化工原理實驗講義2015(2)資料

1、實驗一流量計校核實驗一、實驗?zāi)康?了解孔板流量計、文丘里流量計的構(gòu)造、原理、性能及使用方法。2掌握流量計的標定方法。3學(xué)習(xí)合理選擇坐標系的方法。二、實驗原理流體通過節(jié)流式流量計時在流量計上、下游兩取壓口之間產(chǎn)生壓強差，它與流量有如下關(guān)系：VsCA02 P上 P下采用正 U 形管壓差計測量壓差時，流量Vs 與壓差計讀數(shù)R 之間關(guān)系有：VsCA02gRA1(1)式中：V s被測流體（水或空氣）的體積流量，m3/s；流量系數(shù)（或稱孔流系數(shù)） ，無因次；A 0流量計最小開孔截面積，m2， A 0=( /4)d 02；P上P下流量計上、下游兩取壓口之間的壓差，Pa；A被測流體（水或空氣）的密度，Kg/m

2、 3；U 形管壓差計內(nèi)指示液的密度，Kg/m 3；空氣的密度，Kg/m 3；U 形管壓差計讀數(shù)， m；式 3-1 也可以寫成如下形式：(1a)VsC2gR(A1)A0若采用倒置U 形管測量壓差：P上P下 gR（忽略空氣對測量的影響）則流量系數(shù)C 與流量的關(guān)系為：VsC(2)A02 gR用體積法測量流體的流量V s，可由下式計算：VVs(3)103t(4)VhA式中： V s水的體積流量， m3/s； t計量桶接受水所用的時間，s；計量桶計量系數(shù)； h計量桶液面計終了時刻與初始時刻的高度差，mm， h=h2-h1；V在 t 時間內(nèi)計量桶接受的水量，L 。改變一個流量在壓差計上有一對應(yīng)的讀數(shù)，將壓

3、差計讀數(shù) R 和流量 V s 繪制成一條曲線即流量標定曲線。同時用式（1a）或式（ 2）整理數(shù)據(jù)可進一步得到流量系數(shù)C雷諾數(shù) Re的關(guān)系曲線。du(5)Re式中： d實驗管直徑，m；u水在管中的流速，m/s。三、實驗內(nèi)容1、以渦輪流量計為基準，對孔板流量計進行校核，并繪制校核曲線。2、以轉(zhuǎn)子流量計為基準，對孔板流量計進行校核，并繪制校核曲線。實驗二離心泵特性曲線測定一、實驗?zāi)康牧私怆x心泵結(jié)構(gòu)與特性，學(xué)會離心泵的操作；掌握離心泵特性曲線測定方法。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V 之間的關(guān)系曲線，它

4、是流體在泵內(nèi)流動規(guī)律的外部表現(xiàn)形式。 由于泵內(nèi)部流動情況復(fù)雜，不能用數(shù)學(xué)方法計算這一特性曲線，只能依靠實驗測定。1揚程 H 的測定與計算在泵進、出口取截面列柏努利方程：p2p1Z 2u 22u12HZ12 gg式中： p1,p2分別為泵進、出口的壓強N/m2 流體密度kg/m 3u1, u2分別為泵進、出口的流量m/sg重力加速度m/s2當泵進、出口管徑一樣，且壓力表和真空表安裝在同一高度，上式簡化為：p 2p1Hg由上式可知：只要直接讀出真空表和壓力表上的數(shù)值，就可以計算出泵的揚程。2軸功率N 的測量與計算軸的功率可按下式計算：N0.94w式中， N 泵的軸功率， Ww 電機輸出功率，W由上

5、式可知：測定泵的軸功率，只需測定電機的輸出功率，乘上功率轉(zhuǎn)換中的倍率即可。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)流體自泵得到的功，軸功率 N 是單位時間內(nèi)泵從電機得到的功，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：Ne=HV g故=Ne/N=HV g/N4速改變時的換算泵的特性曲線是在指定轉(zhuǎn)速下的數(shù)據(jù)， 就是說在某一特性曲線上的一切實驗點， 其轉(zhuǎn)速都是相同的。但是，實際上感應(yīng)電動機在轉(zhuǎn)矩改變時，其轉(zhuǎn)速會有變化，這樣隨著流量的變化，多個實驗點的轉(zhuǎn)速將有所差異， 因此在繪制特性曲線之前， 須將實測數(shù)據(jù)

