【文章內容簡介】 ρ —流體密度，kg/m3； l —直管長度，m； u —流體在管內流動的平均流速，m/s。層流時， （33）湍流時λ是雷諾準數Re和相對粗糙度（ε/d）的函數，須由實驗確定。由式（32）可知，欲測定λ，需確定l、d，測定、u、ρ、μ等參數。 l、d為裝置參數（裝置參數表格中給出）， ρ、μ通過測定流體溫度，再查有關手冊而得， u通過測定流體流量，再由管徑計算得到?？捎肬型管、倒置U型管、測壓直管等液柱壓差計測定，或采用差壓變送器和二次儀表顯示。求取Re和λ后，再將Re和λ標繪在雙對數坐標圖上。2．局部阻力系數x 的測定 局部阻力損失通常有兩種表示方法，即當量長度法和阻力系數法。本實驗采用阻力系數法。 流體通過某一管件或閥門時的機械能損失表示為流體在小管徑內流動時平均動能的某一倍數，局部阻力的這種計算方法，稱為阻力系數法。即： (34)故 (35) 式中：x —局部阻力系數，無因次； －局部阻力壓強降，Pa；（本裝置中，所測得的壓降應扣除兩測壓口間直管段的壓降，直管段的壓降由直管阻力實驗結果求取。） ρ —流體密度，kg/m3； g —重力加速度，；u —流體在小截面管中的平均流速，m／s。 根據連接閥門兩端管徑d，流體密度，流體溫度t0(查流體物性ρ、μ)，及實驗時測定的流量V、壓差計讀數，通過式(5)求取閥門的局部阻力系數x。3. 實驗內容①根據粗糙管實驗結果，在雙對數坐標紙上標繪出λ～Re曲線，對照化工原理教材上有關曲線圖，即可估算出該管的相對粗糙度和絕對粗糙度。 ②根據光滑管實驗結果，對照柏拉修斯方程，計算其誤差。③測定閘閥在不同開度時的阻力系數。④對實驗結果進行分析討論。4. 實驗裝置與流程（1） 實驗裝置流程圖 圖31 流體流動阻力測定實驗裝置流程示意圖1－水箱； 2－管道泵；3－渦輪流量計；4－進口閥；5－均壓閥；6－閘閥；7－引壓閥；8－壓力變送器；9－出口閥；10－排水閥；11－電氣控制箱（2） 流程簡介如圖31所示，實驗對象部分是由貯水箱，離心泵，不同管徑、材質的水管，各種閥門、管件，渦輪流量計和倒U型壓差計等所組成的。管路部分有三段并聯(lián)的長直管，分別為用于測定局部阻力系數，光滑管直管阻力系數和粗糙管直管阻力系數。測定局部阻力部分使用不銹鋼管，其上裝有待測管件(閘閥)；光滑管直管阻力的測定同樣使用內壁光滑的不銹鋼管，而粗糙管直管阻力的測定對象為管道內壁較粗糙的鍍鋅管。水的流量使用渦輪流量計測量，管路和管件的阻力采用差壓變送器將差壓信號傳遞給無紙記錄儀。（3） 設備的主要技術數據 ① 測光滑直管段：管徑d= m，測壓點間距離L= m，材料為不銹鋼。②被測粗糙直管段：管徑d= m，測壓點間距離L= m，材料為鍍鋅鐵。③被測局部阻力直管段：管徑d= m, m。⑤壓差傳感器：型號為3351DP4E22B3，測量范圍為0~15 kPa。⑥離心泵：型號為MS60/37SS， m3/h， m，電機功率為370W，轉速2850rpm。⑦渦輪流量計：型號為LWGY―20。5. 實驗方法及步驟① 檢查儲水槽內水位是否正常，若缺水須加水至滿，實驗中注意保持水體清潔。②檢查所有閥門并將閥門關緊。③打開總電源和儀表開關，啟動水泵至自動檔，待電機轉動平穩(wěn)后，把出口閥開到最大。④排氣：選擇實驗管路，把對應的進口閥，引壓閥和差壓變送器8的兩個閥門打開，并在出口閥最大開度下，保持全流量流動5min左右，直至連接差壓變送器的透明管路內氣泡為止。⑤關閉差壓變送器8的兩個閥門，在計算機監(jiān)控界面點擊該對應管路，則差壓變送器開始檢測該管路壓差。⑥流量調節(jié)：手動狀態(tài)，調節(jié)流量，讓流量從1~5m3/h范圍內變化，~ m3/h。每次改變流量，待流動達到穩(wěn)定后，記下對應的壓差值，溫度，流量。⑦依次選擇光滑管、粗糙管以及局部阻力管路進行測量，數據測量完畢，關閉所有閥門，關閉水泵和儀表電源。6. 思考題①以水為工作流體所測得的關系能否適用于其他種類的牛頓型流體？請說明原因。②如果要增加雷諾數的范圍，可采取哪些措施？