化工原理实验传热实验分析报告
化工原理实验传热实验报告
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传热膜系数测定实验（第四组）
一、实验目的
1、了解套管换热器的结构和壁温的测量方法
2、了解影响给热系数的因素和强化传热的途径
3、体会计算机采集与控制软件对提高实验效率的作用
4、学会给热系数的实验测定和数据处理方法
二、实验内容
1、测定空气在圆管内作强制湍流时的给热系数α1
2、测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数α1’
3、回归α1和α1’联式4
.0Pr Re ??=a
A Nu 中的参数A 、a *4、测定两个条件下铜管内空气的能量损失
二、实验原理
间壁式传热过程是由热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热三个传热过程所组成。由于过程复杂，影响因素多，机理不清楚，所以采用量纲分析法来确定给热系数。
1）寻找影响因素
物性：ρ，μ ，λ，c p 设备特征尺寸：l 操作：u ，βgΔT 则：α=f （ρ，μ，λ，c p ，l ，u ，βgΔT ） 2）量纲分析
ρ[ML -3]，μ[ML -1 T -1]，λ[ML T -3 Q -1]，c p [L 2 T -2 Q -1]，l [L] ，u [LT -1]， βg ΔT [L T -2]， α[MT -3 Q -1]]
3）选基本变量（独立，含M ，L ，T ，Q-热力学温度） ρ，l ，μ, λ 4）无量纲化非基本变量 α：Nu ＝αl/λ u: Re ＝ρlu/μ c p : Pr ＝c p μ/λ βgΔT : Gr ＝βgΔT l 3ρ2/μ2
5）原函数无量纲化
???
? ???=223,,μρβλμμρλαtl g c lu F l p 6）实验
Nu ＝ARe a Pr b Gr c
强制对流圆管内表面加热：Nu ＝ARe a Pr 0.4
圆管传热基本方程： m t A K t T t T t T t T A K Q ???=-----?=111
22112211
1ln
)
()(
热量衡算方程：
)()(12322111t t c q T T c q Q p m p m -=-=
圆管传热牛顿冷却定律：
2
2112211
22211221121
1ln )
()(ln )()(w w w w w w w w T T T T T T T T A t t t t t t t t A Q -----?=-----?=αα 圆筒壁传导热流量：)]
/()ln[)()()/ln(11221122121
2w w w w w w w w t T t T t T t T A A A A Q -----?-?=δλ
空气流量由孔板流量测量：54
.02.26P q v ??= [m 3h -1，kPa]
空气的定性温度：t=(t1+t2)/2 [℃]
三、实验流程
1、蒸汽发生器
2、蒸汽管
3、补水漏斗
4、补水阀
5、排水阀
6、套管换热器
7、放气阀
8、冷凝水回流管
9、空气流量调节阀
10、压力传感器 11、孔板流量计 12、空气管 13、风机
图1、传热实验流程
套管换热器内管为φ27×3.5mm黄铜管,长1.25m,走冷空气，外管为耐高温玻璃管，壳程走100℃的热蒸汽。进、出口温度由铂电阻（Pt100）测量，使用时测温点位于管道中心。壁温1、壁温2由热电偶测量，测温点通过锡焊嵌入管壁中心，测量值为壁中心温度。蒸汽发生器加热功率为1.5kW，变频器为西门子420型，风机为XGB型旋涡气泵，最大静风压17kPa，最大流量100 m3/h。此外，还用到了北京化工大学化工原理实验室开发的数据采集与控制软件。
四、实验操作
1、检查蒸汽发生器中的水位，约占液位计高度4/5左右，如不够需加水；
2、按下总电源、加热器、风机绿色按钮，开仪表开关，等待20分钟套管间充满水
蒸汽；
3、约到15分钟时，观察壁温1、壁温2的变化以及水蒸汽的滴状冷凝情况；
4、当有蒸汽和不凝性气体从套管间排出时，全开流量调节阀，用鼠标点击上图中绿
色按钮启动风机预热设备5分钟；
5、通过计算机间隔3～4Hz调节频率10→50→10Hz，每个点稳定约1.5分钟记录数
据，注意随时查看结果，调整布点及发现错误等；
6、加入静态混合器进行强化传热实验，先将出口温度计拔出，旋转放入混合器，再
将温度计放回中心位置。调节频率10→50Hz，孔板压降最小值大于0.1kPa；
7、测完数据关风机，2分钟后，检查壁温100℃基点偏差；
8、关闭加热器，与6步相同取出静态混合器放好，检查液位加水，关闭计算机。
五、实验数据
表1选择上行数据空气普通对流给热系数表（l=1.25,d=0.020m），100℃基点= 99.9 ℃
序号空气
入口
温度
/℃
空气
出口
温度
/℃
壁温
1
T1/℃
壁温
2
T2/℃
孔板
压降
/Kpa
气速
u
/m*s-1
空气流
量
/m3*h-1
热流量
Q/W
给热系数
/W*m-2K-1
1 31.
2 62.7 100 99.
3 4.27 50.7575 57.3763 558.6280 139.2843
2 33.7 64.4 99.8 99.4 3.04 42.2494 47.7588 450.1721 117.1391
3 33.1 65 99.8 99.5 3 41.9483 47.418
4 464.4346 121.0455
4 31.7 65.3 99.9 99.6 1.26 26.258
5 29.682
6 306.7519 79.1691
5 30 65.7 99.8 99.7 0.7
6 19.9852 22.5913 248.5715 63.6042
6 29.1 66 100 99.
7 0.4
8 15.5933 17.6267 200.6565 51.0682
7 28.3 66.5 99.8 99.8 0.32 12.5271 14.1606 166.9580 42.5449
8 27.7 66.9 99.8 99.8 0.23 10.4810 11.8477 143.3902 36.5596
9 27 67.1 100.1 99.8 0.15 8.3207 9.4057 116.5407 29.5372
10 26.5 66.5 99.8 99.8 0.23 10.4810 11.8477 146.6870 36.8588
11 26.1 66.8 100 99.8 0.19 9.4536 10.6863 134.6444 33.7912 Nu Pr Re Nu/Pr^0.4 log(Nu/Pr^0.4) logRe
99.53 0.697 57793 115.00 2.06 4.76
83.25 0.696 47530 96.21 1.98 4.68
86.02 0.696 47191 99.41 2.00 4.67
56.34 0.697 29634 65.11 1.81 4.47
45.34 0.697 22638 52.40 1.72 4.35
36.44 0.697 17694 42.10 1.62 4.25
30.37 0.697 14226 35.09 1.55 4.15
26.10 0.697 11910 30.16 1.48 4.08
21.10 0.697 9468 24.38 1.39 3.98
26.37 0.697 11964 30.47 1.48 4.08
24.18 0.697 10795 27.94 1.45 4.03
2 空气强化对流给热系数表（加入混合器），100℃基点= 99.9 ℃
序号空气
入口
温度
/℃
空气
出口
温度
/℃
壁温1
T1/℃
壁温2
T2/℃
孔板
压降
/Kpa
气速
u
/m*s-1
空气流
量
/m3*h-1
热流量
Q/W
给热系
数
/W*m-2K-1
1 32.
