化工原理實驗思考題答案

1、化工原理實驗思考題實驗一：柏努利方程實驗1.關閉出口閥，旋轉測壓管小孔使其處于不同方向(垂直或正對流向)，觀測并記錄各測壓管中的液柱高度H并回答以下問題：(1) 各測壓管旋轉時，液柱高度H有無變化？這一現(xiàn)象說明了什么？這一高度的物理意義是什么？答：在關閉出口閥情況下，各測壓管無論如何旋轉液柱高度H無任何變化。這一現(xiàn)象可通過柏努2利方程得到解釋：當管內流速u=0時動壓頭H動0,流體沒有運動就不存在阻力，即2hf=0,2由于流體保持靜止狀態(tài)也就無外功加入，既We=0,此時該式反映流體靜止狀態(tài)見(P31)。這一液位高度的物理意義是總能量(總壓頭)。(2) AB、C、DE測壓管內的液位是否同一高度？為

2、什么？答：A、B、GDE測壓管內的液位在同一高度(排除測量基準和人為誤差)。這一現(xiàn)象說明各測壓管總能量相等。2 .當流量計閥門半開時，將測壓管小孔轉到垂直或正對流向，觀察其的液位高度W并回答以下問題：(1) 各H/值的物理意義是什么？答：當測壓管小孔轉到正對流向時中值指該測壓點的沖壓頭H沖；當測壓管小孔轉到垂直流向時值指該測壓點的靜壓頭H/靜；兩者之間的差值為動壓頭H/動=H/沖-W靜。(2) 對同一測壓點比較H與i各值之差，并分析其原因。答：對同一測壓點HH/值，而上游的測壓點W值均大于下游相鄰測壓點W值，原因顯然是各點總能量相等的前提下減去上、下游相鄰測壓點之間的流體阻力損失2hf所致。(

3、3) 為什么離水槽越遠H與W差值越大？l2(4) 答：離水槽越遠流體阻力損失2hf就越大，就直管阻力公式可以看出Hf土與管d2長l呈正比。3 .當流量計閥門全開時，將測壓管小孔轉到垂直或正對流向，觀察其的液位高度H并回答以下問題：(1)與閥門半開時相比，為什么各測壓管內的液柱高度H出現(xiàn)了變化？答：從采集的數(shù)據可以看出，閥門全開時的靜壓頭或沖壓頭與半開時相比，各對應點的壓頭均低于半開時的靜壓頭或沖壓頭，因為直管阻力Hf與流速呈平方比(公式3-1)。(2)為什么C、D兩點的靜壓頭變化特別明顯？答：由于測壓管C、D兩點所對應的管道內徑小于兩側為。12mm,因此在相同流量的條件下C、D兩點所對應的管道

4、內的流速大于兩側的流速，根據柏努利方程機械能守恒定律，當C、D兩點的2222動能.星5b時，C、D兩點的靜壓能E”衛(wèi)也。此外從Hf1直管阻力公222d2式可以看出，I、d產生的阻力損失2hf對C、D兩點的靜壓能也有一定的影響。4.計算流量計閥門半開和全開A點以及C點所處截面流速大小。答：注：A點處的管徑d=0.0145(m);C點處的管徑d=0.012(m)A點半開時的流速：Vs40.084UA半2_20.135(m/s)3600d36000.0145A點全開時的流速：Vs40.164u/2_20.269(m/s)3600d36000.0145C點半開時的流速：Vs40.084Uc半2_20.

5、1965(m/s)3600d36000.012C點全開時的流速：Vs40.164uc全2_20.393(m/s)3600d36000.012實驗二：雷諾實驗1 .根據雷諾實驗測定的讀數(shù)和觀察流態(tài)現(xiàn)象,數(shù)據完整的原始數(shù)據表。列舉層流和湍流臨界雷諾準數(shù)的計算過程，并提供90 ( l/h)體積流量:Vs90 10 336002.5 105(m3/s)流速:VsA2.510 5 4024 0.1514(m/s)0.01452雷諾準數(shù):Redu0.0145 0.1514 998.731.111 10 31973根據觀察流態(tài)，湍流臨界狀態(tài)時流量為174 ( l/h)體積流量:-174 10 35/ 3/

