【正文】 實驗二 伯努利方程演示實驗實驗目的通過本實驗，加深對能量互相轉化概念的理解；觀察流體流經(jīng)收縮、擴大管段時，各截面上靜壓頭之變化。 裝置前面附有算圖，可以由流量計的讀數(shù)以及水溫直接查知所測的雷諾準數(shù)。由轉子流量計讀出通過實驗管的流量。 實驗裝置() 雷諾數(shù)實驗裝置如圖所示，實驗時水由高位水槽1進入實驗玻璃管，水量由C閥控制，槽內設有進水穩(wěn)，流裝置2及溢流裝置3，以維持液面平穩(wěn)恒定，多余的水由溢流管4排出，以保證C 閥開度不變時通過實驗管的水流量不變，即穩(wěn)定流動。層流時速度分布為拋物線，湍流時則為指數(shù)曲線（頂部較平坦）。 實驗觀察過程中，影響流動狀態(tài)的因素很多，入口條件、有無振動現(xiàn)象、流量計調節(jié)速度快慢等都會對流體流動造成影響。二者一般是不相等的。一般情況下把滯流變?yōu)橥牧鞯呐R界情況的Re 稱為上臨界 Re數(shù)。圓直管中，Re＜2000時屬于層流；Re＞4000 時則屬于湍流。湍流時，流體質點向各個方向作不規(guī)則運動，但流體主體仍向某一規(guī)定方向流動?；驹?1. 流體在管內流動時，一般情況下，不是處于滯流（層流）就是處于湍流（紊流）狀態(tài)。實驗完畢后，應做好清潔工作，恢復儀器設備原狀，關好門窗，檢查水、電、氣源是否關好，做好上述工作后方可離開實驗室。保持實驗室整潔，廢品，廢物丟入垃圾箱內。實驗后根據(jù)原始記錄、處理數(shù)據(jù)、分析問題及時作好實驗報告。實驗時要嚴格遵守儀器、設備、電路的操作規(guī)程，不得擅自變更，操作前須經(jīng)教師檢查同意后方可接通電路和開車，操作中仔細觀察，如實記錄現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。四、學生實驗守則遵守紀律不遲到不早退，在實驗室內保持安靜，不大聲談笑，遵守實驗室的一切規(guī)章制度，聽從教師指導。操作中應能進行理論聯(lián)系實際的思考；（5）實驗數(shù)據(jù)的處理，如果用計算機處理實驗數(shù)據(jù)，則學生還須有一組手算的計算示例；（6）撰寫實驗報告。（3）預先組織好34人的實驗小組，實驗小組討論并擬訂實驗方案，預先作好分工，并寫出實驗的預習報告，預習報告的內容應包括：1）實驗目的和內容；2）實驗的基本原理及方案；3）實驗裝置及流程圖；4）實驗操作要點實驗數(shù)據(jù)的布點；5）設計原始數(shù)據(jù)的記錄表格。為使學生對于實驗有嚴肅的態(tài)度，嚴格的要求和嚴密的作風，我們推薦典型的實驗程序如下：（1）認真閱讀實驗指導書和有關參考資料，了解實驗目的和要求；（2）進行實驗室現(xiàn)場預習。三、實驗課教學內容及教學方法通過實驗課的教學應讓學生掌握科學實驗的全過程，此過程應包括：（1）實驗前的準備；（2）進行實驗操作；（3）正確記錄和處理實驗數(shù)據(jù)；（4）撰寫實驗報告。熟悉并掌握化工中典型設備的操作了解影響操作的參數(shù)，能在現(xiàn)有設備中完成指定的工藝要求。（2）對于特定的工程問題，在缺乏數(shù)據(jù)的情況下，學會如何組織實驗以及取得必要的設計數(shù)據(jù)。二、基本要求實驗研究方法及數(shù)據(jù)處理（1）掌握處理化學工程問題的兩種基本實驗研究方法?；ぴ韺嶒灥牧硪荒康氖抢碚撀?lián)系實際。