6、換算為平均轉(zhuǎn)速下的數(shù)據(jù)。換算關(guān)系如下：VV nHH ( n ) 2流量n揚程nN N ( n )3V H g VH g軸功率nN效率NN離心泵功率轉(zhuǎn)換系數(shù)0.89三、實驗裝置與流程離心泵性能特性曲線測定系統(tǒng)裝置工藝控制流程圖如圖2-1：圖 2-1 離心泵實驗裝置流程示意圖3儀表控制柜面板如圖2-2 所示：圖 2-2 流體力學(xué)綜合實驗裝置儀表面板1、空氣開關(guān)2、3、4 電源指示燈5、流量控制儀6、6 路巡檢儀（單位m3 h）：第一通道測量離心泵進口壓力（單位：kpa），第二通道測量離心泵出口壓力（單位：kpa），第三通道測量離心泵轉(zhuǎn)速（單位：r min ）第四通道測量流體阻力壓差（單位：pa）第

7、五通道測量流體溫度（單位：攝氏度） ，第六通道沒用， 7、功率表（單位： KW ）8、儀表電源指示燈、 9、儀表電源開關(guān)， 10、變頻器電源指示燈， 11、變頻器電源開關(guān)， 12、離心泵電源指示燈、 13、離心泵直接或變頻器運行轉(zhuǎn)換開關(guān)，14、離心泵啟動按鈕，15、離心泵停止按鈕。四、實驗步驟及注意事項1灌泵儲水箱中出水到適當位置（大概三分之二處）關(guān)閉閥泵出口排氣閥和進口灌水閥， 用水杯從灌水閥灌水，1、閥 2、閥 3、閥氣體從排汽閥排出，4、閥 5、打開離心直到排水閥有水排出并且沒有氣泡灌水完畢，關(guān)閉排氣閥和灌水閥。2啟動水泵打開控制柜上1 空氣開關(guān)，打開數(shù)據(jù)。把轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到直接位置，指示燈

8、指示燈亮，水泵啟動完畢。9 儀表電源開關(guān)，儀表指示燈10 亮，儀表上電，顯示被測12 亮，按一下離心泵啟動按鈕，離心泵運轉(zhuǎn)，啟動按鈕3.打開離心泵監(jiān)控軟件，輸入班級、姓名、學(xué)號等信息，進入離心泵監(jiān)控界面，打開閥1 到最大，每隔2m3h 采集一組數(shù)據(jù)（等數(shù)據(jù)穩(wěn)定之后再采集），從最大流量做到0。4.數(shù)據(jù)采集完畢后，按離心泵停止按鈕，泵停止。5、打開數(shù)據(jù)處理軟件，打開采集的數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理，計算出數(shù)據(jù)處理結(jié)果，繪出離心泵特性曲線。實驗完畢實驗數(shù)據(jù)記錄離心泵原始數(shù)據(jù)水溫：No.流量 L/s真空表讀數(shù)MPa壓力表讀數(shù)MPa功率表讀數(shù)w五、實驗報告1在同一張坐標紙上描繪一定轉(zhuǎn)速下的H V 、 N V、

9、V 曲線2分析實驗結(jié)果，判斷泵較為適宜的工作范圍。實驗三干燥速率曲線的測定實驗一、實驗?zāi)康?熟悉常壓洞道式（廂式）干燥器的構(gòu)造和操作；2測定在恒定干燥條件（即熱空氣溫度、濕度、流速不變、物料與氣流的接觸方式不變）下的濕物料干燥曲線和干燥速率曲線；3測定該物料的臨界濕含量X 0；4掌握有關(guān)測量和控制儀器的使用方法。二、基本原理當濕物料與干燥介質(zhì)相接觸時，物料表面的水分開始氣化，并向周圍介質(zhì)傳遞。根據(jù)干燥過程中不同期間的特點，干燥過程可分為兩個階段。第一個階段為恒速干燥階段。在過程開始時， 由于整個物料的濕含量較大，其內(nèi)部的水分能迅速地達到物料表面。因此，干燥速率為物料表面上水分的氣化速率所控制，

10、故此階段亦稱為表面氣化控制階段。在此階段， 干燥介質(zhì)傳給物料的熱量全部用于水分的氣化，物料表面的溫度維持恒定（等于熱空氣濕球溫度），物料表面處的水蒸汽分壓也維持恒定，故干燥速率恒定不變。第二個階段為降速干燥階段，當物料被干燥達到臨界濕含量后，便進入降速干燥階段。此時，物料中所含水分較少，水分自物料內(nèi)部向表面?zhèn)鬟f的速率低于物料表面水分的氣化速率，干燥速率為水分在物料內(nèi)部的傳遞速率所控制。故此階段亦稱為內(nèi)部遷移控制階段。隨著物料濕含量逐漸減少，物料內(nèi)部水分的遷移速率也逐漸減少，故干燥速率不斷下降。恒速段的干燥速率和臨界含水量的影響因素主要有：固體物料的種類和性質(zhì)；固體物料層的厚度或顆粒大?。豢諝獾?/p>

