定管道内的流体速度，以检测系统是否正常稳定运行，并依此数据进行调节。这就会用到流量计和毕托管等测定流体速度，

化工原理实验讲义(最终版)

目录绪论实验一雷诺实验实验二伯努利方程实验实验三流体流动阻力的测定实验四流量计校核实验实验六恒压过滤常数的测定实验七传热实验实验八精馏实验实验十干燥实验

绪论一、化工原理实验的特点《化工原理》是化工、食品、生物工程、环境工程等专业的重要技术基础课，它属于工程技术学科，故化工原理实验也是解决工程问题必不可少的重要部分。面对实际的工程问题，其涉及的物料千变万化，操作条件也随各工艺过程而改变，使用的各种设备结构、大小相差悬殊，很难从理论上找出反映各过程本质的共同规律，一般采用两种研究方法解决实际工程问题，即实验研究法和数学模型法。对于实验研究法，在析因实验基础上应用因次分析法规划实验，再通过实验得到应用于各种情况下的半理论半经验关联式或图表。例如找出流体流动中摩擦系数与雷诺准数和相对粗糙度关系的实验。对于数学模型法，在简化物理模型的基础上，建立起数学模型，再通过实验找出联系数学模型与实际过程的模型参数，使数学模型能得到实际的应用。例如精馏中通过实验测出塔板效率将理论塔板数和实际塔板数联系起来。可以说，化工原理实验基本包含了这两种研究方法的实验，这是化工原理实验的重要特征。虽然化工原理实验测定内容及方法是复杂的，但是所采用的实验装备却是生产中最常用的设备和仪表，这是化工原理实验的第二特点。例如流体阻力实验中，虽然要测定摩擦系数与雷诺数及相对粗糙度的复杂关系，但使用的却是极其简单的泵、管道、压力计、流量计等设备仪表。化工原理实验的这些特点，同学们应该在实验中认真体会，通过化工原理实验对这些处理工程问题的方法加深认识并初步得以应用。二、化工原理实验的要求 1.巩固和深化理论知识。化工原理课堂上讲授的主要是化工过程即单元操作的原理，包括物理模型和数学模型。这些内容是很抽象的，还应通过化工原理实验及实习这些实践性环节，深入理解和掌握课堂讲授的内容。我们针对这部分的要求在每个实验的后面布置了许多思考题，可引导和启发同学们认真做实验，并通过实验环节，理解过程原理及各种影响因素。故要求同学们在做实验和完成实验报告中认真完成这些思考题。 2. 初步掌握化工工程问题的研究方法，熟悉化工数据基本测试技术。工程中无论实验研究法和数学模型法均离不开实验测定各种化工数据。通过实验过程可进一步认识解决工程问题的这些方法，同时也熟悉这些设备、仪表的结构、主要性能及基本操作。三、化工原理实验预习报告每次做实验前必须将实验预习报告交给实验指导教师检查合格后方能进行实验。

化工原理实验思考题答案

实验1 单项流动阻力测定（1）启动离心泵前，为什么必须关闭泵的出口阀门？答：由离心泵特性曲线知，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）流量为零时，U 形管两支管液位水平吗？为什么？答：水平，当u=0时柏努利方程就变成流体静力学基本方程： 21212211,,Z Z p p g p Z g P Z ==+=+时当ρρ （4）怎样排除管路系统中的空气？如何检验系统内的空气已经被排除干净？答：启动离心泵用大流量水循环把残留在系统内的空气带走。关闭出口阀后，打开 U 形管顶部的阀门，利用空气压强使U 形管两支管水往下降，当两支管液柱水平，证明系统中空气已被排除干净。（5）为什么本实验数据须在双对数坐标纸上标绘？答：因为对数可以把乘、除变成加、减，用对数坐标既可以把大数变成小数，又可以把小数扩大取值范围，使坐标点更为集中清晰，作出来的图一目了然。（6）你在本实验中掌握了哪些测试流量、压强的方法？它们各有什么特点？答：测流量用转子流量计、测压强用U 形管压差计，差压变送器。转子流量计，随流量的大小，转子可以上、下浮动。U 形管压差计结构简单，使用方便、经济。差压变送器，将压差转换成直流电流，直流电流由毫安表读得，再由已知的压差~电流回归式算出相应的压差，可测大流量下的压强差。（7）读转子流量计时应注意什么？为什么？答：读时，眼睛平视转子最大端面处的流量刻度。如果仰视或俯视，则刻度不准，流量就全有误差。（8）两个转子能同时开启吗？为什么？答：不能同时开启。因为大流量会把U 形管压差计中的指示液冲走。（9）开启阀门要逆时针旋转、关闭阀门要顺时针旋转，为什么工厂操作会形成这种习惯？答：顺时针旋转方便顺手，工厂遇到紧急情况时，要在最短的时间，迅速关闭阀门，久而久之就形成习惯。当然阀门制造商也满足客户的要求，阀门制做成顺关逆开。（10）使用直流数字电压表时应注意些什么？答：使用前先通电预热15分钟，另外，调好零点（旧设备），新设备，不需要调零点。如果有波动，取平均值。