6、、Vs 4.83 10 (m / s)3600答：根據觀察流態(tài)，層流臨界狀態(tài)時流量為流速:Vsu A一 一 54.83 100.0145424 0.29269(m/s)雷諾準數(shù):duRe 0.0145 0.29269 998.7331.111 103815同理，根據雷諾實驗測定的讀數(shù)計算其余各點的流量、流速和雷諾準數(shù)如原始數(shù)據表所述。實驗教據：插入法求P3水密度-二,小，二二川二二卜年1黏度口；*-1.005*10）=,35+1.005x10玻璃管內徑.，：水溫匕水的密度.1_r；水的鉆虬L二1項目序號E速測定雷諾微流動型態(tài)流霜（/撤數(shù)1）(I)流速1S)根據作出判斷實麻觀察到的流動現(xiàn)象1-,

7、層流,_層流+.-層流-,+.-過渡狀態(tài)_三0apqq3a.1.-一J是流臨界值工?。憾iC過渡狀態(tài)-7口片匚口/-fcn/-.，Jr-r過渡狀態(tài)-二二+_一4i13g-流流臉時-*.1ijX%jJ/Ux5湍流2 .根據實驗觀察到的流態(tài)，層流和湍流臨界雷諾準數(shù)值與公認值有無差距？原因何在？答：略有差距。主要原因在于實驗設備測量精度和測量穩(wěn)定性不高，其次是流態(tài)顯色墨水的注入量控制不當以及人為干擾產生的震動等。3 .根據雷諾準數(shù)表示式，你認為在什么條件下可以只用流速來判斷流動型態(tài)（如層流、湍流）？答：根據雷諾準數(shù)的四個影響因素：d、u、p、可知，在同一臺實驗裝置（即管徑d,且管子不變），水的溫度

8、不變（即水的密度和黏度不變）以及測試的人為環(huán)境不變時，可以依據前次的實驗結果判斷流態(tài)。實驗三管道流體阻力的測定1.測得水銀一水差壓計的讀數(shù)為Rf(mHg),證明Rf與阻力的關系為：Hf=12.6Rfg(J/kg)答：設環(huán)境溫度為20C,水銀的密度pHg=13590(kg/m3)水的密度ph2o=998.2(kg/m3)證明如下:H fB RfB13590 998.2 g 998.2Rf g 12.6Rf g2 .緊靠孔板流量計前后測得的壓差，是否代表流體通過流量計的永久阻力損失？為什么？答：測得的壓差不代表流體通過流量計的永久阻力損失。流量計測得的壓差AP一方面由流體流經孔板產生的永久阻力AP

9、i,另一方面由流體流經孔板的流速變化也將產生一定的阻力AP2。3 .實驗裝置各壓差計上的“平衡閥”(旁通閥)有何作用？在什么狀況下進行開啟或關閉操作？答：平衡閥用以調節(jié)壓差計兩臂液柱的平衡。在實驗裝置啟動運行或結束實驗時，平衡閥應該處在開啟狀態(tài)；在實驗裝置檢驗系統(tǒng)內空氣是否排凈或測量阻力數(shù)據是平衡閥應該處在關閉狀態(tài)。4 .根據管道流體阻力測定的讀數(shù)，列舉1米直管在某一流量下的阻力Hf和摩擦系數(shù)入；在某一3p cci4 1596 kg/m流量下的局部阻力Hf和局部阻力系數(shù)I的計算過程，并提供數(shù)據完整的實驗結果表及用雙對數(shù)坐標繪制一般湍流區(qū)內入Re、uR關系曲線。答:計算條件差壓計指示液及水的密度

10、：pHg13950kg/m3實驗溫度20CpH2O998.2kg/m3實驗裝置提供的有關系數(shù)：a=0.3393n=0.1589求實驗裝置流量最大時一米直管的流體阻力Hf；摩擦系數(shù)入值。HfBgRfSg 102B1596 998.2267.1 9.807 10998.23.941 J/kgnu agR0.3393 80.40.51893.305 m/s2gdgHf成2 0.027 3.9411 3.3050.0195求 實驗裝置流量最大時兩米直管內，截止閥的局部阻力/H f ;局部阻力系數(shù)(值。Hf BgRfgg 10 2B13950 998.2998.2_ _ _ 255.5 9.807 10