2 81.8 100.1 99.8 0.1 6.68 7.56 112.16 37.94
2 31.8 81.6 100.1 99.9 0.12 7.38 8.34 124.39 41.68
3 31.5 81.
4 100 99.8 0.16 8.62 9.74 145.70 48.64
4 31.4 80.6 100.1 99.8 0.23 10.48 11.8
5 175.01 57.32
5 31.2 79.4 99.8 99.8 0.4 14.13 15.97 231.70 74.26
6 31.5 77.1 99.8 99.
7 0.6 17.59 19.8
8 273.74 84.35
7 32 77.1 99.8 99.7 0.89 21.76 24.60 334.71 103.59
8 33 76.2 99.9 99.6 1.27 26.37 29.81 388.41 119.32
9 34.4 76.1 99.9 99.5 1.76 31.45 35.55 446.22 138.73
Nu
Pr
Re
Nu/Pr^0.4 log(Nu/Pr^0.4)
26.41 0.6949 7183 30.55 1.49 29.04 0.6950 7940 33.59 1.53 33.91 0.6950 9288 39.22 1.59 40.00 0.6951 11328 46.27 1.67 51.92 0.6952 15336 60.05 1.78 59.13 0.6954 19200 68.37 1.83 72.56 0.6954 23722 83.91 1.92 83.58 0.6954 28735 96.65 1.99 97.01 0.6953 34143 112.19 2.05
六、实验结果作图及分析 数据处理：
已知公式：3
4/1027063.0m kg t ??-=-ρ
s Pa t ??+=-5
10
)005.071.1(μ
)/(10)0074.04513.2(2
k m w t ???+=-λ
t 4
1027063.0Pr -?-= 1)(005.1-??=K Kg KJ C p 以表1中第一组数据为例：
△t m =
)()(ln )
()2121t t t t t t t t w w w w -----（℃=
501.09)
7.6165.99()7.3165.99(ln )7.6165.99()2.3165.99(=-----℃ 1354.054.0m 38.5727.42.262.26-?=?=?=h p Vs
-1
12s J 558.6331.2)/3600-(61.7100557.381.10723600/)(?=???=-=t t C V Q p s ρ12-m w 139.2809
.511.250.023.14558.63-??=???=?=
K t A Q m α 99.530.0280
0.02
139.28=?==λαd Nu 57793.99101.9402.014.3360038
.571072.14360044Re 5
-=??????===
=
μπρμπμ
ρ
d V d q du s m 115.00697
.053
.990.4
4.0==r p Nu t 41027063.0Pr -?-==0.7063-2-410?*46.95=0.697
由公式Re lg lg Pr
lg
4
.0m A Nu
+=可知，分别对4.0Pr /Nu 和Re 取对数，并作图所作出的直线的斜率即为m ；截距即为lgA.。 普通
y=0.73x-1.68
0.0
0.51.01.52.02.5
3.8
4.0
4.2
4.4 4.6
4.8
5.0
log Re
l o g （N u /P r ^0.4)
实验数据
线性 (实验数据)
由图可知：m=0.73,lgA=-1.89,进而得出A=0.013。因此得出关联结果为：
4.073.0Pr Re 013.0=Nu ，继而得出传热膜系数4.076.0)()(013
.0λ
μμρλαp c du d =
强化后
双对数坐标
10100
1000
1000
10000100000
Re
N u /P r ^0.4
实验数据
线性 (实验数据)
y=0.81x-1.62
(3.00)
(2.00)(1.00)0.00
1.00
2.00
3.00
(2.00)0.00
2.00
4.00
6.00
logRe l o g (N u /P r ^0.4)
强化实验数据
线性 (强化实验数据)
由图可知：m=0.81,lgA=-1.62,进而得出A=0.024。因此得出关联结果为：
4.081.0Pr Re 024.0=Nu 继而传热膜系数4.073.0)(
)(024.0λ
μ
μρλαp c du d
=
实验结果分析：传热膜系数公认的关联式为4.08.0)()(023
.0λ
μμρλαp c du d =，而实验得出的关系式为4
.073.0)()(013.0λ
μμρλαp c du d =。可以看出系数A=0.013有差距，指数a=0.73也与公认式中a=0.8有一定的误差因素，比如说：管壁不够光滑；管件材料不可能完全相同；
还有实验中Pr 在0.6950左右，不满足公认式的条件（0.7 七、思考题 1、本实验中管壁温度应接近蒸汽温度还是空气温度？为什么？ 答：管壁的壁温接近蒸汽温度，因为蒸汽的传热膜系数较大，壁温更接近于传热膜系数大的一面。 2、蒸汽发生器中的水是循环利用的，为什么每次实验还检查液位补水？ 答：因为有部分蒸汽从排气孔向外排出了。因此实验设备里的总水量减少了，所以要在下次 实验前加水补液位。 3、如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α的关联式有无影响？说明原因。 答：由公式n m A Nu Pr Re =，发现其变量均与压强的值无关，故采用不同的蒸汽压无影响。 4、水蒸汽的温度是100℃，管道尺寸是φ27×3.5mm ，结合实验数据， （1）计算套管换热器总传热系数K 1， （2）计算空气一侧的热阻1/α1占总热阻1/ K 1的百分比。 答：（1） 1/a2=(T-Tw)/q=(100-99.8)/558.3=0.00036, 1/a1= (tw-t)/q=(100.1-46.95)/558.3=0.095, d/λ=0.0035/0.028=0.125则K=1/(1/a1+1/a2+ d/λ)=4.54 (2) 1/a1/(1/ K)= 0.095*4.54=0.4313=43.13% 5、结合实验数据分析，假如空气入口温度不变、蒸汽温度不变，空气流量增大后，壁温和 出口温度有什么变化？