化工原理實(shí)驗(yàn)講義001

1、 .DOC資料. .DOC資料. 化工原理實(shí)驗(yàn)講義001作者：日期：化工原理實(shí)驗(yàn)講義化工與環(huán)境學(xué)院化學(xué)工程與控制系化工原理實(shí)驗(yàn)室編寫說明近幾年來，本實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)裝置中的大部分都進(jìn)行了更新或改造。過去編寫的實(shí)驗(yàn)講義已經(jīng)不能適應(yīng)目前的狀況，兄弟院校的相關(guān)實(shí)驗(yàn)教程也由于裝置、內(nèi)容、重點(diǎn)等方面的差異而有一定的局限。所以有必要重新編寫一本適用的實(shí)驗(yàn)講義。這有助于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，改善教學(xué)效果。本實(shí)驗(yàn)講義的大部分內(nèi)容，曾經(jīng)以補(bǔ)充講義電子版的形式提供給2003和2004級(jí)兩個(gè)年級(jí)的本科生700多名同學(xué)試用，取得了比較滿意的效果。此次正式交付印刷，又增補(bǔ)了一些必要的基礎(chǔ)知識(shí)，各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的思考題，以及選修實(shí)驗(yàn)

2、項(xiàng)目的內(nèi)容。第一、第二章由毋俊生執(zhí)筆，其余章節(jié)由鄧文生，康惠寶執(zhí)筆，全書由劉文芳排版編輯。本次又根據(jù)2011年更換的設(shè)備，對(duì)流體阻力測定、干燥實(shí)驗(yàn)、雷諾實(shí)驗(yàn)部分進(jìn)行了修訂，并對(duì)其它部分的一些筆誤進(jìn)行了更正。雖然編者都具有較長期指導(dǎo)本實(shí)驗(yàn)課程的經(jīng)歷，但受知識(shí)結(jié)構(gòu)、理解深度、認(rèn)識(shí)水平等方面的局限，不當(dāng)之處在所難免。期望使用本講義的老師和同學(xué)提出您的意見、建議和指正。 2007年7月 編2012年4月修訂目 錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc324179546第 1 章化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技術(shù) PAGEREF _Toc324179546 h 2HYPERLINK l _To

3、c3241795471.1溫度的測量 PAGEREF _Toc324179547 h 2HYPERLINK l _Toc3241795481.2壓力的測量 PAGEREF _Toc324179548 h 3HYPERLINK l _Toc3241795491.3流量的測量 PAGEREF _Toc324179549 h 5HYPERLINK l _Toc324179550第 2 章實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分布及基本數(shù)據(jù)處理 PAGEREF _Toc324179550 h 9HYPERLINK l _Toc3241795512.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分布 PAGEREF _Toc324179551 h 9HYPERLIN

4、K l _Toc3241795522.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基本處理 PAGEREF _Toc324179552 h 9HYPERLINK l _Toc3241795532.3實(shí)驗(yàn)報(bào)告的基本要求 PAGEREF _Toc324179553 h 10HYPERLINK l _Toc324179554第 3 章化工原理基本實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc324179554 h 12HYPERLINK l _Toc3241795553.1流體流動(dòng)阻力的測定 PAGEREF _Toc324179555 h 12HYPERLINK l _Toc3241795563.2離心泵特性曲線的測定 PAGEREF _Toc3

5、24179556 h 16HYPERLINK l _Toc3241795573.3對(duì)流傳熱系數(shù)的測定 PAGEREF _Toc324179557 h 20HYPERLINK l _Toc3241795583.4填料塔壓降曲線和吸收系數(shù)的測定 PAGEREF _Toc324179558 h 23HYPERLINK l _Toc3241795593.5精餾塔效率的測定 PAGEREF _Toc324179559 h 28HYPERLINK l _Toc3241795603.6干燥速率曲線的測定 PAGEREF _Toc324179560 h 32HYPERLINK l _Toc3241795613

6、.7擴(kuò)散系數(shù)的測定 PAGEREF _Toc324179561 h 35HYPERLINK l _Toc3241795623.8液液萃取塔的操作 PAGEREF _Toc324179562 h 39HYPERLINK l _Toc324179563第 4 章演示實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc324179563 h 42HYPERLINK l _Toc3241795644.1雷諾實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc324179564 h 42HYPERLINK l _Toc3241795654.2機(jī)械能守恒與轉(zhuǎn)換 PAGEREF _Toc324179565 h 45HYPERLINK l _Toc32