11、68.58 J/kgHf Hf 2H f68.58 2 0.019568.54 J/kg2HfT-u2 68.5423.305212.55t(C)d(m)L1(m)L2(m)200.0271.002.00阻力實驗結果圖表2007年10月25日實驗條件R(cmHg)u(m/s)Rf1(cmCCl4)Hf1(J/kg)Rf2(cmHg)Hf2(J/kg)kg/m3)u(cp)Re入80.4003.30567.103.94855.5060.684998.21.00488722.510.019511.1159.0002.81550.602.97740.1043.596998.21.00475559.9

12、30.020311.0039.9002.29836.302.13628.0530.389998.21.00461679.560.021811.5127.4001.89125.401.49518.7020.118998.21.00450751.070.022611.2617.8001.51217.551.03312.4013.257998.21.00440573.210.024411.6012.0501.23512.700.7478.208.638998.21.00433137.570.026511.348.2001.0119.100.5356.006.343998.21.00427137.79

13、0.028312.415.8500.8476.900.4064.304.501998.21.00422739.620.030512.543.9000.6884.900.2882.852.945998.21.00418454.400.032912.46系列1入R或系曲線y=3E-12x2-5E-07x+0.0405R2=0.98390.10000.0100多項式（系歹U1）10000.00100000.000.00020.00040.00060.00080.000100.000R(cmHg5 .如何檢驗實驗裝置中的空氣已經排凈？答：排空氣操作后，在離心泵運行的狀態(tài)下，關閉管路中的流量調節(jié)閥和各壓

14、差計上的平衡閥,觀察各壓差計上的讀數(shù)為0是時，表示系統(tǒng)內的空氣已經排凈。實驗四離心泵特性曲線的測定1 .根據離心泵特性曲線實驗所測定的讀數(shù)，列舉某一流量Qi(m3/s)下的實際揚程H;軸功率N;總效率P的計算過程，并提供數(shù)據完整的原始數(shù)據、計算結果表和繪制H-Q;N-Q;刀一Q特性曲線圖。答：計算條件：進出口壓力、真空表間的垂直距離ho=0.125(nj);按P傳=1計進出口管內徑d=0.048(m)cb=0.031(m)根據電機編號1194的效率刀與電機輸入功率(VM曲線圖，查得電機效率刀電(衿數(shù)據表你列如下。計算示例：a.功率1=格數(shù)1XC=48X40=1920(W)計算結果表你列如下。d

15、2U1Q14c12U2Q14b流速計算5.8167103_3_42.30410339.611045.816710443.2m3/s7.71m3/sc.揚程計算Hei22P2 PI u2 U1ho g 2g0.125_ 5_ 41.15 102.5 101000 9.812_ _ 27.713.22 9.8116.9 mHe1gggQg103N1N電機1g電機1g傳d.軸功率計算192079.9%e.總效率計算1534.08WN16.9 9.81 5.81671534.0862.86% 系列1多項式（系列1）y = -0.2427x2 + 0.6778x + 21.22R2 = 0.9906流量

16、Q(l/s)1800. 系列2多項式 （ 系列12）y = -5.239x 2 + 181.76x + 662.28R2 = 0.9973流量Q(l/s)同理其他數(shù)據按以上公式計算得表內結果：7數(shù)宛量枳算儀讀數(shù)（m3/h）流量Q(l/s)壓力表讀數(shù)（MPa真空表讀數(shù)（MPa功率表（格數(shù)）電機輸入功率（W電機效率“電（%揚程H(MHQ軸功率NW泵總效率11（%）120.945.81670.1150.025048.0192079.916.901534.0862.86220.005.55560.1250.023047.0188079.917.501502.1263.49318.965.26670.1

17、340.021646.0184079.818.041468.3263.48417.664.90560.1460.019045.0180079.818.721436.4062.72517.004.72220.1520.018044.5178079.719.101418.6662.37614.404.00000.1680.015041.5166079.119.961313.0159.65710.183.05000.1890.010238.0152078.521.121193.2052.9688.862.46110.1960.008534.0136077.521.421054.0049.0796.2

