化工原理實驗講義2015(2)資料

1、實驗一流量計校核實驗一、實驗目的1了解孔板流量計、文丘里流量計的構造、原理、性能及使用方法。2掌握流量計的標定方法。3學習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生壓強差，它與流量有如下關系：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R 之間關系有：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（或稱孔流系數） ，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， 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C 與流量的關系為：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； 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 時間內計量桶接受的水量，L 。改變一個流量在壓差計上有一對應的讀數，將壓

3、差計讀數 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）整理數據可進一步得到流量系數C雷諾數 Re的關系曲線。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、實驗目的了解離心泵結構與特性，學會離心泵的操作；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之一，其特性曲線是在恒定轉速下泵的揚程 H 、軸功率N 及效率 與泵的流量V 之間的關系曲線，它

4、是流體在泵內流動規(guī)律的外部表現形式。 由于泵內部流動情況復雜，不能用數學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 是單位時間內流體自泵得到的功，軸功率 N 是單位時間內泵從電機得到的功，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速下的數據， 就是說在某一特性曲線上的一切實驗點， 其轉速都是相同的。但是，實際上感應電動機在轉矩改變時，其轉速會有變化，這樣隨著流量的變化，多個實驗點的轉速將有所差異， 因此在繪制特性曲線之前， 須將實測數據

6、換算為平均轉速下的數據。換算關系如下：VV nHH ( n ) 2流量n揚程nN N ( n )3V H g VH g軸功率nN效率NN離心泵功率轉換系數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 流體力學綜合實驗裝置儀表面板1、空氣開關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， 10、變頻器電源指示燈， 11、變頻器電源開關， 12、離心泵電源指示燈、 13、離心泵直接或變頻器運行轉換開關，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，關閉排氣閥和灌水閥。2啟動水泵打開控制柜上1 空氣開關，打開數據。把轉換開關轉到直接位置，指示燈

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

9、V 曲線2分析實驗結果，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、實驗目的1熟悉常壓洞道式（廂式）干燥器的構造和操作；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相接觸時，物料表面的水分開始氣化，并向周圍介質傳遞。根據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部的傳遞速率所控制。故此階段亦稱為內部遷移控制階段。隨著物料濕含量逐漸減少，物料內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；固體物料層的厚度或顆粒大小；空氣的

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計的重要數據。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，（實驗室現場提供） ；時間間隔， h；W 時間間隔內干燥氣化的水分量，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，2W/（m）；2Uc 恒速干燥階段的干燥速率，kg/ （ ms）；t w 干燥器內空氣的濕球溫度，；t 干燥器內空氣的干球溫度，；rtw t w 下水的氣化熱，J/ kg 。 干燥器內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)方程式可推導出：V tV t 0273t（ 7-5）273t 0式中： V t 干燥器內空氣實際流量，3m/ s ； t0 流量計處空氣的溫度，；3； t 干燥器內空氣的

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，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裝置流程空氣用風機送入電加熱器，經加熱的空氣流入干燥室，加熱干燥室中的濕毛氈后，經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18-儀表電源開關19-變頻器電源開關20-風機電源切換開關21-電加熱管停止按鈕22-干球溫度手自動切換開關及手動調節(jié)旋鈕23-干球溫度自動調節(jié)儀24-指示燈25-電加熱管啟動按鈕26-加熱管電壓指示27-智能風量控制儀28-智能多路液晶顯示儀29-變頻器1）風機電源切換開關：有三個位：直接、停止、變頻分別為風機電源由電網直接提供、風機停止和風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）風機電源切換開關：為 3 位開關，當開關打到左邊位置時為直接電源給風機供電；當開關打到中間位置時為停止位置；當開關打到右邊位置時為變頻器輸出電源給風機供電。相應上面的指示燈指示的是直接風機供電時的風機電源指示。（ 4）風量控制：可通過儀表實現自動控制及調節(jié)旋鈕實現手動風量控制，但風量不得低于 50m3/h ，否則會因為風量過小而使燒壞加熱管。控制方法是：1）手動控制時，將風量手自動切換開關打到手動位置，通過調節(jié)手動旋鈕即可對變頻器輸出控制，從而控制風機風量； 2）自動控制時，將手自動切換開關打到自動位置，這時可通過儀表對變頻器輸出控制，從而也實現了對從而控

16、制風機風量。2主要設備及儀器1） 鼓風機： 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，開啟儀表。2打開儀表控制柜上的風機電源開關，開啟風機，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，可通過儀表實現自動控制及調節(jié)旋鈕實現手動控制干球溫度。其方法是：（1）手動控制時， 將手自動切換開關打到手動位置，通過調節(jié)手動旋鈕即可對加熱管電壓實現控制，從而控制干球溫度；（ 2）自動控制時， 將手自動切換開關打到自動位置，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，每分鐘記錄一次數據；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 度左右時關閉風機電源、關閉儀表電源，清理實驗設備。五、實驗報告繪制干燥曲線（失水量 時間關系曲線） ，根據干燥曲線作干燥速率曲線，讀取物料的臨界濕含量，對實驗結果進行分析討論。實驗四對流給熱系數的測定一、實驗目的1、觀察水蒸氣在換熱管外壁上的冷凝現象；2、測定空氣在圓直管內強制

19、對流給熱系數i ；3、應用線性回歸分析方法，確定關聯式Nu=ARe mPr 0.4 中常數A、 m 的值。二、基本原理在套管換熱器中，環(huán)隙通以水蒸氣，內管管內通以空氣或水，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 )； 流體對內管內壁的對流給W/(m2 )；it1、 t2被加熱流體進、出口溫度，；A i內管的外壁、內壁的傳熱面積，m2；tm 傳熱的對數平均溫度差，；(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的（平均）對流給熱系數i。流體在直管內強制對流時的給熱系數，可按下列半經驗公式求得：湍流時：i0.023Re0.8 Pr0.4（ 1-4）di式中：i 流體在直管內強制對流時的給熱系數，W/ (m 2 )； 流體的導 W/(m 2)；di 內管內徑， m； Re 流體在管內的雷諾數，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，11.8Re 對流傳熱系數準數關聯式的實驗確定流體在管內作強制湍流，被加熱狀態(tài)，準數關聯式的形式為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物性數據i、 cpi、 i、 i可根據定性溫度tm 查得。經過計算可知，對于管內被加熱的空氣，普蘭特準數Pr i 變化不大，可以認為是常數，則關聯式的形式簡化為：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， 冷凝水經疏水器排入地溝。冷水經渦輪流量計進入套管換熱器內管（紫銅管） ，熱交換后排出裝置外。圖 1 傳熱系數測定裝置流程圖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-冷凝水調節(jié)閥2 14-蒸汽調節(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3-儀表電源指示燈4-儀表電源開關5-風機電源指示燈電源開關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-風機2設備與儀表規(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