食品工程原理實驗報告

1、姓名：陳蔚婷 學號：1363115 班級：13級食安1班實驗一：流體流動阻力的測定一、實驗?zāi)康?掌握測定流體流經(jīng)直管、管件和閥門時阻力損失的一般實驗方法。 2測定直管摩擦系數(shù)與雷諾準數(shù)Re的關(guān)系，驗證在一般湍流區(qū)內(nèi)與Re的關(guān)系曲線。 3測定流體流經(jīng)管件、閥門時的局部阻力系數(shù)x。 4學會倒U形壓差計和渦輪流量計的使用方法。5識辨組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用。二、基本原理 流體通過由直管、管件（如三通和彎頭等）和閥門等組成的管路系統(tǒng)時，由于粘性剪應(yīng)力和渦流應(yīng)力的存在，要損失一定的機械能。流體流經(jīng)直管時所造成機械能損失稱為直管阻力損失。流體通過管件、閥門時因流體運動方向和速度大小改變所引起

2、的機械能損失稱為局部阻力損失。 1直管阻力摩擦系數(shù)的測定 流體在水平等徑直管中穩(wěn)定流動時，阻力損失為： （1）即， （2）式中： 直管阻力摩擦系數(shù)，無因次； d 直管內(nèi)徑，m；流體流經(jīng)l米直管的壓力降，Pa；單位質(zhì)量流體流經(jīng)l米直管的機械能損失，J/kg； 流體密度，kg/m3；l 直管長度，m；u 流體在管內(nèi)流動的平均流速，m/s。滯流(層流)時， （3） （4）式中：Re 雷諾準數(shù)，無因次； 流體粘度，kg/(m·s)。湍流時是雷諾準數(shù)Re和相對粗糙度（/d）的函數(shù)，須由實驗確定。由式（2）可知，欲測定，需確定l、d，測定、u、等參數(shù)。 l、d為裝置參數(shù)（裝置參數(shù)表格中給出），

3、、通過測定流體溫度，再查有關(guān)手冊而得， u通過測定流體流量，再由管徑計算得到。2局部阻力系數(shù)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(shù)法。 (1) 當量長度法 流體流過某管件或閥門時造成的機械能損失看作與某一長度為的同直徑的管道所產(chǎn)生的機械能損失相當，此折合的管道長度稱為當量長度，用符號表示。這樣，就可以用直管阻力的公式來計算局部阻力損失，而且在管路計算時可將管路中的直管長度與管件、閥門的當量長度合并在一起計算，則流體在管路中流動時的總機械能損失 為： (8) (2) 阻力系數(shù)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(nèi)流動時平均動能的某一倍數(shù)，局部阻力

4、的這種計算方法，稱為阻力系數(shù)法。即： (9)故 (10) 式中：x 局部阻力系數(shù)，無因次； 局部阻力壓強降，Pa；（本裝置中，所測得的壓降應(yīng)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(jié)果求取。） 流體密度，kg/m3； g 重力加速度，9.81m/s2；u 流體在小截面管中的平均流速，ms。 待測的管件和閥門由現(xiàn)場指定。本實驗采用阻力系數(shù)法表示管件或閥門的局部阻力損失。根據(jù)連接管件或閥門兩端管徑中小管的直徑d，指示液密度，流體溫度t0(查流體物性、)，及實驗時測定的流量V、液柱壓差計的讀數(shù)R，通過式(5)、(6)或(7)、(10)求取管件或閥門的局部阻力系數(shù)x。三、實驗裝置與流程

5、1 實驗裝置實驗裝置如圖所示：2.實驗流程實驗對象部分是由貯水箱，離心泵，不同管徑、材質(zhì)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(shù)，光滑管直管阻力系數(shù)和粗糙管直管阻力系數(shù)。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(nèi)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(nèi)壁較粗糙的鍍鋅管。流量使用渦輪流量計測量，將渦輪流量計的信號傳給相應(yīng)的顯示儀表顯示出轉(zhuǎn)速，管路和管件的阻力采用倒U型差壓計直接讀出讀數(shù)。四、實驗步驟1.開水泵 先開出口閥，開灌水閥灌泵，灌滿稅后關(guān)閉灌水閥和出口閥，再啟

