※实验一流体流动阻力测定 ※实验二离心泵特性曲线测定 ※实验三空气-蒸汽对流给热系教测定 ※实验四填料塔吸收传质系数的测定 ※实验五筛板塔精馏过程实验 ※实验六液液萃取实验 ※实验七膜分离实验 实验一流体流动阻力测定 实验目的 1.掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法 2.测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系,验证在一般湍流区内λ与Re的关系曲线 3.测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数ξ。 4.学会倒U形压差计和涡轮流量计的使用方法。 识辨组成管路的各种管件、阀门,并了解其作用。 二、实验任务 冶金化工管路是由直管和各种管阀件构成,流体通过直管和各种管阀时,必定存在阻力(为什 么?)。因此,在进行管路的设计和流体机械的选型中,阻力的大小是一个十分重要的参数。如何 测定这些阻力?阻力的变化有何规律?它与哪些因素有关?另流体在输送过程还需要计量,请你利 用实验室现有的“全数字化流体流动阻力实验装置”装置,应用已学知识(包括实验所需的自学知 识)独立设计实验方案,完成以下实验: 1.不可压缩流体在不同的圆形直管中(管材不同)做层流或湍流流动时的沿程阻力随Re变化规 律的测定。 2.不可压缩流体在流过不同的管阀件(如截止阀、球阀、突然扩大、突然缩小、孔版流量计孔 口、弯头等,此处只以全开闸阀为实验对象)时的阻力损失的大小的测定 基本原理 流体通过由直管、管件(如三通和弯头等)和阀门等组成的管路系统时,由于粘性剪应力和涡 流应力的存在,要损失一定的杋械能。流体流经直管时所造成杋机械能损失称为直管阻力损失。流体 通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。 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: f p1-p2 2dA (1-2) 式中:λ—直管阻力摩擦系数,无因次 d—直管内径,m
※ 实验一 流体流动阻力测定 ※ 实验二 离心泵特性曲线测定 ※ 实验三 空气－蒸汽对流给热系数测定 ※ 实验四 填料塔吸收传质系数的测定 ※ 实验五 筛板塔精馏过程实验 ※ 实验六 液-液萃取实验 ※ 实验七 膜分离实验 实验一 流体流动阻力测定 一、实验目的 1．掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法。 2．测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系，验证在一般湍流区内λ与Re的关系曲线。 3．测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数x。 4．学会倒U形压差计和涡轮流量计的使用方法。 5．识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。 二、实验任务 冶金化工管路是由直管和各种管阀件构成，流体通过直管和各种管阀时，必定存在阻力（为什 么？）。因此，在进行管路的设计和流体机械的选型中，阻力的大小是一个十分重要的参数。如何 测定这些阻力？阻力的变化有何规律？它与哪些因素有关？另流体在输送过程还需要计量，请你利 用实验室现有的“全数字化流体流动阻力实验装置”装置，应用已学知识（包括实验所需的自学知 识）独立设计实验方案，完成以下实验： 1．不可压缩流体在不同的圆形直管中（管材不同）做层流或湍流流动时的沿程阻力随Re变化规 律的测定。 2．不可压缩流体在流过不同的管阀件（如截止阀、球阀、突然扩大、突然缩小、孔版流量计孔 口、弯头等，此处只以全开闸阀为实验对象）时的阻力损失的大小的测定。 三、基本原理 流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡 流应力的存在，要损失一定的机械能。流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。流体 通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。 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： （1—1） （1—2） 式中：λ —直管阻力摩擦系数，无因次； d —直管内径，m；
