化工原理所有实验

实验一 流体流动阻力测定实验1.实验目的（1） 辨别组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。

（2）测定流体在圆形直管内流动时摩擦系数λ与雷诺数Re 的关系。

（3）测定流体流经闸阀时的局部阻力系数ξ。

2．基本原理（1）直管阻力摩擦系数λ的测定流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：2221u d l p p p h ff λρρ=-=∆=则直管阻力摩擦系数可写成：22lu p d fρλ∆=雷诺准数Re 的定义是：μρdu =Re层流时：Re 64=λ湍流时：λ是雷诺准数Re 和相对粗糙度（ε/d ）的函数。

完全湍流时：λ只是相对粗糙度（ε/d ）的函数。

上式中 d ：直管内径，m ；f p ∆：流体在l 米直管内流动时由于流动阻力而产生的压降，Pa ；f h ：单位质量流体流经l 米直管时产生的流动阻力，J/kg ； ρ ：流体密度，kg/m 3； l ：直管长度，m ；u ：流体在管内流动的平均流速，m/s ；μ ：流体粘度，P a ·s 。

其中l 、d 为装置参数 ， ρ、μ通过测定流体温度，再查有关手册而得， u 通过测定流体流量，再由管径计算得到。

本装置采用涡轮流量计测流量V （m 3/h ），则2900d Vu π=f p ∆采用倒置U 型管液柱压差计和差压变送器测量。

（2）局部阻力系数ξ 的测定根据阻力系数法，流体通过某一管件或阀门时的机械能损失可表示为流体在管内流动时平均动能的某一倍数，即：22u p h ff ξρ='∆='故22u p fρξ'∆=式中 ξ ：局部阻力系数，无因次；f p '∆ ：局部阻力引起的压降，Pa （本装置中，所测得的压降应扣除两测压口间直管段的压降后才是闸阀局部阻力引起的压降，直管段的压降由直管阻力实验结果求取）。

3．实验装置与流程实验装置流程（本装置为流体流动阻力与离心泵性能综合实验装置，做流动阻力实验时将仪控柜上“实验选择”转到“管阻力”）如图2-1所示，实验仪控柜面板如图2-2所示。

实验装置由贮水槽、离心泵、变频器、电动调节阀、涡轮流量计、压力表、差压变送器、不同材质的水管、倒U 型压差计（图中未画出）等组成。

装置上有三段并联的水平直管，自上而下分别用于测定局部阻力、光滑管直管阻力和粗糙管直管阻力。

测定局部阻力时使用不锈钢管，中间装有待测管件（闸阀）；测定光滑管直管阻力时，同样使用内壁光滑的不锈钢管，而测定粗糙管直管阻力时，采用管道内壁较粗糙的镀锌管。

水的流量使用涡轮流量计测量，流量通过变频器改变泵的转速来调节（但测定泵性能时流量则用电动调节阀调节），管路和闸阀的阻力采用各自的倒U 型管压差计测量，同时差压变送器将差压信号传送给差压显示仪表。

4．实验步骤（1）开启仪控柜上总电源、仪表电源开关，将仪控柜上“实验选择”转到“管阻力”。

（2）给离心泵灌水排气，然后关闭泵出口阀，启动水泵，待电机转动平稳后，把泵的出口阀缓缓开到最大。

（注意：泵运转过程中，勿触碰泵主轴部分，因其高速转动，可能会缠绕并伤害身体接触部位。

）离心泵水槽灌泵电动调节阀变频器涡轮流量计图2-1 流体流动阻力与泵性能综合实验流程简图（3）采用手动方法测量时，要对倒U 型压差计进行排气和调零，使压差计两端在带压且零流量时的液位高度相等。

（4）通过开启相应管路的进口阀分别测定光滑管阻力、粗糙管阻力、局部阻力(注意：测局部阻力时，要将旋钮转到“局部阻力压差”位置)，可使用手动或自动方法。

手动方法：缓缓调节出口阀改变流量，让流量从0.8到5m 3/h 范围内变化，建议低流量时每次变化0.3m 3/h 左右。

每次改变流量，待流动达到稳定后，记下流量和压差读数。

自动方法：进入“流体流动阻力测定实验”计算机控制界面，测定光滑管阻力时单击“开始光滑管实验” 按钮，由大到小改变流量设定（即通过变频器改变泵的转速），每次待流动达到稳定后可从仪控柜面板上读取有关数据或单击“采集数据”按钮即由计算机自动记录实验数据。

所有实验完成后单击“退出”按钮停止实验。

（5）实验结束后，关闭出口阀，停止水泵，关掉仪表电源和总电源。

5．实验数据记录实验日期： 装置号：同组实验人员： 水温： 管长：光滑管内径： 粗糙管内径： 局部阻力管内径：序号光滑直管阻力 粗糙直管阻力 局部阻力流量 (m 3/h) 压差 （Kpa ） 流量 (m 3/h) 压差 （Kpa ） 流量 (m 3/h) 压差（Kpa ）6．实验结果用表列出光滑管和粗糙管的λ和Re 值，给出计算示例，在双对数坐标纸上绘出λ～Re曲线，求出闸阀全开时的平均ξ值。

7．思考题（1）以水为介质所测得的λ～Re 关系能否适用于其它流体？（2）在不同设备上(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? 为什么?（3）如果测压口安装不垂直，对静压的测量有何影响？实验二 离心泵特性曲线测定实验1．实验目的（1）了解离心泵结构与特性，熟悉离心泵的使用； （2）测定离心泵的特性曲线；（3）了解电动调节阀的工作原理和使用方法。