（提示：)(4 1212111t t c u d t A Q p m -???=???=ρπ α） 答：)(4 1212111t t c u d t A Q p m -???= ???=ρπ α，A1不变，而传热系数α正比于流速，空 气流量增大后u 增大，Q 不变，则△t m 减小，进口温度又不变，所以出口温度减小。 传热膜系数测定实验（第四组） 一、实验目的 1、了解套管换热器的结构和壁温的测量方法 2、了解影响给热系数的因素和强化传热的途径 3、体会计算机采集与控制软件对提高实验效率的作用 4、学会给热系数的实验测定和数据处理方法 二、实验内容 1、测定空气在圆管内作强制湍流时的给热系数α1 2、测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数α1’ 3、回归α1和α1’联式4.0Pr Re ??=a A Nu 中的参数A 、a * 4、测定两个条件下铜管内空气的能量损失 二、实验原理 间壁式传热过程是由热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热三个传热过程所组成。由于过程复杂，影响因素多，机理不清楚，所以采用量纲分析法来确定给热系数。 1）寻找影响因素 物性：ρ，μ ，λ，c p 设备特征尺寸：l 操作：u ，βg ΔT 则：α=f （ρ，μ，λ，c p ，l ，u ，βg ΔT ） 2）量纲分析 ρ[ML -3]，μ[ML -1 T -1]，λ[ML T -3 Q -1]，c p [L 2 T -2 Q -1]，l [L] ，u [LT -1]， βg ΔT [L T -2]， α[MT -3 Q -1]] 3）选基本变量（独立，含M ，L ，T ，Q-热力学温度） ρ，l ，μ, λ 4）无量纲化非基本变量 α：Nu ＝αl/λ u: Re ＝ρlu/μ c p : Pr ＝c p μ/λ βg ΔT : Gr ＝βg ΔT l 3ρ2/μ2 5）原函数无量纲化 6）实验 Nu ＝ARe a Pr b Gr c 强制对流圆管内表面加热：Nu ＝ARe a Pr 0.4 圆管传热基本方程： 热量衡算方程： 圆管传热牛顿冷却定律： 圆筒壁传导热流量：)]/()ln[)()()/ln(11221122121 2w w w w w w w w t T t T t T t T A A A A Q -----?-?=δλ 空气流量由孔板流量测量：54.02.26P q v ??= [m 3h -1，kPa] 空气的定性温度：t=(t 1+t 2)/2 [℃] 1、填料吸收实验思考题 （1）本实验中，为什么塔底要有液封液封高度如何计算 答：保证塔内液面，防止气体漏出,保持塔内压力. 设置液封装置时，必须正确地确定液封所需高度，才能达到液封的目的。 U形管液封所需高度是由系统内压力(P1 塔顶气相压力)、冷凝器气相的压力(P2)及管道压力降(h,)等参数计算确定的。可按式(4.0.1-1)计算: H =(P1一P2)Y一h- 式中 H.,- —最小液封高度，m; P1,—系统内压力; P2—受液槽内压力; Y—液体相对密度; h-—管道压力降(液体回流道塔内的管线) 一般情况下，管道压力降(h-)值较小，可忽略不计，因此可简化为 H=(P1一P2)Y 为保证液封效果，液封高度一般选取比计算所需高度加0. 3m-0. 5m余量为宜。 （2）测定填料塔的流体力学性能有什么工程意义 答：是确定最适宜操作气速的依据 （3）测定Kxa 有什么工程意义 答：传质系数Kxa是气液吸收过程重要的研究的内容，是吸收剂和催化剂等性能评定、吸收设备设计、放大的关键参数之一 （4）为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制 答：易溶气体的吸收过程是气膜控制，如HCl，NH3，吸收时的阻力主要在气相，反之就是液膜控制。对于CO2的溶解度和HCl比起来差远了，应该属于液膜控制 （5）当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数 答：液体温度。因为是液膜控制，液体影响比较大。 2对流给热系数测定 1. 答：冷流体和蒸汽是并流时，传热温度差小于逆流时传热温度差，在相同进出口温度下，逆流传热效果大于并流传热效果。 2.答：不凝性气体会减少制冷剂的循环量，使制冷量降低。并且不凝性气体会滞留在冷凝器的上部管路内，致使实际冷凝面积减小，冷凝负荷增大，冷凝压力升高，从而制冷量会降低。而且由于冷凝压力的升高致使排气压力升高，还会减少压缩机的使用寿命。应把握好空气的进入，和空气的质量。 3.答：冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了热阻，降低传热速率。 在外管最低处设置排水口，及时排走冷凝水。 4.答：靠近蒸气温度因为蒸气冷凝传热膜系数远大于空气膜系数。 5. 答：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。 3、离心泵特性曲线测定 1、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、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、用出口阀门调解流量而不用崩前阀门调解流量保证泵内始终充满水，用泵前阀门调节过度时会造成泵内出现负压，使叶轮氧化，腐蚀泵。还有的调节方式就是增加变频装置，很好用的。 4、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。 5、不合理，安装阀门会增大摩擦阻力，影响流量的准确性 6、本题是研究密度对离心泵有关性能参数的影响。由离心泵的基本方程简化式可以看出离心泵的压头，流量、效率均与液体的密度无关，但泵的轴功率随流体密度增大而增大即：密度增大N增大，又因为其它因素不变的情况下Hg↓而安装高度减小。 4、流体流动阻力的测定 1、是的，因为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、在流动测定中气体在管路中，对流动的压力测量产生偏差，在实验中一定要排出气体，让流体在管路中流动，这样流体的流动测定才能准确。当流出的液体无气泡是就可以证明空气已经排干净了。 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 萃取 1．萃取操作所依据的原理是（）不同。 A. 沸点 B. 熔点 C. 吸附力 D. 溶解度 答案：D 2．萃取操作后的富溶剂相,称为（）。 A. 萃取物 B. 