數(shù)學模型方法是在對過程有充分認識的基礎上，將過程作高度的概括，得到簡單而不失真的物理模型，然后給予數(shù)學上的描述。例如，在因次論指導下的實驗，可不需要過程的深入理解，不需要采用真實的物料、真實流體或實際的設備尺寸，只需借助模擬物料（如空氣、水、黃砂等）在實驗室規(guī)模的小設備中，經(jīng)一些設備性的實驗或理性的推斷得出過程的影響因素，從而加以歸納和概括成經(jīng)驗方程。因此不能把處理一般物理實驗的方法簡單地套用于化工原理實驗。對象不同，實驗研究方法也必然不同?；ぴ韺嶒炛笇幼勇殬I(yè)技術學院化工原理實驗室二00七年十二月目錄序 言 2實驗一 雷諾數(shù)的測定與流型觀察 4實驗二 伯努利方程演示實驗 6實驗三 流體阻力測定實驗 8實驗四 流量計的流量校正 11實驗五 離心泵特性曲線的測定 15實驗六 過濾實驗 18實驗七 傳熱 22實驗八 板式精餾塔的操作及塔板效率實驗 27實驗九 吸收實驗 30實驗十 液—液萃取塔的操作 34實驗十一 干燥實驗 38實驗十二 板式塔性能實驗 42仿真軟件使用說明 46實驗十三 流體流動阻力的測定 47實驗十四 離心泵性能曲線的測定 50實驗十五 過濾實驗 52實驗十六 傳熱實驗（水蒸汽） 54實驗十七 精餾實驗（乙醇丙酮） 56實驗十八 洞道干燥實驗 59實驗十九 吸收實驗（水氨氣） 61序 言一、化工原理實驗的特點化工原理實驗屬于工程實驗范疇，它不同于基礎課程的實驗。后者面對的是基礎科學，采用的方法是理論的、嚴密的，處理的對象通常是簡單的、基本的甚至是理想的，而工程實驗面對的是復雜的實際問題和工程問題。工程實驗的困難在于變量多，涉及的物料千變萬化，設備大小懸殊，實驗工作量之大之難是可想而知的。數(shù)學模型方法和因次論指導下的實驗研究方法是研究工程問題的兩個基本方法，因為這兩種方法可以非常成功地使實驗研究結果由小見大，由此及彼地應用于大設備的生產(chǎn)設計上。這種因次論指導下的實驗研究方法，是確立解決難于作出數(shù)學描述的復雜問題的一種有效方法。這種研究方法同樣可以具備以小見大，由此及彼的功能（因次論指導下的實驗方法和數(shù)學模型方法反映了工程實驗和基礎實驗的主要區(qū)別）?；び珊芏鄦卧^程和設備所組成，學生應該運用理論去指導并且能夠獨立進行化工單元的操作，應能在現(xiàn)有設備中完成指定的任務，并預測某些參數(shù)的變化對過程的影響。一種是經(jīng)驗的方法，即應用因次論進行實驗的規(guī)劃；另一種是半經(jīng)驗半理論的方法或數(shù)學模型方法，掌握如何規(guī)劃實驗，檢驗模型的有效性和進行模型參數(shù)的估值。熟悉化工數(shù)據(jù)的基本測試技術其中包括操作參數(shù)（例如：流量、溫度、壓強等）、設備特性參數(shù)（例如：阻力參數(shù)、傳熱系數(shù)、傳質系數(shù)等）和特性曲線的測試方法。并能預測某些參數(shù)的變化對設備能力的影響，應如何調整。以上四個方面是實驗課的主要環(huán)節(jié)，認為實驗課就是單純進行實驗“操作”的觀點應該改變。了解實驗裝置，摸清實驗流程、測試點、操作控制點，此外還需了解所使用的檢測儀器、儀表。預習報告應在實驗前交給實驗指導教師審閱，獲準后學生方能參加實驗；（4）進行實驗操作，要求認真細致地記錄實驗原始數(shù)據(jù)。撰寫實驗報告是實驗教學的重要組成部分，應避免單純填寫表格的方式，而應由學生自行撰寫成文，內容大致包括：1）實驗目的和原理；2）實驗裝置；3）實驗數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理；4）實驗結果及討論。