③測出的直管摩擦阻力與直管的放置狀態(tài)有關嗎？請說明原因。④離心泵啟動前，出口閥處于什么狀態(tài)？為什么？關閉離心泵時，出口閥處于什么狀態(tài)？為什么？ 離心泵特性曲線的測定1. 實驗目的①掌握離心泵特性曲線的測定方法。②了解離心泵的構造、安裝、使用與操作。2. 實驗原理離心泵的特性受泵的結構，葉輪形式與轉速的影響，特性參數包括流量Ｑ、揚程H、功率N、效率h，對確定的泵，在一定的轉速下，H、N、h 都隨流量Ｑ的改變而變化，以曲線形式表示這些參數之間的關系就是離心泵的特性曲線。離心泵的特性曲線能清楚的反映離心泵的操作性能，是選用離心泵和確定泵的適宜操作條件的主要依據。對任意一臺離心泵的特性曲線不能用解析法進行計算，只能通過實驗來測定。（1） 流量Ｑ的測定通過離心泵的流量采用渦流流量計測量，本實驗系統(tǒng)中流量計讀數與實際流量間的關系式為： （31）式中： — 流量， — 渦輪轉數， — 流量計校正系數，（2） 揚程H的測定在泵的吸入口和排出口之間列柏努利方程： （32） （33）上式中是泵的吸入口和壓出口之間管路內的流體流動阻力，與柏努利方程式中其它項比較，值很小，可以忽略，上式變?yōu)椋? （34）式中： — 離心泵的揚程， — 出口、入口處壓強， — 出口、入口處流速， — 出口、入口測壓點高度， — 流體密度， — 重力加速度，將測得的和的值以及計算所得的代入上式即可求得H的數值。（3） 功率N的測定功率表測得的功率為電動機的輸入功率，泵由電動機直接帶動，傳動效率可視為1，電動機的輸出功率等于泵的軸功率，即： （35） （36）所以 （37）式中： — 電動機效率，無因次（4） 泵效率 的測定 （38） （39）式中： — 泵的效率 — 泵的有效功率，（5） 轉速ｎ的測定3. 實驗內容測定單級離心泵在不同轉速下的特性參數，繪制離心泵特性曲線。圖32 離心泵性能測定實驗裝置流程圖1離心泵 2真空表 3壓力表 4變頻器 5功率表 6流量調節(jié)閥 7實驗管路8溫度計 9渦輪流量計 10實驗水箱 11放水閥 12頻率計4. 實驗裝置與流程（1） 實驗裝置流程圖（見圖32）（2） 流程簡介如圖32所示，水泵1將水槽10內的水輸送到實驗系統(tǒng)，用流量調節(jié)閥6調節(jié)流量，流體經渦輪流量計9計量后，流回儲水槽。（3） 設備的主要技術數據①離心泵：流量，揚程，軸功率。②真空表測壓位置管內徑。③壓強表測壓位置管內徑。④真空表與壓強表測壓口之間的垂直距離。⑤實驗管路內徑 。⑥電機效率為60%。⑦渦輪流量計儀表常數：。⑧功率表型號為 PS139。⑨泵吸入口真空表：～0MPa。⑩泵出口壓力表：測量范圍0～。5. 實驗方法及步驟①向儲水槽10內注入清水。②檢查流量調節(jié)閥6，壓力表3及真空表2的開關是否關閉(應關閉)。③啟動實驗裝置總電源，用變頻調速器上∧、∨及＜鍵設定頻率后，按run鍵啟動離心泵，緩慢打開調節(jié)閥6至全開。待系統(tǒng)內流體穩(wěn)定，打開壓力表和真空表的開關，方可測取數據。④測取數據的順序可從最大流量至0，或反之，一般測10～20組數據。⑤每次在穩(wěn)定的條件下同時記錄流量、壓力表、真空表、功率表的讀數及流體溫度。⑥實驗結束，關閉流量調節(jié)閥，停泵，切斷電源。6. 實驗注意事項①該裝置電路采用五線三相制配電，實驗設備應良好地接地。②使用變頻調速器時一定注意FWD指示燈亮，切忌按FWD REV鍵REV指示燈亮，電機會反轉。③ 啟動離心泵前，關閉壓力表和真空表的開關 以免損壞壓力表。7. 思考題①測定離心泵的特性曲線并繪出曲線圖時為什么要注明轉速數值？②隨著離心泵流量的增大，進口真空表和出口壓力表指示的數值怎么變化？功率表讀數如何變化？③離心泵怎樣啟動？為什么？④離心泵啟動后，如不打開出口閥會有什么結果？⑤為什么離心泵可用出口閥來調節(jié)流量？ 對流傳熱系數的測定1. 實驗目的①掌握對流傳熱系數的測定方法，測定空氣在圓形直管內的強制對流傳熱系數，驗證準數關聯(lián)式。② 了解套管換熱器的結構及操作，掌握強化傳熱的途徑。