7、41795664.3邊界層形成與分離 PAGEREF _Toc324179566 h 47HYPERLINK l _Toc324179567第 5 章化工流動(dòng)過程綜合實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc324179567 h 48化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技術(shù)溫度的測量常用的溫度計(jì)形式膨脹式溫度計(jì)實(shí)用的膨脹式溫度計(jì)有玻璃管液體溫度計(jì)，雙金屬片溫度計(jì)和壓力表式溫度計(jì)。玻璃管液體溫度計(jì)玻璃管液體溫度計(jì)利用液體的體積與溫度之間的關(guān)系，用毛細(xì)管內(nèi)液體上升的高度來指示被測溫度。一般測量范圍在100 +600。這種溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測量精度較高（0.12.5級(jí)）。工作液體多使用汞和酒精，封裝時(shí)充入惰性氣體，以防止液柱

8、斷開。雙金屬片溫度計(jì)雙金屬片溫度計(jì)制作成表盤指針形式。雙金屬片結(jié)合成一體，一端固定，另一端自由。由于不同金屬的熱膨脹系數(shù)的差異而產(chǎn)生彎曲變形，帶動(dòng)指針的位移。一般測量范圍在80 +600。這種溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，但測量精度不高（12.5級(jí)）。壓力表式溫度計(jì)壓力表式溫度計(jì)的工作原理與機(jī)械式壓力表相同。被封裝在測溫元件內(nèi)的液體或氣體，在定容條件下當(dāng)溫度變化時(shí)壓力隨著變化，帶動(dòng)與彈性元件相聯(lián)接的指針的位移。一般測量范圍在0 +300。這種溫度計(jì)結(jié)構(gòu)也比較簡單，但測量精度不高（12.5級(jí)）。熱電偶溫度計(jì)電偶是由兩種不同的導(dǎo)體在兩端相聯(lián)接組成的回路。兩種導(dǎo)體之間的接觸電勢隨溫度的變化而變化，同一種

9、導(dǎo)體的兩端溫度不同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生溫差電勢。當(dāng)組成電偶的兩種導(dǎo)體一定時(shí)，回路中的電勢由電偶兩聯(lián)接點(diǎn)的溫度差決定，在電勢與溫度差之間建立起確定的關(guān)系。用來測定溫度差的電偶稱作熱電偶。在熱電偶回路中接入測量電勢的儀表就組成熱電偶溫度計(jì)。多數(shù)熱電偶的電勢與溫度差之間成近似線性關(guān)系。這種溫度計(jì)一般測量范圍在-200 +1800，精度較高（0.51.0級(jí)）。低溫時(shí)也可使用，但精度較差。使用時(shí)稍微麻煩一點(diǎn)，需要提供一個(gè)冷端參考溫度（恒溫低溫?zé)嵩矗┮约皽y量電勢的外加電路。這類溫度計(jì)有的直接輸出電壓值，有的經(jīng)過儀表換算（模數(shù)轉(zhuǎn)換）輸出攝氏溫度值。也可以把電壓信號(hào)輸出到其它模數(shù)轉(zhuǎn)換接口（如微機(jī)接口）進(jìn)行處理或顯示。熱

10、電阻溫度計(jì)利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值與溫度之間的確定關(guān)系制作的溫度計(jì)。它也需要外加電路來測量電阻。比如用標(biāo)準(zhǔn)電壓源測電流或用標(biāo)準(zhǔn)電流源測電壓。但是不需要提供參考溫度。這種溫度計(jì)一般測量范圍在200 +650，精度較高（0.53.0級(jí)）。低溫測量精度高于熱電偶溫度計(jì)。與熱電偶相比，測溫元件體積較大，響應(yīng)較慢，抗沖擊性較差。這類溫度計(jì)一般經(jīng)過儀表換算（模數(shù)轉(zhuǎn)換）輸出攝氏溫度值。也可以把電壓信號(hào)輸出到其它模數(shù)轉(zhuǎn)換接口（如微機(jī)接口）進(jìn)行處理或顯示。非接觸式溫度計(jì)非接觸式溫度計(jì)采用檢測熱輻射強(qiáng)度的方法，用來測量高溫對(duì)象。又可區(qū)分為檢測單色輻射或全輻射。由于在被測對(duì)象和檢測元件之間的介質(zhì)對(duì)輻射的吸收和反射的