萃余物 C. 滤液 D. 上萃物 答案：B 3．油脂工业上,最常来提取大豆油,花生油等的沥取装置为（）。 A. 篮式萃取塔 B. 喷雾萃取塔 C. 孔板萃取塔 D. 填充萃取塔 答案：A 4．萃取液与萃余液的比重差愈大,则萃取效果（）。 A. 愈好 B. 愈差 C. 不影响 D. 不一定 答案：A 5．将植物种籽的籽油提取,最经济的方法是（）。 A. 蒸馏 B. 萃取 C. 压榨 D. 干燥 答案：B 6．萃取操作的分配系数之影响为（）。 A. 分配系数愈大,愈节省溶剂 B. 分配系数愈大,愈耗费溶剂 C. 分配系数愈大,两液体的分离愈容易 D. 分配系数愈小,两液体愈容易混合接触. 答案：C 7．选择萃取剂将碘水中的碘萃取出来,这中萃取剂应具备的性质是( ). A. 溶于水,且必须易与碘发生化学反应 B. 不溶于水,且比水更容易使碘溶解 C. 不溶于水,且必须比水密度大 D. 不溶于水,且必须比水密度小 答案：B 8．在萃取分离达到平衡时溶质在两相中的浓度比称为（）。 A.浓度比 B.萃取率 C.分配系数 D.分配比 答案：C 9．有4 种萃取剂，对溶质A 和稀释剂B 表现出下列特征，则最合适的萃取剂应选择____ A. 同时大量溶解A 和B B. 对A 和B 的溶解都很小 C. 对A 和B 的溶解都很小 D. 大量溶解B 少量溶解A 答案：D 10．对于同样的萃取相含量，单级萃取所需的溶剂量____ A. 比较小 B. 比较大 C. 不确定 D. 相等 答案：B 11．将具有热敏性的液体混合物加以分离常采用______方法 A. 蒸馏 B. 蒸发 C. 萃取 D. 吸收 答案：C 12．萃取操作温度一般选___A__ A. 常温 B. 高温 C. 低温 D. 不限制 干燥 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。 5．本实验中进料状态为冷态进料，当进料量太大时，为什么会出现精馏段干板，甚至出现塔顶既没有回流也没有出料的现象，应如何调节? 化工原理实验课课后习 题答案 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】 流体流动阻力的测定 1.如何检验系统内的空气已经被排除干净？答：可通过观察离心泵进口处的真空表和出口处压力表的读数，在开机前若真空表和压力表的读数均为零，表明系统内的空气已排干净；若开机后真空表和压力表的读数为零，则表明，系统内的空气没排干净。 行压差计的零位应如何校正？答：先打开平衡阀，关闭二个截止阀，即可U行压差计进行零点校验 3.进行测试系统的排气工作时，是否应关闭系统的出口阀门为什么答：在进行测试系统的排气时，不应关闭系统的出口阀门，因为出口阀门是排气的通道，若关闭，将无法排气，启动离心泵后会发生气缚现象，无法输送液体。 4．待测截止阀接近出水管口，即使在最大流量下，其引压管内的气体也不能完全排出。试分析原因，应该采取何种措施？答：待截止阀接近进水口，截止阀对水有一个阻力，若流量越大，突然缩小直至流回截止阀，阻力就会最大，致使引压管内气体很难排出。改进措施是让截止阀与引压阀管之间的距离稍微大些。5．测压孔的大小和位置，测压导管的粗细和长短对实验有无影响为什么答：由公式2p可知，在一定u下，突然扩大ξ，Δp增大，则压差计读数变大；2u?反之，突然缩小ξ，例如：使ξ＝，Δp减小，则压差计读数变小。 6．试解释突然扩大、突然缩小的压差计读数在实验过程中有什么不同现象？答：hf与很多值有关，Re是其中之一，而λ是为了研究hf而引入的一个常数，所以它也和很多量有关，不能单单取决于Re，而在Re在一定范围内的时候，其他的变量对于λ处于一个相对较差的位置，可以认为λ与Re关系统一。 7.不同管径、不同水温下测定的～Re曲线数据能否关联到同一曲线答：hf与很多值有关，Re是其中之一，而λ是为了研究hf而引入的一个常数，所以它也和很多量有关，不能单单取决于Re，而在Re在一定范围内的时候，其他的变量对于λ处于一个相对较差的位置，可以认为λ与Re关系统一。正如Re在3×103～105范围内，λ与Re的关系遵循Blasius关系式，即λ= 8．在～Re曲线中，本实验装置所测Re在一定范围内变化，如何增大或减小Re的变化范围答：Redu，d为直管内径，m；u为流体平均速度，m/s；为流体的平均密度,kg/m3；s。为流体的平均黏度，Pa · 8．本实验以水作为介质，作出～Re曲线，对其他流体是否适用为什么答：可以使用，因为在湍流区内λ=f（Re， ）。说明在影响λ的因素中并不包含流体d本身的特性，即说明用什么流体与-Re无关，所以只要是牛顿型流体，在相同管路中以同样的速度流动，就满足同一个-Re关系。 9．影响?值测量准确度的因素有哪些答：2dp，d为直管内径，m；为流体的平均密度,kg/m3；u为流体平均速2u度，m/s；p为两测压点之间的压强差，Pa。△p=p1-p2，p1为上游测压截面的压强，Pa；p2为下游测压截面的压强，Pa 离心泵特性曲线的测定 1.为什么启动离心泵前要先灌泵如果灌水排气后泵仍启动不起来，你认为可能是什么原因 答：离心泵若在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送液体。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。 2．为什么启动离心泵时要关出口调节阀和功率表开关启动离心泵后若出口阀不开，出口处压力表的读数是否会一直上升，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。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。 3．什么情况下会出现气蚀现象？答：金属表面受到压力大、频率高的冲击而剥蚀以及气泡内夹带的少量氧气等活泼气体对金属表面的电化学腐蚀等，使叶轮表面呈现海绵状、鱼鳞状破坏。4．为什么泵的流量改变可通过出口阀的调节来达到是否还有其他方法来调节流量答：用出口阀门调节流量而不用泵前阀门调节流量保证泵内始终充满水，用泵前阀门调节过度时会造成泵内出现负压，使叶轮氧化，腐蚀泵。还有的调节方式就是增加变频装置，很好用的。 5．正常工作的离心泵，在其进口管线上设阀门是否合理为什么答：合理，主要就是检修，否则可以不用阀门。 6．为什么在离心泵吸入管路上安装底阀？ 答：为便于使泵内充满液体，在吸入管底部安装带吸滤网的底阀，底阀为止逆阀，滤网是为了防止固体物质进入泵内而损坏叶轮的叶片或妨碍泵的正常操作。 7．测定离心泵的特性曲线为什么要保持转速的恒定？答：离心泵的特性曲线是在一定转速n下测定的，当n改变时，泵的流量Q、扬程H及功率P也相应改变。