11、溫度、濕度和流速；空氣與固體物料間的相對運動方式。恒速段的干燥速率和臨界含水量是干燥過程研究和干燥器設(shè)計的重要數(shù)據(jù)。本實驗在恒定干燥條件下對帆布物料進行干燥，測定干燥曲線和干燥速率曲線，目的是掌握恒速段干燥速率和臨界含水量的測定方法及其影響因素。 干燥速率的測定UdW W （ 7-1）SdS式中： U 干燥速率， kg /22（ mh）； S 干燥面積，m，（實驗室現(xiàn)場提供） ；時間間隔， h；W 時間間隔內(nèi)干燥氣化的水分量，kg。 物料干基含水量G Gc （7-2）XGc式中： X 物料干基含水量，kg 水 / kg絕干物料；G 固體濕物料的量， kg；Gc 絕干物料量，kg。 恒速干燥階段

12、，物料表面與空氣之間對流傳熱系數(shù)的測定UcdW dQ(tt w )Sdrtw Sdrtw（7-3 ）Ucrtw（7-4 ）tt w式中： 恒速干燥階段物料表面與空氣之間的對流傳熱系數(shù)，2W/（m）；2Uc 恒速干燥階段的干燥速率，kg/ （ ms）；t w 干燥器內(nèi)空氣的濕球溫度，；t 干燥器內(nèi)空氣的干球溫度，；rtw t w 下水的氣化熱，J/ kg 。 干燥器內(nèi)空氣實際體積流量的計算由節(jié)流式流量計的流量公式和理想氣體的狀態(tài)方程式可推導(dǎo)出：V tV t 0273t（ 7-5）273t 0式中： V t 干燥器內(nèi)空氣實際流量，3m/ s ； t0 流量計處空氣的溫度，；3； t 干燥器內(nèi)空氣的

13、溫度，。Vt0 常壓下 t 0時空氣的流量， m/ sVt 0C 02P（ 7-6）A0A04d 02（7-7 ）式中： C0流量計流量系數(shù)，C0=0.67; A 0節(jié)流孔開孔面積，m2；d 0節(jié)流孔開孔直徑，d 0=0.050 m ；P節(jié)流孔上下游兩側(cè)壓力差，Pa； 孔板流量計處 t 0 時空氣的密度，kg/m3。三、實驗裝置1裝置流程空氣用風(fēng)機送入電加熱器，經(jīng)加熱的空氣流入干燥室，加熱干燥室中的濕毛氈后，經(jīng)排出管道排入大氣中。隨著干燥過程的進行，物料失去的水分量由稱重傳感器和智能數(shù)顯儀表記錄下來。實驗裝置如圖1 所示。圖 1 干燥裝置流程圖1- 風(fēng)機2-可移動實驗框架3- 旁路閥4-氣路管

14、道5-差壓傳感器6-不銹鋼孔板流量計7-電加熱管8-風(fēng)量均布器9-支桿10、11-干球、濕球溫度傳感器12-可視門13-精密稱重傳感器14- 蝶閥315-蝶閥216-蝶閥117-總電源空氣開關(guān)18-儀表電源開關(guān)19-變頻器電源開關(guān)20-風(fēng)機電源切換開關(guān)21-電加熱管停止按鈕22-干球溫度手自動切換開關(guān)及手動調(diào)節(jié)旋鈕23-干球溫度自動調(diào)節(jié)儀24-指示燈25-電加熱管啟動按鈕26-加熱管電壓指示27-智能風(fēng)量控制儀28-智能多路液晶顯示儀29-變頻器1）風(fēng)機電源切換開關(guān)：有三個位：直接、停止、變頻分別為風(fēng)機電源由電網(wǎng)直接提供、風(fēng)機停止和風(fēng)機電源由變頻器提供。2）智能多路液晶顯示儀的 13 通道分別