卹r—流体流经/米直管的压力降,Pa 力r—单位质量流体流经迷直管的机械能损失,Jkg; p-流体密度,kgm3 l—直管长度,m u—流体在管内流动的平均流速,m/s 由式(1-2)可知,欲测定λ,需确定l、d,测定r、l、p、μ等参数 l、d为装置参数(装置参数表格中给出),p、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。 aua 雷诺准数 (1-3) 例如本装置采用涡轮流量计测流量,V,m3/h。 1=900x2 卹r可用U型管、倒置U型管、测压直管等液柱压差计测定,或采用差压变送器和二次仪表直接 显示数值。 将实验装置结构参数l、d,由流体温度査得的流体物性参数ρ、μ,及根据实验时测定的流量V计 算出的u、液柱压差计的读数R,流体流经米直管的压力降,代入式(1-2)和式(1-3)求取和 Re。因此,通过改变流体的流量可测定出不同Re下的摩擦阻力系数λ,即可在双对数坐标下得出一 定相对粗糙度的管子的Re元的关系 2.局部阻力系数ξ的测定 局部阻力损失通常有两种表示方法,即当量长度法和阻力系数法。 (1)当量长度法 流体流过某管件或阀门时造成的杋槭能损失看作与某一长度为λ的同直径的管道所产生的机械能 损失相当,此折合的管道长度称为当量长度,用符号冫表示。这样,就可以用直管阻力的公式来计算 局部阻力损失,而且在管路计算时可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计 算,则流体在管路中流动时的总机械能损失Σγ为 2+∑ ∑"r=A-d (2)阻力系数法 流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数, 局部阻力的这种计算方法,称为阻力系数法。即: (1-6) (1-7) 式中:ξ一局部阻力系数,无因次 4r一局部阻力压强降,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,直 管段的压降由直管阻力实验结果求取。) p一流体密度,kg/m3
—流体流经l米直管的压力降，Pa； —单位质量流体流经l米直管的机械能损失，J/kg； ρ —流体密度，kg/m3 ； l —直管长度，m； u —流体在管内流动的平均流速，m/s。 由式（1—2）可知，欲测定λ，需确定l、d，测定 、u、ρ、μ等参数。 l、d为装置参数（装置参数表格中给出）， 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。 雷诺准数 （1—3） 例如本装置采用涡轮流量计测流量，V，m3 /h。 （1—4） 可用U型管、倒置U型管、测压直管等液柱压差计测定，或采用差压变送器和二次仪表直接 显示数值。 将实验装置结构参数l、d，由流体温度查得的流体物性参数ρ、μ，及根据实验时测定的流量V计 算出的u、液柱压差计的读数R，流体流经l米直管的压力降 ，代入式 (1—2)和式 (1—3)求取λ和 Re。因此，通过改变流体的流量可测定出不同Re下的摩擦阻力系数 ，即可在双对数坐标下得出一 定相对粗糙度的管子的Re- 的关系。 2．局部阻力系数x 的测定 局部阻力损失通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。 (1) 当量长度法 流体流过某管件或阀门时造成的机械能损失看作与某一长度为 的同直径的管道所产生的机械能 损失相当，此折合的管道长度称为当量长度，用符号 表示。这样，就可以用直管阻力的公式来计算 局部阻力损失，而且在管路计算时可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计 算，则流体在管路中流动时的总机械能损失 为： (1—5) (2) 阻力系数法 流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数， 局部阻力的这种计算方法，称为阻力系数法。即： (1—6) 故 (1—7) 式中：x —局部阻力系数，无因次； －局部阻力压强降，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，直 管段的压降由直管阻力实验结果求取。） ρ —流体密度，kg/m3 ；