11、影響，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的測量誤差。測量精度的分級(jí)（1.01.5級(jí)）并不是很確切。通常用來測量600 以上的高溫。溫度計(jì)讀數(shù)的校正由溫度計(jì)本身的特點(diǎn)所決定，需要對(duì)讀數(shù)進(jìn)行校正的主要是玻璃管液體溫度計(jì)和熱電偶溫度計(jì)。玻璃管液體溫度計(jì)玻璃管液體溫度計(jì)的刻度雖然有半浸入、全浸入和整體浸入三種標(biāo)定方式，但最常見的是全浸入標(biāo)定，即溫度計(jì)浸入被測介質(zhì)的深度正好與毛細(xì)管內(nèi)的液位對(duì)齊。這樣的條件在測量過程中往往難以滿足，所以在對(duì)溫度測量精度要求較高時(shí)，需要對(duì)溫度計(jì)讀數(shù)進(jìn)行修正。按照溫度計(jì)測量原理： V = V0K(t - t0) （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 1）式中：V

12、液體在溫度為t時(shí)的體積，V0 溫度為t0時(shí)的體積，K 工作液體相對(duì)于玻璃的體積熱膨脹系數(shù)（液體與玻璃的體積熱膨脹系數(shù)之差）若環(huán)境溫度為t1，則溫度計(jì)示值以下，被測介質(zhì)界面以上暴露在環(huán)境中的那一段H1（圖中標(biāo)注為N)是處于環(huán)境溫度t1。因?yàn)槊?xì)管的直徑是一定的，所以對(duì)于露出的這一部分，體積比也等于高度比，這時(shí)在溫度計(jì)上讀出的高度就包含了一個(gè)差值H，計(jì)算公式如下：H = H1K(t1 - t) - H1 （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 2）用H對(duì)溫度計(jì)讀數(shù)進(jìn)行修正，即從溫度計(jì)讀數(shù)減去這個(gè)值。H1由溫度計(jì)的刻度讀取，校正后的溫度：t* = t + H （ S

13、TYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 3）為了提高精度，以上步驟可重復(fù)幾次。熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)需要提供低溫端標(biāo)準(zhǔn)參考溫度，一般都是取水的冰點(diǎn)（水和冰的混合物）0。這個(gè)條件滿足時(shí)，不需要進(jìn)行校正。對(duì)于不便于提供標(biāo)準(zhǔn)參考溫度的場合，低溫端溫度即環(huán)境溫度（或其他方便的設(shè)定溫度）。出廠時(shí)以標(biāo)準(zhǔn)溫度標(biāo)定的分度就需要進(jìn)行校正。從道理上講，如果所用熱電偶的電勢與溫度差之間是嚴(yán)格的線性關(guān)系，則只需要把指示溫度（或由所測電勢計(jì)算得到的溫度）加上冷端溫度與（低溫端標(biāo)準(zhǔn)參考溫度）0之差，就能得到正確的測量溫度。但是一般熱電偶的電勢與溫差之間都不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，因此就需要先查得所

14、使用的熱電偶冷端溫度與0之差所對(duì)應(yīng)的電勢，把它加在測得的電勢之上，然后再用這個(gè)電勢的和查得所對(duì)應(yīng)的溫度。這樣的校正工作當(dāng)然是必須知道所用熱電偶的電勢溫差特性曲線。用公式來表示：E(t,0) = E(t0,0) + E(t,t0) （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 4）即攝氏溫度 t-0所對(duì)應(yīng)的電勢等于t0-0所對(duì)應(yīng)的電勢與 t-t0 所對(duì)應(yīng)的電勢之和。溫度測量需要注意的若干問題籠統(tǒng)地說，首先要選擇符合測量范圍和測量精度的溫度計(jì)。其次應(yīng)保證溫度計(jì)的熱敏元件與被測介質(zhì)有良好的接觸。若使用接觸式溫度計(jì)測量固體壁面的溫度則需要設(shè)置適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，選擇導(dǎo)熱系數(shù)大、熱穩(wěn)