2．基本原理离心泵特性曲线包括H ～Q 、N ～Q 、η～Q 曲线。

（1）流量Q （m 3/h ）本装置采用涡轮流量计测定。

（2）扬程（压头）H （m ）分别取离心泵进口真空表和出口压力表处为1、2截面，列柏努利方程得：fH g ug p z H g u g p z +++=+++2222222111ρρ因两截面间的管长很短，通常可忽略阻力损失项H f ，流速的平方差也很小故可忽略，则：g p p z z H ρ1212)(-+-=式中 ρ：流体密度，kg/m 3 ；p 1、p 2：分别为泵进、出口的压强，Pa ；u 1、u 2：分别为泵进、出口的流速，m/s ；z 1、z 2：分别为真空表、压力表的安装高度，m 。

由上式可知，由真空表和压力表上的读数及两表的安装高度差，就可算出泵的扬程。

（3）轴功率N （W ）电电η⨯=N N其中，N 电为功率表显示值（电机功率），电η代表电机效率，可取95.0＝电η。

（4）效率η（％）泵的效率η是泵的有效功率与轴功率的比值。

反映泵的水力损失、容积损失和机械损失的大小。

泵的有效功率Ne 可用下式计算：g HQ Ne ρ=故泵的效率为 %100⨯=N gHQ ρη（5）泵转速改变时的换算泵的特性曲线是在定转速下的实验测定所得。

但是，实际上感应电动机在转矩改变时，其转速会有变化，这样随着流量Q 的变化，多个实验点的转速n 将有所差异，因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为某一定转速n ' 下（可取离心泵的额定转速）的数据。

换算关系如下：流量n n QQ '='扬程2)(n n H H '=' 轴功率3)(n n N N '=' 效率ηρρη==''='N g QH N g H Q '3．实验装置与流程实验装置流程（本装置为流体流动阻力与离心泵性能综合实验装置，做离心泵性能实验时将仪控柜上“实验选择”转到“泵特性”位置。

4．实验步骤（1）开启仪控柜上总电源、仪表电源开关，将仪控柜上“实验选择”转到“泵特性”位置。

（2）给离心泵灌水排气，然后关闭泵出口阀，启动离心泵（注意：泵运转过程中，勿触碰泵主轴部分，因其高速转动，可能会缠绕并伤害身体接触部位）。

（3）实验时可使用手动或自动方法。

手动方法：逐渐打开调节阀以增大流量，待各仪表读数显示稳定后，读取相应数据。

自动方法：进入“离心泵特性曲线测定实验”计算机控制界面，通过改变流量设定（即改变电动调节阀的开度）调节流量，每次待流动达到稳定后可从仪控柜面板上读取有关数据或单击“采集数据”按钮即由计算机自动记录实验数据。

所有实验完成后单击“退出”按钮停止实验。

（4）实验结束后，关闭出口阀，停止水泵，关掉仪表电源和总电源。

5．实验数据记录实验日期： 装置号：同组实验人员： 泵型号： 额定流量： 额定扬程： 额定功率： 额定转速： 泵进出口测压点高度差： 水温： 序号 流量Q m 3/h泵进口压力p 1kPa泵出口压力p 2kPa泵电机功率N 电 kW 泵转速nr/m6．实验结果用表列出一定转速下泵的Q 、H 、N 、η值，并给出计算示例，绘制泵的H ～Q 、N ～Q 、η～Q 曲线（注明转速）。

7．思考题（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？ （2） 离心泵启动前为何要引水灌泵？如果灌泵后依然启动不起来，你认为可能的原因是什么？ （3）为什么用泵的出口阀门调节流量？这种方法有什么优、缺点？是否还有其他方法调节流量？实验三 恒压过滤常数测定实验1．实验目的（1）熟悉板框压滤机的结构和操作方法。

（2）测定恒压过滤常数K 、q e 、θ e 。

（3）测定滤饼的压缩性指数s 。

2．基本原理由恒压过滤方程：θK q q q e =+22式中：q — 单位过滤面积所得滤液体积，m 3/ m 2；θ— 过滤时间，s ；K － 恒压过滤常数，m 2/s;q e － 反映过滤介质阻力的常数，m 3/ m 2 。

微分得：()θKd dq q q e =+2将上式写成差分形式，则：e q K q K q 22+=∆∆-θ式中：q ∆— 每次测定的单位过滤面积滤液体积，m 3/ m 2；θ∆— 每次测定滤液体积q ∆所对应的时间间隔，s ； q — 相邻二个q 值的平均值，m 3/ m 2。

以q ∆∆/θ为纵坐标，q 为横坐标，将上式标绘成一直线，由该直线的斜率和截距可求出过滤常数K 和q e ，而虚拟过滤时间θe ＝q e 2/K也可将恒压过滤方程变为：K q q K qe 21+=θ以q /θ为纵坐标，q 为横坐标，绘成一直线，由直线的斜率和截距求出过滤常数K 和q e 。

改变过滤压差△p ，可测得不同的K 值，由K 的定义式sp k K -∆=1)(2两边取对数得：()()lg(2k)p lg s 1lgK +∆-=在实验压差范围内，若k 为常数，则lgK ～lg(△p)的关系在直角坐标上是一条直线，斜率为（1-s ），可得滤饼压缩性指数s 。

3．实验装置与流程本实验装置由空压机、配料槽、压力贮槽、板框过滤机（板框厚度25mm ，每个框过滤面积 0.024m 2，框数2个）等组成，其流程如图2-3所示。

4．实验步骤（1）在配料槽内配制含CaCO 3约10％（质量）的水悬浮液。

（2）开启空压机，将压缩空气通入配料槽，使CaCO 3悬浮液搅拌均匀。

（3）正确装好滤板、滤框及滤布。

滤布使用前用水浸湿，滤布要绷紧，不能起皱（注意：用螺旋压紧时，千万不要把手指压伤，先慢慢转动手轮使板框合上，然后再压紧）。