化工原理实验思考题及答案

化工原理实验思考题(填空与简答) 一、填空题： 1.孔板流量计的C~Re关系曲线应在单对数坐标纸上标绘。 2.孔板流量计的V S ~ R关系曲线在双对数坐标上应为_直线—。 3.直管摩擦阻力测定实验是测定入与Re的关系，在双对数坐标纸上标绘。 4.单相流动阻力测定实验是测定直管阻力和局部阻力。 5.启动离心泵时应关闭出口阀和功率开关。 6.流量增大时离心泵入口真空度增大出口压强将减小。 7 .在精馏塔实验中，开始升温操作时的第一项工作应该是开循环冷却水。 8.在精馏实验中，判断精馏塔的操作是否稳定的方法是塔顶温度稳定 9.在传热实验中随着空气流量增加其进出口温度差的变化趋势：_进出口温差随空气流量增加而减小。 10.在传热实验中将热电偶冷端放在冰水中的理由是减小测量误差。 11.萃取实验中_水_为连续相，煤油为分散相。 12.萃取实验中水的出口浓度的计算公式为C E1=V R(C R1-C R2)/V E。 13.干燥过程可分为等速干燥和降速干燥。 14.干燥实验的主要目的之一是掌握干燥曲线和干燥速率曲线的测定方法。 15.过滤实验采用悬浮液的浓度为5% ,其过滤介质为帆布。 16.过滤实验的主要内容测定某一压强下的过滤常数。

17.在双对数坐标系上求取斜率的方法为：需用对数值来求算，或者直接用尺子在坐标纸上量取线段长度求取。 18.在实验结束后，关闭手动电气调节仪表的顺序一般为：先将手动旋钮旋至零位，再关闭电源 19.实验结束后应清扫现场卫生，合格后方可离开。 20.在做实验报告时，对于实验数据处理有一个特别要求就是：要有一组数据处理的计算示例。 21.在阻力实验中，两截面上静压强的差采用倒U形压差计测定。 22.实验数据中各变量的关系可表示为表格，图形和公式. 23.影响流体流动型态的因素有流体的流速、粘度、温度、尺寸、形状等. 24.用饱和水蒸汽加热冷空气的传热实验，试提出三个强化传热的方案（1）增加空气流速（2）在空气一侧加装翅片（3）定期排放不凝气体。 25.在精馏实验数据处理中需要确定进料的热状况参数q值，实验中需要测定进料量、进料温度、进料浓度等。 26.干燥实验操作过程中要先开鼓风机送风后再开电热器，以防烧坏加热丝。 27.在本实验室中的精馏实验中应密切注意釜压，正常操作维持在0.005mPa 如果达到0.008?0.01mPa可能出现液泛，应减少加热电流（或停止加热），将进料、回流和产品阀关闭，并作放空处理，重新开始实验。 28.流体在流动时具有三种机械能：即①位能，②动能，③压力能。这三种能量可以互

化工原理实验讲义

化工原理实验指导书唐山学院

目录实验一流体流动阻力的测定 (1) 实验二离心泵特性曲线的测定 (5) 实验三传热系数测定实验 (7) 实验四筛板式精馏塔的操作及塔板效率测定 (9) 实验五填料塔吸收实验 (12) 演示实验柏努利方程实验 (14) 雷诺实验 (16)