15、定性好的液體作為媒介，在被測固體與測溫包之間建立起熱平衡。玻璃溫度計(jì)如果加了護(hù)套，則在被測介質(zhì)與溫度計(jì)之間達(dá)到熱平衡就需要較長的時(shí)間。要持續(xù)觀察一段時(shí)間，確信指示值已不再變化。使用配備標(biāo)準(zhǔn)冷端的熱電偶溫度計(jì)時(shí)，確保電極浸泡在冰水混合物中。在使用玻璃水銀溫度計(jì)時(shí)應(yīng)多加小心，萬一破碎了要立即進(jìn)行處理，用硫粉覆蓋灑出的水銀，并輕輕翻動(dòng)以促進(jìn)其反應(yīng)。將反應(yīng)后的硫化汞及剩余的硫粉回收，交廢藥廢液回收站處理，以免污染環(huán)境，損害健康。壓力的測量我們通常所說的壓力是指壓強(qiáng)，與英文中的pressure相對(duì)應(yīng)。在化工領(lǐng)域一般都是指流體的壓力。常見的壓力測量方法客觀條件決定了我們?cè)跍y量流體的壓力時(shí)，一般都是測出實(shí)際

16、的絕對(duì)壓力與大氣壓力的差值，稱之為表壓。大氣的壓力并不是一個(gè)定值，隨著海拔高度、所處的緯度以及溫度的改變而改變。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓是緯度45度海平面上攝氏0度時(shí)大氣的壓力。對(duì)于測量表壓來說標(biāo)準(zhǔn)大氣壓并沒有什么幫助。不過，在需要時(shí)，我們可以用水銀氣壓計(jì)方便地測出所在地大氣的壓力，然后得到準(zhǔn)確的絕對(duì)壓力。液柱測壓方法像托里斥利實(shí)驗(yàn)?zāi)菢拥难b置基本上可以認(rèn)為是垂直單管測壓裝置，現(xiàn)在使用的氣壓計(jì)仍然是這種結(jié)構(gòu)。單管測壓裝置也可以把直管傾斜放置，以提高測量精度。最常用的還是U形管壓差計(jì)，包括正U形管和倒U形管。U形管也可以通過串聯(lián)以擴(kuò)大量程。根據(jù)流體靜力學(xué)原理，由管內(nèi)液柱的高度差計(jì)算得到管兩端的壓力差，是最原始也

17、是最可靠的方法。只是由于在要求大的測量范圍時(shí)，工作介質(zhì)要用水銀，對(duì)環(huán)境和健康有害。所以除非必要，一般應(yīng)避免使用水銀。彈性元件測壓方法實(shí)際應(yīng)用中最常見的壓力表就屬于彈性元件測壓方法。彈性元件中最常用的是單圈和多圈彈簧管，可以用于測量低壓、中壓、高壓和真空度。單圈彈簧管測量范圍可以從0 0.1kPa直到0 105 kPa。但是由于壓力表在測量下限和上限附近的測量精度都不高，所以推薦的使用范圍是在測量上限的1/3到2/3之間。即使用范圍只是壓力表量程的1/3。壓力表的精度等級(jí)范圍很大，從0.01直到2.5。對(duì)于特定的介質(zhì)必須要使用規(guī)定的專用壓力表，如氧氣壓力表、氨氣壓力表、耐腐蝕壓力表等。壓力表的指

18、示值是表壓（與環(huán)境大氣壓的差值）。電信號(hào)測量方法電信號(hào)測壓儀表由壓力傳感器和顯示器組成。在化工上常用的是差壓變送器，它的測量對(duì)象是壓力差。它是一種電感式差壓傳感器，變送器有兩個(gè)測壓接口，一個(gè)接高壓，一個(gè)接低壓。兩個(gè)測壓室之間是一個(gè)撓性膜片，隨著壓差的變化而移動(dòng)。膜片上方的金屬片起銜鐵的作用，它與馬蹄形鐵芯之間的空隙隨壓差的變化而變化?？障洞髸r(shí)磁阻增大，空隙小時(shí)磁阻減小。鐵芯上線圈的電感隨磁阻的增大而減小。若把線圈的電阻看作定值，則線圈的阻抗隨電感的增大而增大。對(duì)于簡單的電感式壓差傳感器，對(duì)線圈電路施加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電流源，則電壓隨阻抗線性變化。經(jīng)過標(biāo)定之后，可以用電壓表顯示壓差，也可以輸出到其它接口