6、動水泵。2.開閥門 然后單擊出口閥手柄的下方，每單擊一次，增大一次。3.改變流量 進行不同流量下的管路壓差測定實驗。讓流量從0到3.51L/s范圍內(nèi)變化。由小到大或由大到小調(diào)節(jié)管路總出口閥，每次改變流量，待流動達到穩(wěn)定后，讀取各項數(shù)據(jù)，共作1015組實驗點。五、實驗數(shù)據(jù)處理1.實驗數(shù)據(jù)2. 處理方式：實驗可以測出Q列R列數(shù)據(jù)，根據(jù)上述公式，求得上表的u列 列 Re列等數(shù)據(jù)以第一組實驗為例：Q=0.057（L/s） R=0.1738（mmHg）u=0.057×10-3÷(/4×0.042)=0.0454(m/s-1)=2×0.04×9.81

7、15;0.27×（13600-998）÷（998×4×0.4542）=0.0006Re=0.04×998×0.0454÷（1.005×10-3）=18003.數(shù)據(jù)圖：六、實驗報告 1根據(jù)粗糙管實驗結(jié)果，在雙對數(shù)坐標紙上標繪出Re曲線，對照化工原理教材上有關(guān)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(jù)光滑管實驗結(jié)果，在雙對數(shù)坐標紙上標繪出Re曲線，對照柏拉修斯方程，計算其誤差。 3根據(jù)局部阻力實驗結(jié)果，求出閘閥全開時的平均值。 4對以上的實驗結(jié)果進行分析討論。 七、思考題1. 在對裝置做排氣工作時，是否一

8、定要關(guān)閉流程尾部的出口閥？為什么？答：最好關(guān)閉。 因為要把管道中的氣泡全部排出。2. 如何檢測管路中的空氣已經(jīng)被排除干凈？答：在流動測定中氣體在管路中，對流動的壓力測量產(chǎn)生偏差，在實驗中一定要排出氣體，讓流體在管路中流動，這樣流體的流動測定才能準確。當流出的液體無氣泡是就可以證明空氣已經(jīng)排干凈了。3. 以水做介質(zhì)所測得的Re關(guān)系能否適用于其他流體？如何應(yīng)用？答：可以用于牛頓流體的類比，牛頓流體的本構(gòu)關(guān)系一致。應(yīng)該是類似平行的曲線，但雷諾數(shù)本身并不是十分準確，建議取中間段曲線，不要用兩邊端數(shù)據(jù)。雷諾數(shù)本身只與速度，粘度和管徑一次相關(guān)，不同流體的粘度可以查表。4. 在不同的設(shè)備上（包括不同管徑），

9、不同水溫下測定的Re數(shù)據(jù)能否關(guān)聯(lián)在同一條曲線上？答：一次改變一個變量，是可以關(guān)聯(lián)出曲線的，一次改變多個變量時不可以的。另外，不要奢望可以做出一個多項式之類的好的曲線，這是不可2.一次改變一個變量，是可以關(guān)聯(lián)出曲線的，一次改變多個變量時不可以的。5. 如果在測壓口、孔邊緣有毛刺或安裝不垂直，對靜壓的測量有何影響？答：沒有影響.靜壓是流體內(nèi)部分子運動造成的.表現(xiàn)的形式是流體的位能.是上液面和下液面的垂直高度差.只要靜壓一定.高度差就一定.如果用彈簧壓力表測量壓力是一樣的.所以沒有影響.實驗二：離心泵特性曲線測定一、實驗?zāi)康?了解離心泵結(jié)構(gòu)與特性，熟悉離心泵的使用；2掌握離心泵特性曲線測定方法；3了

