化工原理实验教材

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/sρ 流体的密度kg/m 3μ流体的粘度 Pa· s三、实验装置雷诺演示实验装置如图1.1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、实验步骤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3～5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1～2 cm 后关闭1，再慢慢打开阀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 1 2 3 4 5 6q（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 —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( h f ) 、管路摩擦系数（λ）、管件局部阻力系数（ζ）的测定方法，并通过实验了解它们的变化规律，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：∑h f =△Р/ρ，又因为△Р/ρ有如下表达式：式中：d 管子的直径mu 流体的速度m/sρ 流体的密度kg/m 3l 管道的长度m△Р压差paλ阻力系数通过上述表达式可以求得直管的阻力系数λ，对于弯管而言，用ζ代替(λ•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，管道直径为8 mm，相对粗糙度ε/d=0.025。

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，目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，λ～Re的关系是水平线，所以在大流量时少布点，而Re在比较小时，λ～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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 q(l/h)R(cm)U(m/s)Reλ2弯管阻力系数测定实验原始数据记录见下表：序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 q(l/h)R(cm)U(m/s)Reζ3 利用公式，带入测得实验数据计算λ，ζ，Re。

并绘制λ～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 不同管径﹑不同水温下测定的λ－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一、实验目的1 了解测定孔板流量计流量系数а的仪器结构,工作原理。

2 学会流量计系数а的测定方法，分析а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：oo i gRU ρρρα)(20-⨯=00A U q v ⨯=式中： а 流量系数 U 0 流体的速度 m/s Ρ0 流体的密度 kg/m 3 Ρi 指示剂的密度 kg/m 3 R 压差计读数 m A 0 开孔面积 m 2 q v 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 q(l/h) R(cm) U(m/s) t(s) Re а2 利用公式，带入测得实验数据计算а。

并绘制а～Re 曲线。

六、思考题1 假定管道的直接恒定，分析流量系数а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,q e 。

二、实验原理恒压过滤速率方程为：kqek q q 2+=τ式中： t 过滤时间 s k 过滤常数 m 2/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、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Δq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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10H (m)θ(s)K（m2/s）q e(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θ/q为纵坐标，q 为横坐标绘制曲线。

该曲线的斜率为1/K,截距为2q e /K，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α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：4-14-24-34-4式中：Q —热负荷，Wq mc—冷流体的质量流量,kg/st1、t2 —冷流体的进﹑出口温度，℃T1、T2 —热流体的进﹑出口温度，℃；C pc—冷流体的平均定压比热容，J/kg·℃三、实验装置图列管式换热设备流程图如 4.1所示。