18、01.72220.2040.007031.0124076.421.85947.3638.97103.190.88610.2060.004027.0108074.421.19803.5222.92110.000.00000.2090.000023.594072.421.43680.560.00流量Q揚程hffi線圖流量Q-軸功率他線圖離心泵特性曲線實驗原始數(shù)據記錄及計算結果表功率表常數(shù)C=40功率（W=格數(shù)XC流量Q-總效率刀曲線圖012345流量Q(l/s)67系列3多項式（系歹70y = -2.4948x 2 + 24.841x + 1.7104 R2 = 0.996z 0、Z1保持不變，大

19、氣壓Po不變，靜答：不能。因為在離心泵的進口管處安裝調節(jié)閥 輪汽蝕可能性。2 .離心泵啟動前為何要引水灌泵？若灌泵后仍不能正常運行，你認為是什么原因？答：離心泵啟動前引水灌泵，可避免泵腔產生氣膊，也有利于泵進口的吸人真空度。倘若灌泵后仍不能正常運行，原因有幾個方面：a底閥銹蝕不能自動打開，b進口管污物堵塞，c水面上方至泵腔明顯的空氣泄漏點，d泵的安裝高度大于泵的實際吸入揚程。3 .根據實驗數(shù)據所知，泵的輸送水量越大進口處的真空度越大，為什么?答：根據示意圖按柏努利方程分析可知：22P0U0PiU1口ZoZiHfg2gg2ga.系統(tǒng)流體構成有效回路，形成穩(wěn)態(tài)流動，兩截面的位能壓能Po/（g）不變

20、。22b.兩截面間的動能u和巴將同步提高。2g2gc.0-0、1-1兩截面間無外功加入We,即無有效壓頭He。由于流體的能量損失與動能成正比，流量越大u-越大，Hf響應增大，因此立減2g小，即Pi減?。ㄕ婵斩仍龃螅?。.能否在離心泵的進口管處安裝調節(jié)閥？為什么？會增加吸入管路的壓頭損失，也有出現(xiàn)增加葉5.兩臺同型號的離心泵并聯(lián)，其流量能否增加一倍？若兩泵串聯(lián)，其揚程能否增加一倍？答：由于流量的增大使管路阻力增加，因此兩臺同型號的離心泵并聯(lián)后的總流量必然低于原單臺泵流量的兩倍。兩臺泵串聯(lián)操作的總壓頭必然低于單臺泵壓頭的兩倍。實驗五板框壓濾機過濾常數(shù)的測定1 .據板框壓濾機實驗所測定的數(shù)據，計算出兩

21、種過濾條件下的過濾常數(shù)K和K;過濾介質的當量濾液體積Ve和Ve；過濾介質的當量過濾時間0ei和0巳。并提供數(shù)據完整的原始數(shù)據表。答：a.原始數(shù)據記錄表過濾介質（濾布）直徑d=120mm數(shù)量2塊?？傔^濾面積： A 2 012- 2.262 4過濾常數(shù)計算：100kPa組Ki=2/S A2=2/46.313 . (2.262 X 10-2)2=84.4 (m3/s)過濾介質的當量濾液體積：10Ve=I/S = 24.229/46.313= - 0.5232 ( m3)過濾介質的當量濾液時間：0 e=V e2/K - A2=0.52322/84.4 5.116 X 10-4(有)A 2=0.0226

22、2 2=5.116 X 10-4120kPa 組K2=2/S . A2=2/18.855 - 5.116 X10-4=207.3 (m3/s)Ve=I/S = 1.1895/18.855 = 0.063 ( m3)0 e=V e2/K - A2=- 0.0632/207.3 5.116 X 10-4 0.037(S)6.339(S)項實驗組數(shù)In壓力（表壓）kPaP1=100kPaAP2=120kPa次濾液體枳相鄰V差算術平均過濾時間ae(s)Ae/AV過濾時間ae(s)Ae/AV序V(1)V(1)值e(s)(s/1)e(s)(s/1)10000020.40.40.24.34.310.753.