10、解電動調(diào)節(jié)閥的工作原理和使用方法。二、基本原理離心泵的特性曲線是選擇和使用離心泵的重要依據(jù)之一，其特性曲線是在恒定轉(zhuǎn)速下泵的揚程H、軸功率N及效率與泵的流量Q之間的關(guān)系曲線，它是流體在泵內(nèi)流動規(guī)律的宏觀表現(xiàn)形式。由于泵內(nèi)部流動情況復(fù)雜，不能用理論方法推導(dǎo)出泵的特性關(guān)系曲線，只能依靠實驗測定。1揚程H的測定與計算取離心泵進口真空表和出口壓力表處為1、2兩截面，列機械能衡算方程： （11）由于兩截面間的管長較短，通常可忽略阻力項，速度平方差也很小故可忽略，則有 （12）式中： ，表示泵出口和進口間的位差，m；和 流體密度，kg/m3 ；g重力加速度 m/s2；p1、p2分別為泵進、出口的真空度和表

11、壓，Pa；H1、H2分別為泵進、出口的真空度和表壓對應(yīng)的壓頭，m； u1、u2分別為泵進、出口的流速，m/s； z1、z2分別為真空表、壓力表的安裝高度，m。由上式可知，只要直接讀出真空表和壓力表上的數(shù)值，及兩表的安裝高度差，就可計算出泵的揚程。2軸功率N的測量與計算 （W） （13）其中，N電為電功率表顯示值，k代表電機傳動效率，可取。3效率的計算泵的效率是泵的有效功率Ne與軸功率N的比值。有效功率Ne是單位時間內(nèi)流體經(jīng)過泵時所獲得的實際功，軸功率N是單位時間內(nèi)泵軸從電機得到的功，兩者差異反映了水力損失、容積損失和機械損失的大小。泵的有效功率Ne可用下式計算： （14） 故泵效率為 （15）

12、三、實驗裝置與流程離心泵特性曲線測定裝置流程圖如下：1水箱；2離心泵；3轉(zhuǎn)速傳感器；4泵出口壓力表； 5玻璃轉(zhuǎn)子流量計；6出口流量調(diào)節(jié)閘閥；7灌泵漏斗；8泵進口壓力表；9溫度計；圖1 實驗裝置流程示意圖四、實驗步驟及注意事項實驗步驟： （1）清洗水箱，并加裝實驗用水。通過灌泵漏斗給離心泵灌水，排出泵內(nèi)氣體。 （2）檢查各閥門開度和儀表自檢情況，試開狀態(tài)下檢查電機和離心泵是否正常運轉(zhuǎn)。開啟離心泵之前先將出口閥關(guān)閉，當泵達到額定轉(zhuǎn)速后方可逐步打開出口閥。 （3）實驗時，逐漸打開出口流量調(diào)節(jié)閘閥增大流量，待各儀表讀數(shù)顯示穩(wěn)定后，讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)。離心泵特性實驗主要獲取實驗數(shù)據(jù)為：流量Q、泵進口壓力p1、

13、泵出口壓力p2、電機功率N電、泵轉(zhuǎn)速n，及流體溫度t和兩測壓點間高度差H0（H00.1m）。 （4）改變出口流量調(diào)節(jié)閘閥的開度，測取10組左右數(shù)據(jù)后，可以停泵，同時記錄下設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)（如離心泵型號，額定流量、額定轉(zhuǎn)速、揚程和功率等），停泵前先將出口流量調(diào)節(jié)閘閥關(guān)閉。注意事項： （1）一般每次實驗前，均需對泵進行灌泵操作，以防止離心泵氣縛。同時注意定期對泵進行保養(yǎng)，防止葉輪被固體顆粒損壞。 （2）泵運轉(zhuǎn)過程中，勿觸碰泵主軸部分，因其高速轉(zhuǎn)動，可能會纏繞并傷害身體接觸部位。（3）不要在出口流量調(diào)節(jié)閘閥關(guān)閉狀態(tài)下長時間使泵運轉(zhuǎn)，一般不超過三分鐘，否則泵中液體循環(huán)溫度升高，易生氣泡，使泵抽空。五、數(shù)

14、據(jù)處理1.數(shù)據(jù)記錄：2. 處理方式：實驗可以測出Q列Pv列Pm列 N列數(shù)據(jù)，根據(jù)上述公式，求得上表的He列 Ne列 列等數(shù)據(jù)以第一組實驗為例：Q=0.052（L/s） Pv=0.011353MPaPm=0.021164MPa N=403.68W則He=(Pm+Pv)×106÷9810+0.4=（0.021164+0.011353）×106÷9810+0.4=23.13mNe=He×Q×10-3×9810=23.13×0.052×10-3×9810=11.77W=Ne÷N=11.77&#