實驗前要認真預習，作好預習報告，經(jīng)教師提問通過后，方可準予參加實驗。儀器設備發(fā)生故障嚴禁擅自處理，應立即報告教師。愛護儀器、注意安全、水，電，煤氣，藥品要節(jié)約使用。實驗完畢記錄數(shù)據(jù)須經(jīng)教師審查簽字。實驗一 雷諾數(shù)的測定與流型觀察 實驗目的 1. 觀察流動類型，測定并計算臨界雷諾數(shù) Re； 2. 觀察速度分布。滯流時，流體質點運動互相平行，不同流體層間的質點彼此不發(fā)生穿插混合。判定流型的準數(shù)稱為雷諾準數(shù)，以 Re表示。Re在 2000 至4000 之間時，流動處于一種過渡狀態(tài)，可能為層流，也可能為湍流，或是二者交替出現(xiàn)，為外界條件所左右。而把由湍流變?yōu)闇鞯呐R界情況的 Re稱為下臨界Re 數(shù)。Re 以下式表示： duρμ Re = 因為流體的粘度和密度與流體的溫度有關，所以在測定 Re數(shù)的過程中，還必須知道流體的溫度，流體在管道內流動，若已知d、ρ、μ，則測定出由滯流變?yōu)橥牧鲿r的臨界速度即可計算出臨界雷諾數(shù) Re的值。 2. 流體進入圓管，以均勻一致的速度u流動，由于流體粘性的影響，相鄰的流體層間產(chǎn)生摩擦力，使流體流動速度發(fā)生變化，在垂直流體流動方向產(chǎn)生速度梯度 du/dy，從而形成速度分布。實驗時，通過紅墨水示蹤，即可觀察到不同的流動型態(tài)。 實驗操作 1. 打開閥C，水由高位槽進入實驗管5，經(jīng)轉子流量計6 排出。 2. 用閥B 控制高位墨水瓶7 的墨水注入量。這樣由玻璃管觀察流動狀態(tài)的同時就可知道管內雷諾數(shù)的大小?；靖拍?. 流體在流動時具有三種機械能：即①位能，②動能，③壓力能。當管路條件改變時（如位置高低，管徑大?。?，它們會自行轉換。 2. 對實際流體來說，則因為存在內摩擦，流動過程中總有一部分機械能因摩擦和碰撞而消失，即轉化成了熱能。對實際流體來說，這部分機械能相當于是被損失掉了，亦即兩個截面上的機械能的總和是不相等的，兩者的差額就是流體在這兩個截面之間因摩擦和碰撞轉換成為熱的機械能。 3. 上述幾種機械能都可以用測壓管中的一段液體柱的高度來表示。表示位能的，稱為位壓頭；表示動能的，稱為動壓頭（或速度頭）；表示壓力的，稱為靜壓頭；已消失的機械能，稱為損失壓頭（或摩擦壓頭）。 4. 當測壓管上的小孔（即測壓孔的中心線）與水流方向垂直時，測壓管內液柱高度（從測壓孔算起）即為靜壓頭，它反映測壓點處液體的壓強大小。 5. 當測壓孔由上述方位轉為正對水流方向時，測壓管內液位將因此上升，所增加的液位高度，即為測壓孔處液體的動壓頭，它反映出該點水流動能的大小。 6. 任何兩個截面上位壓頭、動壓頭、靜壓頭三者總和之差即為損失壓頭，它表示液體流經(jīng)這兩個截面之間時機械能的損失。裝置流程實驗裝置如圖外形尺寸：8005001800mm測試管長：700mm 管內徑248。實驗三 流體阻力測定實驗實驗目的 1. 測定液體在直管內流動時的摩擦阻力，并確定管路一定時摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)之間的關系； 2. 熟悉壓力的測量及轉子流量計的構造及使用； 3. 學會在雙對數(shù)坐標紙上標繪λ與 Re的關系曲線。流體阻力可分為直管阻力與局部阻力兩類。 