③ 學習熱電偶測量溫度的方法。2. 實驗原理冷熱流體在間壁兩側換熱時，傳熱基本方程及熱衡算方程為： （310）換熱器的總傳熱系數可表示為： （311）式中： — 換熱量， — 總傳熱系數， — 換熱面積， — 平均溫度差， — 比熱， — 質量流量， — 換熱器壁厚，、 — 內、外流體對流傳熱系數，依據牛頓冷卻定律，管外蒸汽冷凝，管內空氣被加熱，換熱量亦可表示為： （312）式中：、— 管內（冷側）、管外（熱側）壁溫，、 — 管內（冷側）、管外（熱側）流體溫度，測定空氣流量、進出口溫度、套管換熱面積，并測定蒸汽側套管壁溫，由于管壁導熱系數較大且管壁較薄，管內壁溫與外壁溫近似相等，根據上述數據即可得到管內對流傳熱系數，由于換熱器總傳熱系數近似等于關內對流傳熱系數，所以亦可得到套管換熱器的總傳熱系數。流體在圓形直管強制對流時滿足下述準數關聯(lián)式: （313）式中： — 努塞爾特準數，無因次 — 雷諾準數，無因次 — 普蘭特準數，無因次測定不同流速條件下的對流傳熱系數，在雙對數坐標中標繪關系得到一條直線。3. 實驗內容①測定不同空氣流量下空氣和水蒸汽在套管換熱器換熱時內管空氣的對流傳熱系數，推算總傳熱系數。② 在雙對數坐標中標繪關系，驗證準數關聯(lián)式。4. 實驗裝置與流程（1） 實驗裝置流程圖107圖33 傳熱實驗裝置流程示意圖1―蒸汽發(fā)生器 2―水位指示管 3―風機 4―風量調節(jié)閥 5―孔板 6―U型管 7―空氣進口溫度計 8―空氣出口溫度計 9―熱電偶測量系統(tǒng)10―冷凝回水管 11―外管 12―內管13411591026812（2） 流程簡介如圖33所示，鼓風機將空氣送入換熱器內管，風量由閥門4進行調節(jié)，并采用孔板流量計5計量流量，進出換熱器的溫度分別由進出口的溫度計8讀出；蒸汽發(fā)生器1將產生的蒸汽送入套管，套管壁溫采用熱電偶溫度測量系統(tǒng)進行測量。5. 實驗方法及步驟①向電加熱釜加水至接近液位計上端紅線。②向保溫瓶中加入適量的冰水，并將冷端補償熱電偶插入其中。③將空氣流量旁路調節(jié)閥4全開，電壓調節(jié)電位器旋至最小值（逆時針方向）。④檢查數字電壓表的測量訊號線是否接好，接通電源，至少預熱5分鐘。⑤順時針方向緩慢旋轉電壓調節(jié)電位器，使電壓表的示值為180V，待水沸騰，水蒸氣進入玻璃套管。⑥ 加熱約10分鐘后，啟動鼓風機，待空氣入口溫度穩(wěn)定后開始測試。⑦ 調節(jié)空氣流量旁路閥的開度，使壓差計的讀數為所需的空氣流量值（注意旁路閥全開時，空氣流量為最小值，全關時為最大值）。⑧ 待玻璃套管中充滿蒸汽并有適量冷凝液時算起，約5分鐘后可讀取數值。⑨ 重復步驟8，分別取10個以上空氣流量值（應包括最大和最小流量值）。⑩ 測試結束后，將加熱電壓調節(jié)電位器旋至最左端（逆時針方向），使電壓表、電流表的示值為零；約5分鐘后關閉鼓風機，并將旁路閥全開，切斷總電源，停止實驗。6. 實驗注意事項①實驗過程中，蒸汽發(fā)生器中的水位不能低于液位計下端的紅線，否則螺旋形電熱管將被燒壞；液位亦不能過高，否則會使水溢入套管。②啟動風機時, 空氣流量旁路閥不能關上，否則會把U型壓差計中的液體沖出。附：實驗裝置流量與溫度校正數據空氣流量公式：，R單位為mm蒸汽側壁溫與測溫熱電偶電勢關系：， E單位為mv空氣進出口溫度校正： 7. 思考題①本實驗要想提高K值應當增加哪一個管內的流體流量？②銅管內壁的溫度與哪一種流體的溫度相接近？③本實驗中若套管間隙中有不凝性氣體存在，對傳熱有什么影響？④實驗中所測的壁溫接近蒸汽側溫度還是空氣側溫度？⑤傳熱過程的穩(wěn)定性受哪些因素的影響？ 填料塔壓降曲線和吸收系數的測定1. 實驗目的①了解填料吸收塔的結構、性能、基本流程與操作。②熟悉填料式傳質設備的流體力學性能。③掌握總傳質單元高度和總體積傳質系數的測定方法。2. 實驗原理填料塔通常采用圓柱形塔體，在塔內，填料裝填在帶孔的支撐板上形成填料層，裝填方式多種多樣，一般可采用“亂堆”方式。