对同一型号泵、同一种液体，在效率η不变的条件下，Q、H、P随n的变化关系如下式所示 见课本81页当泵的转速变化小于20%时，效率基本不变。8．为什么流量越大，入口真空表读数越大而出口压力表读数越小？答：据离心泵的特征曲线，出口阀门开大后，泵的流速增加，扬程降低，故出口压力降低；进口管道的流速增加，进口管的阻力降增加，故真空度增加，真空计读数增加。 过滤实验 1.为什么过滤开始时，滤液常有些混浊，经过一段时间后滤液才转清？答：因为刚开始的时候滤布没有固体附着，所以空隙较大，浑浊液会通过滤布，从而滤液是浑浊的。当一段时间后，待过滤液体中的固体会填满滤布上的空隙从而使固体颗粒不能通过滤布，此时的液体就会变得清澈。 离心泵特性曲线原始数据 序号 水流量Q/m3/h 水温°C 出口压力/m 入口压力 /m 电机功率 /KW 1 0.00 27.70 21.50 0.00 0.49 2 1040.00 27.70 20.40 0.00 0.53 3 2170.00 27.70 19.20 0.00 0.58 4 3110.00 27.60 18.10 -0.30 0.64 5 3890.00 27.60 17.10 -0.40 0.69 6 4960.00 27.50 15.20 -0.70 0.75 7 5670.00 27.50 14.30 -1.00 0.80 8 6620.00 27.30 13.10 -1.20 0.85 9 7380.00 27.40 11.50 -1.50 0.88 10 8120.00 27.00 8.90 -1.70 0.90 11 8950.00 26.60 5.80 -2.10 0.93 已知 ΔZ=0.2m η电=0.9 η转=1.0 此温度下水的密度约为ρ=997.45kg/m3 以第 组数据为例计算 根据扬程Z g p g p H ?+-= ρρ12e 转电电轴ηη??=N N 102Q e e ρ??= H N 轴 N N e =η He= N 轴= e N = η= 离心泵特性曲线 序号 水流量 Q/m3/s He/m N 轴/KW Ne/KW η 1 0.00 21.70 0.44 0.00 0.00 2 0.29 20.60 0.48 0.06 0.12 3 0.60 19.40 0.52 0.11 0.22 4 0.86 18.60 0.58 0.16 0.27 5 1.08 17.70 0.62 0.19 0.30 6 1.38 16.10 0.68 0.22 0.32 7 1.58 15.50 0.72 0.24 0.33 8 1.84 14.50 0.77 0.26 0.34 9 2.05 13.20 0.79 0.26 0.33 10 2.26 10.80 0.81 0.24 0.29 11 2.49 8.10 0.84 0.20 0.24 2 0.00 0.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.700.750.800.85Q （m3/s ） 离心泵 特 性曲线 η N E (K W ) 8 1012141618 2022 He-Q η-Q N 轴-Q He （m ） 实验报告 课程名称：过程工程原理实验（乙） 指导老师： 叶向群 成绩：__________________ 实验名称：吸收实验 实验类型：工程实验 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 填料塔吸收操作及体积吸收系数测定 1 实验目的： 1.1 了解填料吸收塔的构造并熟悉吸收塔的操作； 1.2 观察填料塔的液泛现象，测定泛点空气塔气速； 1.3 测定填料层压降ΔP 与空塔气速u 的关系曲线； 1.4 测定含氨空气—水系统的体积吸收系数K y a 。 2 实验装置： 2.1 本实验的装置流程图如图1： 专业： 姓名： 学号： 日期：2015.12.26 地点：教十2109 2.2物系：水—空气—氨气。惰性气体由漩涡气泵提供,氨气由液氮钢瓶提供，吸收剂水采用自来水，他们的流量分别通过转子流量计。水从塔顶喷淋至调料层与自下而上的含氮空气进行吸收过程，溶液由塔底经过液封管流出塔外，塔底有液相取样口，经吸收后的尾气由塔顶排至室外，自塔顶引出适量尾气，用化学分析法对其进行组成分析。 3 基本原理： 实验中气体流量由转子流量计测量。但由于实验测量条件与转子流量计标定条件不一定相同，故转子流量计的读数值必须进行校正。校正方法如下： 3.2 体积吸收系数的测定 3.2.1相平衡常数m 对相平衡关系遵循亨利定律的物系（一般指低浓度气体），气液平衡关系为： 相平衡常数m与系统总压P和亨利系数E的关系如下： 式中：E—亨利系数，Pa P—系统总压（实验中取塔内平均压力），Pa 亨利系数E与温度T的关系为： lg E= 11.468-1922 / T 式中：T—液相温度（实验中取塔底液相温度），K。 根据实验中所测的塔顶表压及塔顶塔底压差△p，即可求得塔内平均压力P。根据实验中所测的塔底液相温度T，利用式（4）、（5）便可求得相平衡常数m。 3.2.2 体积吸收常数 体积吸收常数是反映填料塔性能的主要参数之一，其值也是设计填料塔的重要依据。本实验属于低浓气体吸收，近似取Y≈y、X≈x。 3.2.3被吸收的氨气量,可由物料衡算 (X1-X2) 式中：V—惰性气体空气的流量，kmol/h； 《化工原理》实验教学大纲 实验名称：化工原理 学时：32学时 学分：2 适用专业：化学工程与工艺、应用化学、环境工程、高分子材料与工程、生物工程、过程装备与控制专业等。 执笔人：傅家新，王任芳 审订人：吴洪特 一、实验目的与任务 化工原理实验课是化工原理课程教学中的一个重要教学环节，其基本任务是巩固和加深对化工原理课程中基本理论知识的理解，培养学生应用理论知识组织工程实验的能力及分析和解决工程问题的能力，并在实验中学会一些操作技能。 二、教学基本要求 化工原理实验由基础型实验、综合型试验、设计型实验和仿真型实验几部分组成。学生在进实验室之前应做好实验预习，了解实验装置流程及实验操作，掌握实验数据处理中的一些技巧，为能顺利完成实验做好准备。 三、实验项目与类型 注：本实验装置都可以开验证型实验，同时可以开设综合、设计和研究型实验。各专业可根据专业需要和实验学时进行选择和组合。 四、实验教学内容及学时分配 实验一离心泵性能测定（1验证）（4学时）1．目的要求 了解离心泵的操作；掌握离心泵性能曲线的测定方法；了解气缚现象；掌握离心泵的操作方法。 2．方法原理 依据机械能衡算式对离心泵作机械能衡算可得H~Q线，利用马达-天平测功器可测得N~Q线，利用有效功与轴功的关系可得η~Q线。 