在一定的管路中，測定兩點間的壓強差，在已知l 、d、ρ、u的情況下，利用上兩式即可求出摩擦系數(shù)λ。λ為Re 與e/ d 的函數(shù)，即λ=f（Re，e/ d ）。 當 Re=3000~100000 時，光滑管內λ與 Re的關系可用下式表示：λ=在完全湍流區(qū)λ則與Re 的大小無關，只受e/ d 的影響。 2. 關閉B、C、D閥（A 閥不動），啟動電泵，利用倒U 型壓差計上的放氣夾和閥D 調節(jié)壓差計的液柱高度，近似穩(wěn)定在壓差計的中間偏上一點的位置。 3. 逐漸開啟B 閥，在小流量計量程范圍內，由低到高讀取不同流量下壓差計左右兩邊液柱高度。 5. 實驗做完后關閉B、C閥，停止電泵，用溫度計測水槽內的水溫。 3. 根據(jù)λ隨 Re變化情況，分析測定所用直管的e/ d范圍。內容：(1)測定孔板流量計的孔流系數(shù)；(2)測定孔板流量計永久壓強損失。不可壓縮流體， 令 孔流系數(shù) 對于測壓方式、結構盡寸、加工狀況、管道粗糙度等均已規(guī)定的標準孔板： 孔板流量計是一種易于制造；結構簡單的測量裝置，因此使用廣泛。流量計的校正，有量體法、稱量法和基準流量計法。它用一個已被校正過而精度級較高的流量計作為比較基準。永久壓頭取壓點上下游離孔板端面：35和8，（指內徑）。（2）關閉出口閥，啟動離心泵。（4）檢查系統(tǒng)是否排凈空氣，然后測量，考慮測量范圍和實驗布點（前密后疏）。 實驗數(shù)據(jù)記錄表設備編號 ；水溫度 ；儀表常數(shù) ；管徑 ；孔徑 ；流量范圍 。 基本原理 在一定轉速下，離心泵的壓力 H、軸功率N 及效率η 均隨實際流量Q 的大小而改變，通常用水做實驗測出 H~Q、N~Q、及 η~Q之間的關系，并以曲線表示，稱為泵的特性曲線。 如果在泵的操作條件和選用離心泵的重要依據(jù)。 1．泵的壓頭 H ： 由動力學方程可知： H=h0+H2+H1+(u2 2 u12 )/2g+Σh12 由于兩截面間管路很短，Σh12可忽略不計，若吸入管與壓出管管徑相同，則u1=u2，上式可簡化為： H=H1+H2+h0 式中：H2——泵出口處壓力表讀數(shù)，以 mH2O柱（表壓）計； H1——泵入口處壓力表讀數(shù)，以 mH2O 柱（真空度）計； h0——壓力表與真空表之間的垂直距離。 2．N~Q曲線 表示泵的流量Q 和軸功率N 軸的關系 本實驗中不能直接測出軸功率，而是用瓦特計測得電機的輸入功率： N軸=N電η電η傳 式中：N 電——電動機的輸入功率（kW）； η電——電動機的效率（無因次）； η傳——傳動效率（無因次）。 3．η~Q 曲線 表示泵的流量Q 和η 的關系。 η=QHρ/102N軸 由于本實驗沒有測出軸功率，實驗測出的是電機的輸入功率 N電，所以本實驗只能測出 η總~Q 的關系曲線。 η總=Ne/ N電 η總= QHρ/102N電 當測出泵各點的流量和對應的電機的輸入功率 N電并計算出各點泵的揚程時，即可作出 η總~Q 曲線。 2. 檢查軸承的潤滑情況，用手轉動聯(lián)軸節(jié)，視其是否轉動靈活。 4. 調節(jié)壓差計：首先開啟電鈕使泵運轉，慢慢打開泵的出口閥，旋開雙管壓差計的放氣閥及平衡閥，放出氣體后，關閉放氣閥及平衡閥，再關閉泵的出口閥門，檢查壓差計左右兩臂是否相平，否則應重新放氣。 數(shù)據(jù)處理 1．原始數(shù)據(jù)表 序 號壓力表kgf/cm2真空表kgf/cm2孔板計板差 mmHg 瓦特計kW備注123456