19、。對(duì)于較為復(fù)雜的差動(dòng)式壓差傳感器，工作原理是相同的，只是由兩個(gè)開口相對(duì)的對(duì)稱鐵芯組成，銜鐵位于兩個(gè)鐵芯之間，發(fā)生偏移時(shí)，距一個(gè)鐵芯的空隙增大，而距另一個(gè)鐵芯的空隙減小。兩個(gè)電感電路與兩個(gè)電阻電路組成電橋。為電感電路施加一個(gè)電壓源，橋路上的輸出電壓隨銜鐵與兩個(gè)鐵芯之間的空隙的變化而變化，在輸出電壓與被測壓差之間建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，測量精度高于單電感傳感器。這類傳感器的輸出電壓與壓差之間成近似線性關(guān)系，測量范圍較小時(shí)，線性關(guān)系較好。壓力測量需要注意的若干問題彈性元件和電信號(hào)測壓方法都是屬于間接的測量方法，因此它們都需要標(biāo)定。壓力表是標(biāo)準(zhǔn)化的，在出廠時(shí)都經(jīng)過標(biāo)定。若有疑問，可用標(biāo)準(zhǔn)壓力核對(duì)。差壓變送器在出

20、廠時(shí)也經(jīng)過標(biāo)定，但是它的工作穩(wěn)定性比不上壓力表，一般在安裝以后需要進(jìn)行再標(biāo)定。它本身提供零點(diǎn)調(diào)節(jié)和比例調(diào)節(jié)。使用一段時(shí)間之后可能產(chǎn)生新的偏差，因此需要經(jīng)常進(jìn)行核對(duì)。對(duì)于同時(shí)配置U形管壓差計(jì)（測量小壓差）和壓差變送器（測量大壓差）的場合，可用U形管壓差計(jì)的讀數(shù)來校正壓差變送器的顯示讀數(shù)。細(xì)心地觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)，在小壓差范圍，傳感器的精度非常差。所以建議用U形管壓差計(jì)的最大量程校正傳感器測量值的偏移。對(duì)于有腐蝕性的被測介質(zhì)，應(yīng)選用隔離型結(jié)構(gòu)的變送器，測壓室充入工作液體，由隔膜與被測介質(zhì)隔開。無論使用何種形式的測壓儀表，在被測的最大壓力與儀表的最大量程之間必須留有充分的余地，一般不應(yīng)超過最大量程的2/3

21、。用水作工作介質(zhì)的U形管壓差計(jì)要求可以適當(dāng)放寬。在需要測量準(zhǔn)確的絕對(duì)壓力時(shí)，可以用氣壓計(jì)測出準(zhǔn)確的當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γc測得的表壓相加。流量的測量流體的流量計(jì)量總體上可分為累積量和瞬時(shí)量。在商業(yè)活動(dòng)中，一般都是累積量，像水表、燃?xì)獗?、加油站的汽油（柴油）表等。累積量的測量都是采用容積式的測量方法。生產(chǎn)過程中使用的多為瞬時(shí)量，即我們通常所說的氣體流量計(jì)和液體流量計(jì)。我們這里介紹的是瞬時(shí)量的測量。在體積流量和質(zhì)量流量之間只差簡單的密度因子，因此這里只討論體積流量，即單位時(shí)間內(nèi)通過某一流動(dòng)截面的體積量。常見的流量測量方法現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室常用的有節(jié)流式流量計(jì)（也稱變壓頭流量計(jì)），變截面流量計(jì)，渦輪式流量計(jì)（葉輪式

22、流量計(jì)的一種）和用于小流量氣體流量測量的皂膜流量計(jì)。變壓頭流量計(jì)孔板式流量計(jì)和文丘里管流量計(jì)是基本的變壓頭流量計(jì)，在生產(chǎn)過程中大量使用，目前實(shí)驗(yàn)室仍在使用。這種流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，適用范圍廣，工作可靠。但是需要有一個(gè)壓差計(jì)測量兩個(gè)已知流動(dòng)截面之間的壓差，再經(jīng)過計(jì)算得到體積流量。工作原理是機(jī)械能守恒，在不考慮機(jī)械能損失時(shí)計(jì)算得到的體積流量稱為理論流量。穩(wěn)定流動(dòng)過程的連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒）： （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 5）和機(jī)械能守恒（不包括重力位能）的微分方程： （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 6）對(duì)