u—流体在小截面管中的平均流速,m/s 待测的管件和阀门由现场指定。本实验采用阻力系数法表示管件或阀门的局部阻力损失 所以,通过改变流体的流量可测定并计算出不同Re下的局部阻力系数,求其平均值。 四、实验装置与流程 实验装置 实验装置如图1-1所示: 流体流动阻力特性曲线测定实验 安[压室气 日有实验 光管 入力输 请入数据表 图1—1实验装置流程示意图 2实验流程 实验对象部分是由贮水箱,离心泵,不同管径、材质的水管,各种阀门、管件,涡轮流量计和 倒压力变送器等所组成的。管路部分有三段并联的长直管,分别为用于测定局部阻力系数,光滑管 直管阻力系数和粗糙管直管阻力系数。测定局部阻力部分使用不锈钢管,其上装有待测管件(闸阀) 光滑管直管阻力的测定同样使用内壁光滑的不锈钢管,而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较 粗糙的镀锌管。 水的流量使用涡轮流量计测量,管路和管件的阻力采用差压变送器将差压信号传递给无纸记录 3.装置参数(装置参数如表1-1所示。) 表1—1装置参数表 管内径(m)测量段长度 名称 材质 管路号 管内径 cm 装置 局部阻力 闸阀 IA 100(其中 20.0 管长95cm) 光滑管 不锈钢管 19.0 100 粗糙管 镀锌铁管 IC 21.0 100 五、实验步骤 泵启动:首先对水箱进行灌水,然后关闭出口阀,打开总电源和仪表开关,启动水泵,待电 机转动平稳后,把出口阀缓缓开到最大
u —流体在小截面管中的平均流速，m／s。 待测的管件和阀门由现场指定。本实验采用阻力系数法表示管件或阀门的局部阻力损失。 所以，通过改变流体的流量可测定并计算出不同Re下的局部阻力系数 ，求其平均值。 四、实验装置与流程 1．实验装置 实验装置如图1—1所示： 图 1—1实验装置流程示意图 2.实验流程 实验对象部分是由贮水箱，离心泵，不同管径、材质的水管，各种阀门、管件，涡轮流量计和 倒压力变送器等所组成的。管路部分有三段并联的长直管，分别为用于测定局部阻力系数，光滑管 直管阻力系数和粗糙管直管阻力系数。测定局部阻力部分使用不锈钢管，其上装有待测管件(闸阀)； 光滑管直管阻力的测定同样使用内壁光滑的不锈钢管，而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较 粗糙的镀锌管。 水的流量使用涡轮流量计测量，管路和管件的阻力采用差压变送器将差压信号传递给无纸记录 仪。 3．装置参数（装置参数如表1—1所示。） 表1—1 装置参数表 装置 1—1 名称 材质 管内径（mm） 测量段长度 管路号 管内径 （cm） 局部阻力 闸阀 1A 20.0 100（其中直 管长95cm） 光滑管 不锈钢管 1B 19.0 100 粗糙管 镀锌铁管 1C 21.0 100 五、实验步骤 1．泵启动：首先对水箱进行灌水，然后关闭出口阀，打开总电源和仪表开关，启动水泵，待电 机转动平稳后，把出口阀缓缓开到最大
2.实验管路选择:选择实验管路,把对应的进口阀打开,并在出口阀最大开度下,保持全流量 流动5-10min 3.排气:在计算机监控界面点击“引压室排气”按钮,则差压变送器实现排气。 4.流量调节:手控状态变频器输岀选择100,然后开启管路岀口阀,调节流量,让流量从I到 4m3/h范围内变化,建议每次实验变化0.5m3h左右。每次改变流量,待流动达到稳定后,记 下对应的压差值;自控状态,流量控制界面设定流量值或设定变频器输出值,待流量稳定记录相 关数据即可。 5.计算:装置确定时,根据ΔP和u的实验测定值,可计算λ和ξ,在等温条件下,雷诺数 Re=dupμ=Au,其中A为常数,因此只要调节管路流量,即可得到一系列λ~Re的实验点,从 而绘出λ~Re曲线。 6.实验结束:关闭出口阀,关闭水泵和仪表电源,清理装置。 六、实验数据处理 根据上述实验测得的数据填写到下表: 实验日期: 实验人员 学号 直管基本参数 温度: 光滑管径 粗糙管径 局部阻力管径 表1—2实验数据表 局部阻力所测总压差 序号流量(m3)光滑管压差Pa粗糙管压差Pa P 七、实验报告 实验报告中要求写出你所采用的实验方案,试验中的具体实验步骤(不能照抄上述实验步 1.根据粗糙管实验结果,在双对数坐标纸上标绘出λ~Re曲线,对照化工原理教材上有关曲线 图,估算出该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。 根据光滑管实验结果,对照柏拉修斯方程,计算其误差。 3.根据局部阻力实验结果,求出闸阀全开时的平均ξ值 4.对实验结果进行分析讨论 八、思考题
2. 实验管路选择：选择实验管路，把对应的进口阀打开，并在出口阀最大开度下，保持全流量 流动5－10min。 3. 排气：在计算机监控界面点击“引压室排气”按钮,则差压变送器实现排气。 4．流量调节：手控状态,变频器输出选择100,然后开启管路出口阀，调节流量，让流量从1到 4m3 /h范围内变化，建议每次实验变化0.5m3 /h左右。每次改变流量，待流动达到稳定后，记 下对应的压差值;自控状态,流量控制界面设定流量值或设定变频器输出值,待流量稳定记录相 关数据即可。 5．计算：装置确定时，根据 和u的实验测定值，可计算λ和ξ，在等温条件下，雷诺数 Re=duρ/μ=Au，其中A为常数，因此只要调节管路流量，即可得到一系列λ～Re的实验点，从 而绘出λ～Re曲线。 6．