23、23.28.0030.80.40.68.84.511.256.83.69.0041.20.41.014.55.714.2512.25.413.551.60.41.423.79.223.0019.87.619.062.00.41.840.116.441.0032.312.531.2572.40.42.270.830.776.7548.816.541.2582.80.42.6106.235.488.5068.419.649.0093.20.43.0148.442.2105.592.624.260.50103.60.43.4199.551.1127.75120.227.669.00114.00.43

24、.8260.360.8152.00150.129.974.75124.40.44.2331.371.0177.50181.533.378.50134.80.44.6410.479.1197.75214.833.383.25145.20.45.0498.187.7219.25250.235.488.50155.60.45.4593.895.7239.25288.438.295.50166.00.45.8696.7102.9257.25330.442.0105.00176.40.46.2803.9107.2268.00376.446.0115.00186.80.46.6914.7110.8277.

25、00425.649.2123.00197.20.47.01031.2116.5291.2479.053.4133.50207.60.47.41148.4117.2293.00535.656.6141.50y=46.313x-24.22衡壓過濾關系曲線100kpa-500246802468算術平均值算術平均值2 .在過濾初始階段，為什么可見濾液是由渾濁變清？答：過濾介質中微孔通道的直徑可能大于懸浮液中部分顆粒直徑，因此，過濾初期會有一些小顆粒穿過而使濾液渾濁，但是顆粒會在孔道中迅速地發(fā)生“架橋”現(xiàn)象，使小于孔道直徑的細小顆粒也能被攔截，并開始形成濾餅，由此濾液變清，過濾才有效進行。3 .請闡述板

26、框壓濾機的優(yōu)、缺點和適用場合。答：板框壓濾機優(yōu)點：結構簡單、制造方便、占地面積較小過濾面積較小，操作強度高，適應能力強。缺點；間歇操作，生產效率低，勞動強度大，濾布損耗也比較快。適應與中小規(guī)模的生產場合。4 .實驗板框壓濾機的操作分哪幾個階段？答：按實驗要求配制濾漿一濾漿攪拌f開泵將濾漿打入衡壓罐并攪拌組裝板框壓濾機衡壓罐加壓將濾漿按實驗設定的壓力打入板框壓濾機進行壓濾對設定的單位濾液量進行計時并記錄一過濾結束用衡壓水罐的水對濾餅進行清洗打開板框壓濾機取出濾餅并對板框壓濾機及管路進行清洗。5 .若操作壓力提高一倍，過濾效率是否增加一倍？答：不。根據單位過濾面積獲得的濾液體積計算公式可知：q2K

27、2kp1s,k一濾漿特性常數(shù)，因此相同濾漿和時間qpp,結論：過濾效率與壓力成正比但不成倍數(shù)。實驗六管內強制對流傳熱膜系數(shù)的測定1 .根據實驗數(shù)據，列舉某一設定的空氣質量流量W狀態(tài)下，Re、Nu的計算過程。注：實驗數(shù)據表tW2為空氣進口側換熱管壁溫，twi為空氣出口側換熱管壁溫答：計算條件質量流量W=0.023(kg/s);換熱管內徑di=32.82X3.5=25.8X103m換熱管長度l=1.45m;換熱管流通截面積S=(25.8X103)2X0.7854=5.23X104換熱面積Ai=n-di-l=%X25.8x103X1.45=0.1175(m2)進、出換熱器白勺空氣溫度Ti=80C、T

28、2=52.5C；熱空氣進、出口的算術平均溫度(定性溫度)：T平均(80+52.5)+2=66.25(C)查表得:空氣黏度廠2.04105(Pas)比熱Cp=1.008kJ/kg.C導熱系數(shù)入=2.94X10-2(W/m.K)空氣進、出口側對應的換熱管管壁溫度tw1=33.5C、tw2=20C由于質量流速uW質量流量/流通截面，因此：S3diUdiW25.8100.023一c求：該流重狀態(tài)下的雷循值：Rei4555618S5.23102.0410該流量狀態(tài)下的努塞爾準數(shù):QWCp(T1T2)0.0231008(8052.5)637.34WtiTitwi8033.546.5 o Ct2 T2tw