15、為：空氣流量、濕球溫度、稱重重量。3）風(fēng)機電源切換開關(guān)：為 3 位開關(guān)，當開關(guān)打到左邊位置時為直接電源給風(fēng)機供電；當開關(guān)打到中間位置時為停止位置；當開關(guān)打到右邊位置時為變頻器輸出電源給風(fēng)機供電。相應(yīng)上面的指示燈指示的是直接風(fēng)機供電時的風(fēng)機電源指示。（ 4）風(fēng)量控制：可通過儀表實現(xiàn)自動控制及調(diào)節(jié)旋鈕實現(xiàn)手動風(fēng)量控制，但風(fēng)量不得低于 50m3/h ，否則會因為風(fēng)量過小而使燒壞加熱管。控制方法是：1）手動控制時，將風(fēng)量手自動切換開關(guān)打到手動位置，通過調(diào)節(jié)手動旋鈕即可對變頻器輸出控制，從而控制風(fēng)機風(fēng)量； 2）自動控制時，將手自動切換開關(guān)打到自動位置，這時可通過儀表對變頻器輸出控制，從而也實現(xiàn)了對從而控

16、制風(fēng)機風(fēng)量。2主要設(shè)備及儀器1） 鼓風(fēng)機： MY250W,250W2） 電加熱器： 4.5KW3） 干燥室： 180mm 180mm 1250mm4） 干燥物料：濕毛氈5） 稱重傳感器： YZ108A 型， 0 300g。6） 洞道干燥干燥面積 0.03588m2 和 0.03497m 27） 洞道干燥控制儀表（ AI 518）控制參數(shù)M5100P8 T200 CTRL 4 CTL 1四、實驗步驟與注意事項（一）實驗步驟1打開儀表控制柜上的儀表電源開關(guān)，開啟儀表。2打開儀表控制柜上的風(fēng)機電源開關(guān)，開啟風(fēng)機，這時加熱管停止按鈕燈亮。3按下加熱管啟動按鈕，啟動加熱管電源，剛開始加熱時，打開加熱管電

17、源開關(guān)，可通過儀表實現(xiàn)自動控制及調(diào)節(jié)旋鈕實現(xiàn)手動控制干球溫度。其方法是：（1）手動控制時， 將手自動切換開關(guān)打到手動位置，通過調(diào)節(jié)手動旋鈕即可對加熱管電壓實現(xiàn)控制，從而控制干球溫度；（ 2）自動控制時， 將手自動切換開關(guān)打到自動位置，這時可通過儀表對加熱管的電壓進行控制，從而也實現(xiàn)了對干球溫度的控制。干燥室溫度（干球溫度）要求恒定在70。3將毛氈加入一定量的水并使其潤濕均勻，注意水量不能過多或過少。4當干燥室溫度恒定在70時 ,一定 在老師的指導(dǎo)下或由老師將濕毛氈十分小心地懸掛于稱重傳感器下的托盤上。放置毛氈時應(yīng)特別注意不能用力下拉，因稱重傳感器是非常精密的儀器，且其測量上限僅為 300 克，

18、稍微的力均會完全損壞稱重傳感器導(dǎo)致不能再使用 。5記錄時間和毛氈和剩余水的重量，即為重量顯示儀的讀數(shù)，每分鐘記錄一次數(shù)據(jù)；每兩分鐘記錄一次干球溫度和濕球溫度。6待毛氈恒重時，即為實驗終了時，按下停止按鈕，停止加熱，注意保護稱重傳感器，一定 在老師的指導(dǎo)下或由老師非常小心地取下毛氈。7等 20 分鐘后，當干球溫度降到30 度左右時關(guān)閉風(fēng)機電源、關(guān)閉儀表電源，清理實驗設(shè)備。五、實驗報告繪制干燥曲線（失水量 時間關(guān)系曲線） ，根據(jù)干燥曲線作干燥速率曲線，讀取物料的臨界濕含量，對實驗結(jié)果進行分析討論。實驗四對流給熱系數(shù)的測定一、實驗?zāi)康?、觀察水蒸氣在換熱管外壁上的冷凝現(xiàn)象；2、測定空氣在圓直管內(nèi)強制