15、247;403.68=2.9153. 數(shù)據(jù)圖：六、實驗報告1分別繪制一定轉(zhuǎn)速下的HQ、NQ、Q曲線2分析實驗結(jié)果，判斷泵最為適宜的工作范圍。實驗三：流量計的校正一、實驗?zāi)康?.熟悉孔板流量計的構(gòu)造、性能及安裝方法。2.掌握流量計的標定方法之一容量法。3.測定孔板流量計的孔流系數(shù)與雷諾準數(shù)的關(guān)系。二、基本原理孔板流量計是應(yīng)用最廣泛的節(jié)流式流量計之一，本實驗采用自制的孔板流量計測定液體流量，用容量法進行標定，同時測定孔流系數(shù)與雷諾準數(shù)的關(guān)系。 孔板流量計是根據(jù)流體的動能和勢能相互轉(zhuǎn)化原理而設(shè)計的，流體通過銳孔時流速增加，造成孔板前后產(chǎn)生壓強差，可以通過 引壓管在壓差計或差壓變送器上顯示。其基本構(gòu)造

16、如圖1所示。若管路直徑為d1，孔板銳孔直徑為d0，流體流經(jīng)孔板前后所形成的縮脈直徑為d2，流體的密度為，則根據(jù)柏努利方程，在界面1、2處有： 圖1 孔板流量計 （3-1）或 （3-2）由于縮脈處位置隨流速而變化，截面積又難以指導(dǎo)，而孔板孔徑的面積是已知的，因此，用孔板孔徑處流速來替代上式中的，又考慮這種替代帶來的誤差以及實際流體局部阻力造成的能量損失，故需用系數(shù)C加以校正。式（32）改寫為 （3-3）對于不可壓縮流體，根據(jù)連續(xù)性方程可知，代入式（3-3）并整理可得 （3-4） 令 （3-5）則式（3-4）簡化為 （3-6）根據(jù)和即可計算出流體的體積流量： （3-7）或 （3-8）式中：流體的體

17、積流量， m3/s； U形壓差計的讀數(shù)，m； 壓差計中指示液密度，kg/m3； 孔流系數(shù)，無因次；由孔板銳口的形狀、測壓口位置、孔徑與管徑之比和雷諾數(shù)Re所決定，具體數(shù)值由實驗測定。當孔徑與管徑之比為一定值時，Re超過某個數(shù)值后，接近于常數(shù)。一般工業(yè)上定型的流量計，就是規(guī)定在為定值的流動條件下使用。值范圍一般為0.6-0.7?？装辶髁坑嫲惭b時應(yīng)在其上、下游各有一段直管段作為穩(wěn)定段，上游長度至少應(yīng)為10d1，下游為5d2?？装辶髁坑嫎?gòu)造簡單，制造和安裝都很方便，其主要缺點是機械能損失大。由于機械能損失，使下游速度復(fù)原后，壓力不能恢復(fù)到孔板前的值，稱之為永久損失。d0/d1的值越小，永久損失越大。

18、三、實驗裝置及流程四、實驗步驟與注意事項1. 熟悉實驗裝置，了解各閥門的位置及作用。2. 對裝置中有關(guān)管道、導(dǎo)壓管、壓差計進行排氣，使倒U形壓差計處于工作狀態(tài)。3. 對應(yīng)每一個閥門開度，用容積法測量流量，同時記下壓差計的讀數(shù)，4. 測量流量時應(yīng)保證每次測量中，都不超過最大流量范圍1.3L/s ，取1015組數(shù)據(jù)。五、數(shù)據(jù)處理1.數(shù)據(jù)記錄：2. 處理方式實驗可以測出Vs列R列數(shù)據(jù)，根據(jù)上述公式，求得上表的Re列 Co列等數(shù)據(jù)以第一組實驗為例：Vs=0.461（L/s） R=83.65mmHgRe=4×998.2÷（×0.028×1.03×10-3