3．主要实验仪器及材料 离心泵性能曲线测定装置一套。 4．掌握要点 注意离心泵的气缚与气蚀现象。 5．实验内容： 测定离心泵在恒定转速下的性能曲线。 实验一离心泵性能测定—汽蚀现象测定（2演示） （2学时） 1. 目的要求 通过对离心泵汽蚀特性曲线的测定，以便在离心泵的安装过程中正确掌握其安装高度。 2．方法原理 离心泵汽蚀特性结合机械能衡算式。 3．主要实验仪器及材料 离心泵汽蚀现象测定装置一套。 4．掌握要点 5．实验内容 实验二 流体流动阻力测定（1验证） （4学时） 1． 目的要求 掌握因次分析方法，学会用实验数据关联摩擦因数与雷诺数的关系。 2．方法原理 由范宁公式知，管路阻力损失可表示成)2/)(/(2g u d l p f λ?=，在一连续、稳定、均一、且水平的恒截面直管段内，p p f ??-=。只要测定出两截面处的压强之差和管内流体的流速，即可关联出Re ~λ关系。 3．主要实验仪器及材料 阻力测定装置一套。 4．掌握要点 5．实验内容 实验二 流体流动阻力测定（2综合） （6学时） 2． 目的要求 掌握因次分析方法，学会用实验数据关联摩擦因数与雷诺数的关系，测定阀门及突然扩大的局部阻力。 2．方法原理 由范宁公式知，管路阻力损失可表示成)2/)(/(2g u d l p f λ?=，在一连续、稳定、均一、且水平的恒截面直管段内，p p f ??-=。只要测定出两截面处的压强之差和管内流体的流速，即可关联出Re ~λ关系。 管路局部阻力损失可表示)2/(h 2 g u f ζ=，只要测定出阀门两端的压强之差和管内流体的流速，即可关联出Re ~ζ关系。 3．主要实验仪器及材料 阻力测定装置一套。 4．掌握要点 5．实验内容 实验三 板框过滤实验（1验证） （4学时） 太原科技大学全国硕士研究生招生考试 业务课考试大纲（初试） 科目代码：837 科目名称：化工原理 1.前言 化工原理课程研究生入学考试主要测试考生化工单元操作的掌握情况。测试分两个方面：一是化工单元过程原理，测试考生基本概念，过程计算和熟悉程度；二是综合应用化工单元过程原理能力，从而对考生有较全面的评价。 2．题型说明 化工原理考试采用闭卷考试，试卷由以下三部分构成： （1）基本概念题：由选择题、填空题和解答题构成。 （2）计算题：包括过程计算、公式推导。 （3）实验题：包括实验设计、实验原理和实验现象解释。 3．考试内容 3.1绪论 （1）化学工程及其发展。 （2）化工原理课程的性质、内容和任务。 （3）四个基本关系:物料衡算、热量衡算、平衡关系及速率关系。 3.2流体流动 （1）流体静力学方程及其应用。 （2）流量与流速、定态与非定态流动、连续性方程式、能量衡算式、柏努利方程式的应用。 （3）牛顿粘性定律与流体的粘度、非牛顿型流体的概念、流动类型与雷诺准数、滞流与湍流、边界层的概念。 （4）流体在直管中的流动阻力、摩擦系数、因次分析、管路上的局部阻力、管路系统中的总能量损失。 （5）并联管路与分支管路。 （6）测速管、孔板与文丘里流量计和转子流量计。 3.3流体输送设备 （1）离心泵的工作原理和主要部件、离心泵的基本方程式、离心泵的性能参数与特性曲线、离心泵的性能改变和换算、离心泵的气蚀现象与允许吸上高度、离心泵的工作点与调节、离心泵的联用、离心泵的类型与选用。其它类型泵,如往复泵、旋转泵、漩涡泵的工作原理和适用范围。 （2）离心通风机的结构、性能参数和选择,离心鼓风机和压缩机、旋转鼓风机、真空泵。 3.4非均相物系的分离 （1）沉降速度、降沉室、沉降槽。 （2）过滤操作的基本概念、过滤基本方程式、恒压过滤、恒速过滤与先恒速后恒压过滤、过滤常数的测定、过滤设备、滤饼的洗涤、过滤机的生产能力。 化工原理实验习题答案 Prepared on 22 November 2020 1、填料吸收实验思考题 （1）本实验中，为什么塔底要有液封液封高度如何计算 答：保证塔内液面，防止气体漏出,保持塔内压力. 设置液封装置时，必须正确地确定液封所需高度，才能达到液封的目的。 U形管液封所需高度是由系统内压力(P1 塔顶气相压力)、冷凝器气相的压力(P2)及管道压力降(h,)等参数计算确定的。可按式(4.0.1-1)计算: H =(P1一P2)Y一h- 式中 H.,- —最小液封高度，m; P1,—系统内压力; P2—受液槽内压力; Y—液体相对密度; h-—管道压力降(液体回流道塔内的管线) 一般情况下，管道压力降(h-)值较小，可忽略不计，因此可简化为 H=(P1一P2)Y 为保证液封效果，液封高度一般选取比计算所需高度加0. 3m-0. 5m余量 为宜。 （2）测定填料塔的流体力学性能有什么工程意义 答：是确定最适宜操作气速的依据 （3）测定Kxa 有什么工程意义 答：传质系数Kxa是气液吸收过程重要的研究的内容，是吸收剂和催化剂等性能评定、吸收设备设计、放大的关键参数之一 （4）为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制 答：易溶气体的吸收过程是气膜控制，如HCl，NH3，吸收时的阻力主要在气相，反之就是液膜控制。对于CO2的溶解度和HCl比起来差远了，应该属于液膜控制（5）当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数 答：液体温度。因为是液膜控制，液体影响比较大。 2对流给热系数测定 1. 答：冷流体和蒸汽是并流时，传热温度差小于逆流时传热温度差，在相同进出口温度下，逆流传热效果大于并流传热效果。 2.答：不凝性气体会减少制冷剂的循环量，使制冷量降低。并且不凝性气体会滞留在冷凝器的上部管路内，致使实际冷凝面积减小，冷凝负荷增大，冷凝压力升高，从而制冷量会降低。而且由于冷凝压力的升高致使排气压力升高，还会减少压缩机的使用寿命。应把握好空气的进入，和空气的质量。 3.答：冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了热阻，降低传热速率。在外管 最低处设置排水口，及时排走冷凝水。 4.答：靠近蒸气温度因为蒸气冷凝传热膜系数远大于空气膜系数。 5. 答：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。 3、离心泵特性曲线测定 1、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、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。 北京化工大学 实验报告 精馏实验 一、摘要 精馏是实现液相混合物液液分离的重要方法，而精馏塔是化工生产中进行分离过程的主要单元，板式精馏塔为其主要形式。