19、對流給熱系數(shù)i ；3、應(yīng)用線性回歸分析方法，確定關(guān)聯(lián)式Nu=ARe mPr 0.4 中常數(shù)A、 m 的值。二、基本原理在套管換熱器中，環(huán)隙通以水蒸氣，內(nèi)管管內(nèi)通以空氣或水，水蒸氣冷凝放熱以加熱空氣或水，在傳熱過程達到穩(wěn)定后，有如下關(guān)系式：V CP(t 2 t1) iA itm（ 1-1）式中： V 被加熱流體體積流量，m3/h ； 被加熱流體密度，kg/m3；CP被加熱流體平均比熱， J/(kg )； 流體對內(nèi)管內(nèi)壁的對流給W/(m2 )；it1、 t2被加熱流體進、出口溫度，；A i內(nèi)管的外壁、內(nèi)壁的傳熱面積，m2；tm 傳熱的對數(shù)平均溫度差，；(T1 t 2 ) (T2t1 )（ 1-2）

20、tmT1t2lnT2t1式中： T 1、 T2蒸汽進、出口溫度，；t1、t 2被加熱流體進、出口溫度，；由式（ 1-2）可得：V CP (t 2 t1)（ 1-3）iA0 tm若能測得被加熱流體的V 、 t 1、 t2，內(nèi)管的換熱面積 Ai ，以及蒸汽進、出口溫度，則可通過式（ 1-3）算得實測的流體在管內(nèi)的（平均）對流給熱系數(shù)i。流體在直管內(nèi)強制對流時的給熱系數(shù)，可按下列半經(jīng)驗公式求得：湍流時：i0.023Re0.8 Pr0.4（ 1-4）di式中：i 流體在直管內(nèi)強制對流時的給熱系數(shù)，W/ (m 2 )； 流體的導(dǎo) W/(m 2)；di 內(nèi)管內(nèi)徑， m； Re 流體在管內(nèi)的雷諾數(shù)，無因次；

21、Pr 流體的普朗特無因次。上式中，定性溫度均為流體的平均溫度，即tf = (t 1 + t 2) / 2 。（ 1-5）過渡流時： ii6105式中：修正系數(shù)，11.8Re 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，被加熱狀態(tài)，準數(shù)關(guān)聯(lián)式的形式為Nu i A Re i m Pr i n .（1-6）i d iu i d iiPr ic pii其中：Nu i，Re iii，i物性數(shù)據(jù)i、 cpi、 i、 i可根據(jù)定性溫度tm 查得。經(jīng)過計算可知，對于管內(nèi)被加熱的空氣，普蘭特準數(shù)Pr i 變化不大，可以認為是常數(shù)，則關(guān)聯(lián)式的形式簡化為：m0 .4（ 1-7）Nu i A Re i Pr

22、 i這樣通過實驗確定不同流量下的Rei 與 Nui ，然后用線性回歸方法確定A 和 m 的值。三、實驗裝置與流程1實驗裝置實驗裝置如圖1 所示。來自蒸汽發(fā)生器的水蒸氣進入玻璃套管換熱器， 與來自水泵） 的水進行熱交換， 冷凝水經(jīng)疏水器排入地溝。冷水經(jīng)渦輪流量計進入套管換熱器內(nèi)管（紫銅管） ，熱交換后排出裝置外。圖 1 傳熱系數(shù)測定裝置流程圖1-可移動框架2-中間儲水箱3-液位控制浮球閥4-渦輪流量計5-水箱排水閥 66-閥 57-進水口8- 水泵9-腳輪10-冷凝水排放口 11-冷凝水排水閥412-蒸汽進汽口13-冷凝水調(diào)節(jié)閥2 14-蒸汽調(diào)節(jié)閥3 15-冷流體出口溫度 16-蒸汽壓力表17-

23、壁面右端溫度 18-排不寧性氣體閥門19-蒸汽右端溫度 20-冷流體流量調(diào)節(jié)閥 1 21-壁面左端溫度 22-蒸汽左端溫度23-排不寧性氣體閥門24-冷流體進口溫度25-換熱外套管26-換熱紫銅管27-可視視窗2儀表箱面板圖如2 所示：圖 2 儀表箱面板圖1-總電源指示燈2-空氣開關(guān)3-儀表電源指示燈4-儀表電源開關(guān)5-風(fēng)機電源指示燈電源開關(guān)7-溫度巡檢儀第一通道為流體進口溫度，第二通道為流體出口溫度，第三通道為左端蒸氣溫度，第四通道為右端蒸氣溫度6-風(fēng)機2設(shè)備與儀表規(guī)格1）紫銅管規(guī)格：紫銅管外徑 21mm 紫銅管管厚 1.5mm2）外套玻璃管規(guī)格：直徑 100 5mm，長度 L=1000mm3）壓力表規(guī)格： 0 0.1Mpa四、實驗步驟與注意事項（一）實驗步驟1、蒸氣發(fā)生器加水，加熱