19、）×0.461=20330.1Co=413.9×0.461÷（0、543）1./2=0.65973.數(shù)據(jù)圖：六、實驗報告1. 將所有原始數(shù)據(jù)及計算結(jié)果列成表格，并附上計算示例。2. 在單對數(shù)坐標紙上分別繪出孔板流量計和文丘里流量計的Re圖。3. 討論實驗結(jié)果。實驗四：過濾實驗一、實驗?zāi)康?. 熟悉壓濾機結(jié)構(gòu)和操作方法2. 通過恒壓過濾實驗，驗證過濾基本原理3. 學會測定過濾常數(shù)K、q等的方法4. 了解操作壓力對過濾速率的影響二、實驗原理 過濾是以某種多孔物質(zhì)作為介質(zhì)來處理懸浮液的操作。在外力的作用下，懸浮液中的液體通過介質(zhì)的孔道而固體顆粒被截流下來，從而實驗固液分

20、離，因此，過濾操作本質(zhì)上是六題通過固體顆粒床層的流動，所不同的是這個固體顆粒層的厚度隨著過濾過程的進行二不斷增加，故在恒壓過濾操作中，其過濾速率不斷降低。 影響過濾速度的主要因素除壓強差p，濾餅厚度L外，還有濾餅和懸浮液的性質(zhì)，懸浮液溫度，過濾介質(zhì)的阻力等，故難以用流體力學的方法處理。三、實驗裝置圖圖一 實驗裝置圖四、操作步驟及注意事項1. 配置懸浮液2. 熟悉實驗裝置流程3. 開啟空氣壓縮機4. 關(guān)閉閥1，開啟閥2、3、4，并且開啟攪拌棒5. 時間和濾液體積在不斷變動，在360秒范圍內(nèi)，讀取1520組數(shù)據(jù)即可。五、數(shù)據(jù)處理1.數(shù)據(jù)記錄：2. 數(shù)據(jù)處理：實驗可以測出 t列 Vi列 數(shù)據(jù)，根據(jù)上

21、述公式，求得上表的 qi列 qm列 t列 q列 t/q列等數(shù)據(jù)以第一組第二組實驗為例：qi=Vi/S=0.65/0.218=0.00298qm=(qi+(qi+1)/2=(0.00298+0.00571)/2=0.00298t=(ti+1)-ti=0.00149q=(qi+1)-qi=21t/q=0.00149/21=70463.數(shù)據(jù)圖：實驗五：傳熱實驗一、實驗?zāi)康?. 掌握對流傳熱系數(shù)的實驗測定方法，加深對其概念和影響因素的理解；2. 了解強化對流傳熱的基本理論和基本方法；3. 了解對流傳熱準數(shù)關(guān)聯(lián)式的建立及其使用。 二、實驗原理 1. 對流傳熱系數(shù)的測定 根據(jù)牛頓冷卻定律，管內(nèi)流體的對流傳

22、熱系數(shù)：= 符號說明： 管內(nèi)流體對熱傳熱系數(shù)，W/（） 傳熱量,W， Qi=， ； 管壁溫度和管內(nèi)流體溫度的對數(shù)平均值，； =換熱面積, =, m2； 、冷流體的進口、出口溫度（）； tW 平均壁面溫度； 內(nèi)管內(nèi)徑，m ； 傳熱管測量段的實際長度，m； 冷流體的平均體積流量，m3/h 冷流體的定壓比熱,J/（kg·） 冷流體的密度,kg/ m3 注： 和可根據(jù)定性溫度t=(+)/2查得。 2. 對流傳熱系數(shù)準數(shù)關(guān)聯(lián)式的實驗確定 流體在管內(nèi)作強制湍流且被加熱時，努塞爾準數(shù)關(guān)聯(lián)式為：Nu=ARemPr0.4即：lgNui=lg(A Pri0.4)+m lgRei 其中： 注：物性數(shù)據(jù)、