本实验用工程模拟的方法模拟精馏塔在全回流的状态下及部分回流状态下的操作情况，从而计算单板效率和总板效率，并分析影响单板效率的主要因素，最终得以提高塔板效率。 关键词：精馏、板式塔、理论板数、总板效率、单板效率 二、实验目的 1、熟悉精馏的工艺流程，掌握精馏实验的操作方法。 2、了解板式塔的结构，观察塔板上气- 液接触状况。 3、测测定全回流时的全塔效率及单板效率。 4、测定部分回流时的全塔效率。 5、测定全塔的浓度或温度分布。 6、测定塔釜再沸器的沸腾给热系数。 三、实验原理 在板式精馏塔中，由塔釜产生的蒸汽沿塔逐板上升与来自塔顶逐板下降的回流液，在塔 板上实现多次接触，进行传热和传质，使混合液达到一定程度的分离。 回流是精馏操作得以实现的基础。塔顶的回流量和采出量之比，称为回流比。回流比是精馏操作的重要参数之一，其大小影响着精馏操作的分离效果和能耗。 回流比存在两种极限情况：最小回流比和全回流。若塔在最小回流比下操作，要完成分离任务，则 需要有无穷多块塔板的精馏塔。当然，这不符合工业实际，所以最小回流比只是 一个操作限度。若操作处于全回流时，既无任何产品采出，也无原料加入，塔顶的冷凝液全部返回塔中，这在生产中无实验意义。但是，由于此时所需理论板数最少，又易于达到稳定，故常在工业装置开停车、排除故障及科学研究时采用。 实际回流比常取用最小回流比的倍。在精馏操作中，若回流系统出现故障，操作情况会急剧恶化，分离效果也将变坏。 板效率是体现塔板性能及操作状况的主要参数，有以下两种定义方法。 （1）总板效率E N e 式中E —总板效率；N—理论板数（不包括塔釜）；Ne —实际板数。 2）单板效率E ml E x n 1 x n E ml * x n 1 x n* 式中E ml—以液相浓度表示的单板效率； x n，x n-1—第n 块板的和第（n-1 ）块板得液相浓度； x n*—与第n 块板气相浓度相平衡的液相浓度。 总板效率与单板效率的数值通常由实验测定。单板效率是评价塔板性能优劣的重要数据。物系性质、板型及操作负荷是影响单板效率的重要因素。当物系与板型确定后，可通过改变气液负荷达到最高的板效率；对于不同的板型，可以在保持相同的物系及操作条件下，测定其单板效率，已评价其性能的优劣。总板效率反映全塔各塔板的平均分离效果，常用于板式塔设计中。 若改变塔釜再沸器中电加热器的电压，塔板上升蒸汽量将会改变，同时，塔釜再沸器电加热器表面的温度将发生变化，其沸腾给热系数也将发生变化，从而可以得到沸腾给热系数也加热量的关系。由牛顿冷却定律，可知 Q A t m 化工原理计算机仿真实验 6 计算机仿真实验教学是当代非常重要的一种教学辅助手段，它形象生动且快速灵活， 集知识掌握和能力培养于一体，是提高实验教学效果的一项十分有力的措施。 本套软件系统包括8个单元仿真实验与演示实验： 实验一离心泵仿真实验 实验二阻力仿真实验 实验三传热仿真实验 实验四流体流动形态的观察 实验五柏努利方程演示实验 实验六吸收仿真实验 实验七干燥仿真实验 实验八精馏仿真实验 首先进入要运行的单元操作所在的子目录，待屏幕显示版本信息后，连续按回车键或 空格键直至显示如下菜单： 1.仿真运行 2.实验测评 3.数据处理 4.退出。 根据指导教师要求选择相应的内容进行操作。 1. 当显示菜单后，按“1”键，屏幕显示流程图，并且在屏幕下部显示操作菜单，根据化 工原理实验操作程序的要求，选择操作菜单提示的各项控制点依次进行操作。每项控制点 由数字代码表示，选定后按?或者?键进行开、关或量的调节。每完成一项操作按回车键 又回到主菜单。 当需要记录数据时，按R或W键自动将当前状态的数据记录下来并存入硬盘中，以便 数据处理时调用。 2. 按“2” 键，选择实验测评，此时屏幕显示第一大题，可按?或?键选择每小题进行 回答，选中小题后即在题号左端出现提示符，认为对的按Y键，错的按N键，可以反复按 Y键或N健。测评题目要求全判断，即多项双向选择。做完一大题后，可按PgDn键选择 55 下一大题，也可按PgUp键选上一大题，可对选中的小题进行修改，即更正原先的选择。按 数字“0” 键选择答题总表，以便观察各题解答情况。 整个操作在屏幕下方有详细说明。当做题时间满15分钟或按Ctrl+End键，计算机自动退出并给出测评分数，再接回车键返回主菜单。 3. 化工原理实验仿真软件简介 在教育领域中，计算机不仅是一门学科，而且正逐渐成为有效的教学媒体和教育管理的有力工具。计算机辅助教学是以计算机为媒介，通过学生——计算机之间的交互活动达到教学目的的一种手段。 1. 化工原理实验模拟的发展 实验模拟(Experiment Imitation)是利用计算机的高级图形功能模拟真实的实验环境，通过计算机与操作者之间的交互活动，达到辅助实验教学的目的。实验模拟既是计算机辅助教学的一个重要组成部分，也可以自成体系，这种现代化的新方法，有助于培养学生分析问题、处理问题、解决问题的能力。 化工原理实验模拟系统为辅助化工原理实验教学而设计的软件包。近年来，国内许多高校在化工原理实验模拟方面做了大量的工作，因为化工原理实验模拟必须依托实际的实验装置，而各高校的化工原理实验装置不尽相同，再加上实验模拟投资小、运行费用低、安全、高效等特点，因而受到了高度的重视。北京化工大学早在1985年就开发了一套多功能的单元操作实验模拟软件系统，该系统具有动态画面、音响效果、启发教学、错误处理、自动评分等功能特点。由于开发时间较早，其最大的缺陷是不能独立于西文DOS系统运行，而需要CCDOS 中文汉字系统支撑。华南理工大学开发的化工原理实验模拟系统则较先进，该系统自带中文字库，可以脱离中文汉字系统运行，并且具有窗口式中文界面提示、画面清晰、动画与声响结合。此外，浙江大学开发的化工原理实验模拟系统软件的特点是以该校的实际装置为依托，图像具有3D立体效果。从以上的开发成果可以看出，化工原理实验模拟软件从最初的非中文界面，发展到依托中文操作系统，再发展到自带中文字库脱离汉字操作系统，最后发展到充分利用多媒体技术和3Ｄ图像技术，而且界面日趋友好，功能日渐增多。 2. 化工原理实验模拟的特点 化工原理实验模拟通过计算机模拟真实的实验操作，使学生能快速地掌握如何操作化工单元过程，熟练地测定、整理实验数据，而且可以提高学生对化工原理理论课程的学习兴趣。它具有如下特点： (1) 实验模拟可以模拟传统实验过程，形象生动、简明易懂，既有科学性又富有趣味性，有利于增强教学效果，可在较短的时间内使学生了解化工原理实验单元操作的方法和技巧。 (2) 实验模拟可以快速完成耗费时间很长的实验，并可不断地重复各个实验过程，有利于提高实验教学效果，降低实验运行费用。 (3) 实验模拟可以按实验者的意图任意改变“实验条件”，模拟许多非正常的操作，有利于改善学生在实验装置上操作的安全性。 (4) 实验模拟可以清晰地观察实验的变化规律，使学生获得更多的感性认识，有利于培养学生理论联系实际的能力。 3. 化工原理实验模拟系统的组成 开发化工原理实验模拟系统的目的在于将先进的模拟技术与传统的实验教学相结合，改进实验教学的效果，提高实验教学水平。该模拟系统以基于Windows 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 中南大学考试试卷（A ） 2012 -- 2012 学年 2 学期 时间60分钟 化工原理实验 课程 48 学时 2 学分 考试形式： 闭 卷 专业年级： 化工10级总分100分，占总评成绩 50 % 班级___________姓名__________ 学号_________ 成绩 一、多选题(共60分，每小题2分，正确的在最后页答题卡中填写T,错误的打F 。例如A,B,C,D 只有BC 正确，则在相应题号中填写FTTF, A,B,C,D 只有D 正确，则在相应题号中填写FFFT)1、柏努利实验中，测压管的测压孔正对水流方向时所出的液位高度表示该点的FFTF A . 动压头； B . 静压头；C . 动压头与静压头之和；D . 动压头、静压头、损失压头之和。2、当管径相同而两侧压孔方向也相同时,两测压管之间所测得液位差表示 FFTT A . 两截面之间的动压头之差; B . 两截面之间的静压头之差。C . 两截面之间的压强差; D . 两截面之间的损失压头。3、当管子放置角度或水流方向改变而流速不变时,其能量损失 FFT A . 增大；B . 减少； C . 不变。 4、U 型压差计可直接测出如下各值:TF A . 表压、真空度、压强差。 B. 表压、真空度、压强差和绝对压。 5、用量筒和秒表测定体积流量中,所算出的流速是 TFF A . 平均流速； B . 点流速；C . 最大点速度。 6、蒸馏操作能将混合液中组分分离的主要依据是:TFT A . 各组分的沸点不同； B . 各组分的含量不同； C . 各组分的挥发度不同 7、全回流操作的特点有TTT A . F = O, D = 0, W = 0； B . 在一定分离要求下N T 最少； C . 操作线和对角线重合； 8、本实验能否达到98% (质量)的塔顶乙醇产品?FTFT A . 若进料组成大于95.57%,塔顶不能可达到98% 以上 B . 若进料组成大于95.57%,塔釜可达到98% 以上 C . 若进料组成小于95.57%,塔顶可达到98% 以上 D . 若进料组成小于95.57%,塔顶不能达到98% 以上 9、冷料回流对精馏操作的影响为FTF 规范与 、流体阻力实验 思考题 1、 不锈钢管、镀锌钢管实验测量的只是 Re 改变后的入值，为什么判断 入受Re 和￡ /d 共同 影响？ 答：分析实验结果，不锈钢管与镀锌钢管的摩擦阻力系数均随雷诺数的增大而减小， 在Re 相同的情况下，、镀锌钢管的摩擦阻力系 入要高于不锈钢管的，由此说 入受 数 明 Re 和￡ /d 共同影响。 2、 在不同设备（包括相对粗糙度相同而管径不同） 、不同温度下测定 入-Re 数据能否关联 的 在一条曲线上？为什么？ 答：只要￡ /d 相同，入-Re 数据就能关联在一条曲线上。 3、 以水作工作流体所测得的 入-Re 关系能否适用于其它种类的牛顿型流体？为什么？ 答：对于其他牛顿型流体也适用。 Re 反应了流体的性质，其他的流体的密度和黏度都 可以在Re 上面反应出来。所以仍然适用。 4、以下测出的直管摩擦阻力与设备的放置状态有关吗？它们分别是多少？（管径、 管长一样，管内走水，且 R1=R2=R3 2 ~r L A J 5、柏努利方程的适用条件是什么？该条件与本实验有什么联系? 答：不可压缩的理想流体在稳定状态下恒温流动。本实验的流体满足柏努利方程，推导水 平无变径直管道摩擦阻力系 △ r 答：无关，h f 一 P 一 l u 2 d 2 p1p2u12 2 ° = (gzj -gz 2)+ U 22 ,压差计高度差 R 2 反映了两个测压点截面位能和压强能综合变化 值 ,即 R= (gz1-gz 2)+ 卩丫 因为 R1=R=R,u=u 2312 ,所以三种状态下的 hf 不变，推出 变。 -I 数入的时候就采用了柏努利方程，满足柏努利方程是该实验的理论基础。 6、在测量前，为什么要将设备中的空气排净？怎样才能迅速排净？ 答：本实验所研究的对象为单一连续流体，排净气体是为了使流体连续流动，以达 到实验的条件要求。迅速排净的方法：主管路：开大流量调节阀，使流体迅速流过各直 管，将气泡冲出；引压管：打开引压管控制阀，流体流过引压管，气泡被带出排净标志为流量为零时，传感器示数为零。 二、离心泵实验 思考题 1, 根据离心泵的工作原理，分析为什么离心泵启动前要灌泵？在启动前为何要关 闭调节阀？ 离心泵是靠叶轮旋转产生的离心力把水排出，泵内的水排出后形成真空，又把水吸进泵中，依次循环工作。由于管道内形不成真空，且离心泵精度低，需要将内部空气排出，所以启动前要灌泵。 启动前关闭调节阀可以避免启动电流过大，保护电机。 2, 当改变流量调节阀开度时，压力表和真空表的读数按什么规律变化？当流量调节阀开度增大时，压力表读数减小，真空表读数增大。 3, 用孔板流量计测流量时，应根据什么选择孔口尺寸和压差计的量程？ 根据管路流量范围选择孔口尺寸和压差计的量程。 4，分析气缚现象与气蚀现象的区别。 气缚现象是在离心泵启动时发生的，由于泵内存有空气，空气密度相对于输送液体很低，旋转后产生的离心力小，叶轮中心区所形成的低压不足以将储槽内的液体吸入泵内，虽启动离心泵也不能输送液体。 气蚀现象是由于离心泵安装高度过高，导致泵内压力降低，液体发生汽化，泵内压力最低点通常位于叶轮叶片进口稍后的一点附近，生成的蒸汽泡随液体从入口向外周流动中，又因压力迅速增大而急剧冷凝。使液 体以很大的速度从周围冲向气泡中心，产生频率很高、瞬时压力很大的冲击，破坏叶轮。 5,根据什么条件来选择离心泵 1) ，根据被输送液体的性质和操作条件确定泵的类型； 2) ，根据具体管路对泵提出的流量和压头要求确定泵的类型。 6，用交频器调节f来改变流量大小是否比调节阀门大小省电？ 改变f，从而改变转速n，可使轴功率改变，从而达到调节流量的目的。在此过程中，离心泵提供多少能量，管路就接受多少能量，在低流量时，0.6?6m3/h，试设计一孔板流 轴功率较小，可以节省电。量 7, 使用$ 32X 3mm的不锈钢管输送20C的水，流量范围为计， 求d o为多少？量程压差计的范围为多少？化工原理实验传热实验报告
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