29、252.52032.50Ctm31ln t2A tmNu1di46.5 33.5 QQ _-39.65 ( C ),46.5ln 32.5637.340.1175 39.65136.82(W/m2.K)136.82 25.8 10 32.94 10 21202 .為何要把實驗結果關聯(lián)成NuRe的準數(shù)方程式的形式，而不用aW來關聯(lián)？答：影響對流傳熱系數(shù)”的因素太多，如：流體的種類和相變化；流體的特性（入、P、CP、B）；流體溫度；流體的流動狀態(tài)；流體流動的原因；傳熱面的形狀、位置和大小。因此要以質量流量W來關聯(lián)，建立一個通式來求各種條件下的a是很困難的，所以通過實驗結果關聯(lián)成NuRe的準數(shù)間的關

30、系形式，即可求得不同情況下的a的關聯(lián)式。3 .分析強化傳熱過程有哪些途徑？在不改變本系統(tǒng)中套管式換熱器型式的前提下，如何提高其傳熱速率？答：按照傳熱速率方程Q=KSAtm（化原教材上冊P229公式4-43）可知，強化傳熱的途徑有：1）增加傳熱面積S（既單位體積的傳熱面積）；2）增大傳熱溫差Atm（提高載熱體的溫度或降低冷流體的溫度；若兩流體溫度一定時，盡量采用逆流）；3）主要提高傳熱系數(shù)K,由K值的計算公式可知（化原教材上冊P227公式4-42）:在上述各項熱阻中，應重點降低主要熱阻數(shù)值。在不改變本系統(tǒng)中套管式換熱器型式的前提下，強化傳熱速率途徑可用螺紋管或翅片管代替原有的光滑管（化原教材上冊

31、P276）。本裝置的主要熱阻是空氣的對流熱阻，如此即可提高空氣的湍流程度，也可增加管壁的傳熱面積，使空氣側傳熱系數(shù)“1增大（即主要熱阻降低），從而使K值有明顯的提高。實驗七填料吸收塔的操作及體積吸收系數(shù)的測定1.根據實驗采集的數(shù)據提供原始數(shù)據表，列舉某一狀態(tài)下填料層壓力降P與氣速u的計算示例，表列完整的計算結果，并繪制Pu的關系曲線圖。答：原始數(shù)據記錄表大氣壓1030hPa塔徑70mm填料層高度39cm標準酸濃度0.2115mol/l環(huán)境溫度221）噴淋密度：0（l/h）2）噴淋密度：25（l/h）表12空氣流量（n3/h）5.012.519.5.5.06.58.09.510.513.014.

32、515.5空氣壓力R（cmCQ）2.013.031.52.13.95.67.89.715.421.026.4全塔壓差R全（cmHO）0.33.69.00.81.22.12.84.17.312.015.2流量計后空氣溫度（C）23.024.223.524.330.531.032.033.034.035.036.0填料層壓降AP（Pa/m）75.46905.52264201.2301.8528.2704.3931183630183823空塔氣速u（m/S0.3610.9011.4440.3610.4690.5780.6860.7580.9391.0471.119空氣U型差壓計讀數(shù)（cmCQ）左R2

33、1.321.7右R2837.7空氣溫度（）視#前流里”后3838流量計讀數(shù)V示（m/h）6.57.5氨氣U型差壓計讀數(shù)（cmCQ）左R2019.6右R29.529.5氨氣溫度（）28.028.0流量計讀數(shù)V示（l/h）325325出塔尾氣尾氣溫度（）26.726.8濕式流量計讀數(shù)V初（l）625631.85濕式流量計讀數(shù)V終（l）631.85636.34標準硫酸溶液濃度M（mol/10.21150.2115標準蜿酸溶液用量Va（ml）5.05.0塔底溶液塔底溶液溫度（）25.527.5用水量_水流量計讀數(shù)V示（l/h）25.025.0塔頂壓強（表壓）U型差壓計讀數(shù)（cmHO）左R27.728.4右R22.920.3全塔壓強PU型差壓計讀數(shù)（cmH2O）左R25.625.4右R27.327.4注：