实验一流体流动阻力的测定、实验目的 1、了解流体在管道内摩擦阻力的测定方法； 2、确定摩擦系数入与雷诺数 Re 的关系。二、基本原理由于流体具有粘性，在管内流动时必须克服内摩擦力。当流体呈湍流流动时，质点间不断相互碰撞，弓I 起质点间动量交换，从而产生了湍动阻力，消耗了流体能量。流体的粘性和流体的涡流产生了流体流动的阻力。在被侧直管段的两取压口之间列出柏努力方程式，可得: △ P f = △ P ’ P f L u 2 h f d 2 L —两侧压点间直管长度（m ） 2d P f d —直管内径（m ）入一摩擦阻力系数 u —流体流速（m/s ） △ P f —直管阻力引起的压降（N/m 2 ）厂流体粘度（Pa.s ） p — 流体密度（kg/m 3 ）本实验在管壁粗糙度、管长、管径、一定的条件下用水做实验，改变水流量，测得一系列流量下的△ P f 值，将已知尺寸和所测数据代入各式，分别求出入和 Re ,在双对数坐标纸上绘出入?Re 曲线。三、实验装置简要说明水泵将储水糟中的水抽出，送入实验系统，首先经玻璃转子流量计测量流量，然后送入被测直管段测量流体流动的阻力，经回流管流回储水槽，水循环使用。被测直管段流体流动阻力△ P 可根据其数值大小分别采用变压器或空气一水倒置 U 型管来测量。四、实验步骤： 1、向储水槽内注蒸馏水，直到水满为止。 2、大流量状态下的压差测量系统，应先接电预热10-15分钟，观擦数字仪表的初始值并记录后方可启动泵做实验。 3、检查导压系统内有无气泡存在 .当流量为0时打开B1、B2两阀门，若空气一水倒置 U 型管内两液柱的高度差不为 0，则说明系统内有气泡存在，需要排净气泡方可测取数据。排气方法：将流量调至较大，排除导压管内的气泡，直至排净为止。 4、测取数据的顺序可从大流量至小流量，反之也可，一般测 15?20组数，建议当流量读数小于300L/h 时，用空气一水倒置 U 型管测压差△ P 。 5、待数据测量完毕，关闭流量调节阀，切断电源。 Re du

化工原理实验

化工原理实验攀枝花学院生物与化学工程学院实践教学中心编制 2007年6月25日

实验报告格式 1．实验题目、日期及同组人员； 2．实验目的及原理； 3．实验流程图及设备规格、型号说明； 4．实验步骤； 5．实验原始数据以表格记录形式表示； 6．以一组实验数据为例进行典型计算； 7．计算数据及结果数据以列表表示； 8．实验结果以图表或关系式表示，并得出结论； 9．对结果的评估讨论、误差分析及实验改进的建议等； 10.回答思考题。实验一流体力学综合实验一、实验目的 1.测定水在管道内流动时的直管阻力损失，作出λ与Re的关系曲线； 2.测定水在管道内流动时的局部阻力损失，测量和计算全开下截止阀的局部阻力系数ζ或当量长度l e； 3.测定一定转速下，离心泵的特性曲线；二、实验原理 1. 摩擦阻力系数λ～Re 流体在管道内流动时，由于内摩擦力的存在，必然有能量损耗，此损耗能量为直管阻力损失。在流经阀门、管件时，由于流道方向或大小的改变，造成流体的剧烈湍动，造成的能量损失称为局部阻力损失。根据柏努利方程，对等直径的1、2两截面间的直管阻力损失为：图1 直管阻力测量原理示意图