实验结束：关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，清理装置。 六、实验数据处理 根据上述实验测得的数据填写到下表： 实验日期： 实验人员： 学号： 温度： 装置号： 直管基本参数： 光滑管径 粗糙管径 局部阻力管径 表1—2 实验数据表 序号 流量(m3 /h) 光滑管压差Pa 粗糙管压差Pa 局部阻力所测总压差 Pa 七、实验报告 实验报告中要求写出你所采用的实验方案，试验中的具体实验步骤（不能照抄上述实验步 骤）。 1．根据粗糙管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出λ～Re曲线，对照化工原理教材上有关曲线 图，估算出该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。 2．根据光滑管实验结果，对照柏拉修斯方程，计算其误差。 3．根据局部阻力实验结果，求出闸阀全开时的平均ξ值。 4．对实验结果进行分析讨论。 八、思考题
1.在对装置做排气工作时,是否一定要关闭流程尾部的出口阀?为什么? 2.如何检测管路中的空气已经被排除干净? 3.以水做介质所测得的入~Re关系能否适用于其它流体?如何应用? 4.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? 5.如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直,对静压的测量有何影响? ▲返回 实验二离心泵特性曲线测定 、实验目的 1.了解离心泵结构与特性,熟悉离心泵的使用 2.掌握离心泵特性曲线测定方法; 3.了解电动调节阀的工作原理和使用方法。 二、基本原理 离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一,其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程 H、轴功率N及效率η与泵的流量Q之间的关系曲线,它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。由 于泵内部流动情况复杂,不能用理论方法推导出泵的特性关系曲线,只能依靠实验测定。 2.1扬程H的测定与计算 取离心泵进口真空表和出口压力表处为1、2两截面,列机械能衡算方程: P +H=z2+22+-2-+2 起2g 由于两截面间的管长较短,通常可忽略阻力项,速度平方差也很小故可忽略,则有 PI =H0+H1(表值)+H2 (2-2) 式中:B=z2-21,表示泵出口和进口间的位差,m p一一流体密度,kg/m3 g—一重力加速度m/s2 p1、p2——分别为泵进、出口的真空度和表压,Pa; H1、H2-—分别为泵进、出口的真空度和表压对应的压头,m; u1、u2-—分别为泵进、出口的流速,m/s; z1、z2-—分别为真空表、压力表的安装高度,m
1．在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的出口阀?为什么? 2．如何检测管路中的空气已经被排除干净? 3．以水做介质所测得的λ～Re关系能否适用于其它流体?如何应用? 4．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? 5．如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响? ▲ 返 回 实验二 离心泵特性曲线测定 一、实验目的 1. 了解离心泵结构与特性，熟悉离心泵的使用； 2. 掌握离心泵特性曲线测定方法； 3. 了解电动调节阀的工作原理和使用方法。 二、基本原理 离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程 H、轴功率N及效率η与泵的流量Q之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。由 于泵内部流动情况复杂，不能用理论方法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。 2.1扬程H的测定与计算 取离心泵进口真空表和出口压力表处为1、2两截面，列机械能衡算方程： （2－1） 由于两截面间的管长较短，通常可忽略阻力项 ，速度平方差也很小故可忽略，则有 （2－2） 式中： ，表示泵出口和进口间的位差，m； ρ——流体密度，kg/m3 ； g——重力加速度 m/s2 ； p1、p2——分别为泵进、出口的真空度和表压，Pa； H1、H2——分别为泵进、出口的真空度和表压对应的压头，m； u1、u2——分别为泵进、出口的流速，m/s； z1、z2——分别为真空表、压力表的安装高度，m