23、、可根據(jù)定性溫度t=(+)/2查得。通過實驗確定不同流量下的與，然后繪制lgNulgRe關(guān)系圖(直線)，由斜率計算m、由截距計算A。三、實驗裝置四、實驗流程及注意事項 1檢察蒸汽發(fā)生器中水位，使其保持在水罐高度的1/22/3，以免干燒。 2. 開啟電源總開關(guān)，打開加熱開關(guān)生產(chǎn)蒸汽，待蒸汽排空閥處有蒸汽噴出時關(guān) 閉蒸汽排空閥。 3. 啟動風機，再開蒸汽閥，然后改變空氣的流量。在最大流量范圍內(nèi)（壓差計在70.5mm），讀取1015組數(shù)據(jù)即可。 5. 實驗結(jié)束后，先停蒸汽發(fā)生器電源，再停風機，清理現(xiàn)場。五、實驗數(shù)據(jù)記錄及處理1. 數(shù)據(jù)記錄：2. 數(shù)據(jù)處理過程：實驗可以測出T列t1列t2列 R列 P0

24、列數(shù)據(jù)，根據(jù)上述公式，求得上表的Re列 Nu列等數(shù)據(jù)以第一組實驗為例：T=120.6 t1=27.7 t2=86.59 R=7 P0=6676.8Patm=（86.59-27.7）÷ln(120.6-27.7)÷(120.6-86.59)Re=4×0.01145÷(3.14×0.0178×2×10-5)=12630Nu=0.01145×1005×(86.36-27.59)÷(0.0284×65×3.14×1.224)=32.643.數(shù)據(jù)圖實驗六：干燥實驗一、實驗?zāi)康?/p>

25、1. 了解洞道式干燥裝置的基本結(jié)構(gòu)、工藝流程和操作方法。2. 學習測定物料在恒定干燥條件下干燥特性的實驗方法。3. 掌握根據(jù)實驗干燥曲線求取干燥速率曲線以及恒速階段干燥速率、臨界含水量、平衡含水量的實驗分析方法。4. 實驗研究干燥條件對于干燥過程特性的影響。二、實驗原理在設(shè)計干燥器的尺寸或確定干燥器的生產(chǎn)能力時，被干燥物料在給定干燥條件下的干燥速率、臨界濕含量和平衡濕含量等干燥特性數(shù)據(jù)是最基本的技術(shù)依據(jù)參數(shù)。由于實際生產(chǎn)中的被干燥物料的性質(zhì)千變?nèi)f化，因此對于大多數(shù)具體的被干燥物料而言，其干燥特性數(shù)據(jù)常常需要通過實驗測定。按干燥過程中空氣狀態(tài)參數(shù)是否變化，可將干燥過程分為恒定干燥條件操作和非恒定

26、干燥條件操作兩大類。若用大量空氣干燥少量物料，則可以認為濕空氣在干燥過程中溫度、濕度均不變，再加上氣流速度、與物料的接觸方式不變，則稱這種操作為恒定干燥條件下的干燥操作。干燥速率的定義為單位干燥面積（提供濕分汽化的面積）、單位時間內(nèi)所除去的濕分質(zhì)量。即 (101)式中，干燥速率，又稱干燥通量，kg/（m2s）；干燥表面積，m2；汽化的濕分量，kg； 干燥時間，s； 絕干物料的質(zhì)量，kg；物料濕含量，kg濕分/kg干物料，負號表示隨干燥時間的增加而減少。干燥曲線還可以變換得到干燥速率曲線。由已測得的干燥曲線求出不同下的斜率，再由式（101）計算得到干燥速率，將對作圖，就是干燥速率曲線，如圖102所示。預(yù)熱段 見圖中的AB段或AB段。物料在預(yù)熱段中，含水率略有下降，溫度則升至濕球溫度tW ,干燥速率可能呈上升趨勢變化，也可能呈下降趨勢變化。預(yù)熱段經(jīng)歷的時間很短，通常在干燥計算中忽略不計，有些干燥過程甚至沒有預(yù)熱段。本實驗中也沒有預(yù)熱段。恒速干燥階段 見圖2中的BC段。該段物料水分不斷汽化，含水率不斷下降。但由于這一階段去除的是物料表面附著的非結(jié)合水分，水分去除的機理與純水的相同，故在恒定干燥條件下，物料表面始終保持為濕球溫度tW，傳質(zhì)推動力保持不變，因而干燥速率也不變。于是在圖102