ρ p h f ?= （1）由因次分析法得 2 2 u d l h f ??=λ （2） μ ρ ??= u d Re （3） ?? ? ? ? =d f ελRe, （4）式中： h f ? 直管阻力损失 (J/kg)； λ ? 摩擦阻力系数； l 、d 、ε ? 直管的长度、管内径和绝对粗糙度 (m)； ?p ? 流体流经直管的压降 (Pa)； ρ 、μ ? 分别是流体的密度 (kg/m 3) 和粘度 (Pa ?s)； u ? 流体在管内的平均流速 (m/s)。由公式（2）可以看出，流体流动时的摩擦阻力损失与管道的长度成正比，与管道的直径成反比。流体的平均速度越高，阻力损失越大。利用公式（2）计算直管阻力损失时，需要知道不同雷诺数下摩擦阻力系数的值。穆迪图给出了 λ~Re 的关系曲线。本实验装置可以利用上面的公式来验证直管阻力损失计算，测定λ~Re 的关系曲线。流体在长度和直径一定的管道内流动时，利用U 型管压差计实验测出一定流量下流体流经该长度管段所产生的压降，即可算得 h f ，利用公式（2）可得到 λ，根据流速和物性数据可按公式（5）计算出对应的雷诺数Re ，从而关联出 λ 与Re 的关系曲线。改变实验管可得出不同粗糙度（不同材质直管）的λ 与Re 的关系曲线。 2. 局部阻力系数 ζ 和当量长度l e 对于由阀门或管件造成的局部阻力损失，可以用以下的公式计算：当量长度法 22 u d l h e f ??=λ （5）局部阻力系数法 2 2 u h f ?=ζ （6）式中： h f ? 局部阻力损失 (J/kg)； ζ ? 局部阻力系数；

化工原理实验报告

化工原理实验报告文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

实验一伯努利实验一、实验目的 1、熟悉流体流动中各种能量和压头的概念及相互转化关系，加深对柏努利方程式的理解。 2、观察各项能量（或压头）随流速的变化规律。二、实验原理 1、不可压缩流体在管内作稳定流动时，由于管路条件（如位置高低、管径大小等）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（机械能守恒定律）。 2、对于实际流体，由于存在内磨擦，流体在流动中总有一部分机械能随磨擦和碰撞转化为热能而损失。故而对于实际流体，任意两截面上机械能总和并不相等，两者的差值即为机械损失。 3、以上几种机械能均可用U 型压差计中的液位差来表示，分别称为位压头、动压头、静压头。当测压直管中的小孔（即测压孔）与水流方向垂直时，测压管内液柱高度（位压头）则为静压头与动压头之和。任意两截面间位压头、静压头、动压头总和的差值，则为损失压头。 4、柏努利方程式式中： 1Z 、2Z ——各截面间距基准面的距离（m ） 1u 、2u ——各截面中心点处的平均速度（可通过流量与其截面积求得） (m/s)

化工原理实验思考题答案汇总

流体流动阻力的测定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？答：启动离心泵用大流量水循环把残留在系统内的空气带走。关闭出口阀后，打开U形管顶部的阀门，利用空气压强使U形管两支管水往下降，当两支管液柱水平，证明系统中空气已被排除干净。 2.以水为介质所测得的λ~Re关系能否适用于其他流体？答：能用，因为雷诺准数是一个无因次数群，它允许d、u、、变化 3.在不同的设备上（包括不同管径），不同水温下测定的λ~Re数据能否关联在同一条曲线上？答:不能,因为Re=duρ/μ，与管的直径有关离心泵特性曲线的测定 1.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？答：关闭阀门的原因从试验数据上分析：开阀门意味着扬程极小，这意味着电机功率极大，会烧坏电机（2）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？答：离心泵不灌水很难排掉泵内的空气，导致泵空转而不能排水；泵不启动可能是电路问题或是泵本身已损坏，即使电机的三相电接反了，泵也会启动的。（3）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？答：当泵不被损坏时，真空表和压力表读数会恒定不变，水泵不排水空转不受外网特性曲线影响造成的恒压过滤常数的测定 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？答：开始过滤时，滤饼还未形成，空隙较大的滤布使较小的颗粒得以漏过，使滤液浑浊，但当形成较密的滤饼后，颗粒无法通过，滤液变清。? 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？答：一般来说，第一组实验的第一点Δθ/Δq会偏高。因为我们是从看到计量桶出现第一滴滤液时开始计时，在计量桶上升1cm时停止计时，但是在有液体流出前管道里还会产生少量滤液，而试验中管道里的液体体积产生所需要的时间并没有进入计算，从而造成所得曲线第一点往往有较大偏差。 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？