23、該式進(jìn)行積分時(shí)，對(duì)于不可壓縮流體和可壓縮流體得到不同的結(jié)果。不可壓縮流體：若流體的密度不隨壓力變化（所有液體都看作是不可壓縮的），得到不含位能的柏努利方程（節(jié)流部件水平安裝時(shí)沒有位能改變，垂直安裝時(shí)忽略位能改變）： （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 7）代入連續(xù)性方程（），得到 （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 8）理論體積流量 （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 9）記，并用管道直徑比代替面積比（），記，不可壓縮流體的理論體積流量可表示為 （ STYLEREF 1 s 1 S

24、EQ 公式 * ARABIC s 1 10）實(shí)際流量可表示為流量系數(shù)C乘以理論流量 （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 11）可壓縮流體：對(duì)于可壓縮流體，采用理想氣體在絕熱可逆過程中壓力與密度之間的函數(shù)關(guān)系（把流體微元看作移動(dòng)的封閉體系，稱為絕熱指數(shù)）。對(duì)機(jī)械能守恒的微分方程進(jìn)行積分，得到如下方程： （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 12）代入連續(xù)性方程（），經(jīng)過整理得到： （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 13）理論體積流量： （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式

25、* ARABIC s 1 14）實(shí)際流量按公式（1-11）計(jì)算。傳統(tǒng)上，液體流量計(jì)都采用水銀作為壓差計(jì)的工作液體，用現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)來衡量，環(huán)保性能不佳，可以采用其它的測壓方法（如壓差傳感器）?？装搴臀那鹄锕芏家呀?jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，安裝之后可以不經(jīng)過標(biāo)定直接使用。雖然流量計(jì)內(nèi)部的機(jī)械能損失可以關(guān)聯(lián)為隨雷諾數(shù)變化的曲線，即所謂的流量系數(shù)C，其實(shí)使用起來并不方便。更常見的是通過標(biāo)定，擬合出選定條件下流量（體積或質(zhì)量）與壓差之間的代數(shù)方程。但在非標(biāo)定條件下使用時(shí)就比較麻煩，密度校正容易做，粘度校正就很難。粘度在理論流量計(jì)算公式中并不出現(xiàn)，而存在于流量系數(shù)C中。變截面流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)是基本的變截面流量計(jì)，比節(jié)流式流量

26、計(jì)使用起來要方便得多?；竟ぷ髟硎歉∽釉阱F形筒中處于靜力平衡時(shí)，浮子下方的流體流速始終保持定值。流量較大時(shí)，浮子處于錐形筒中過流截面較大的位置；流量較小時(shí)，浮子處于錐形筒中過流截面較小的位置。設(shè)浮子的體積為Vf，橫截面積為S，浮子的密度為f，流體在標(biāo)定條件下的密度為0，可以寫出浮子的靜力平衡條件： （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 15）即流體流過浮子時(shí)的局部壓降（）方向是向上的。流速 （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 16）體積流量可表示為流速乘以環(huán)隙面積： （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 *

27、ARABIC s 1 17）其中，轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及重力加速度g都是常數(shù)，流體的密度隨溫度和壓力變化，局部阻力系數(shù)可與雷諾數(shù)關(guān)聯(lián)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)在出廠時(shí)已經(jīng)用標(biāo)準(zhǔn)介質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)條件下標(biāo)定出體積流量刻度。缺點(diǎn)是通常的玻璃筒轉(zhuǎn)子流量計(jì)耐壓性能受到限制。高壓時(shí)不使用玻璃筒，增加浮子位置變換機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。盡管如此，在中、低壓和溫度不是很高時(shí)，仍不失為一種比較理想的測量方法。氣體流量計(jì)的標(biāo)定介質(zhì)是空氣，液體流量計(jì)的標(biāo)定介質(zhì)是清水，標(biāo)定條件都是20和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。所以在標(biāo)定條件下用于非標(biāo)定介質(zhì)的測量時(shí)，需要對(duì)密度進(jìn)行校正。在非標(biāo)定條件下測量標(biāo)定介質(zhì)時(shí)，需要對(duì)溫度和壓力的影響進(jìn)行校正。在非標(biāo)定條件下測量非標(biāo)定介質(zhì)時(shí)

28、，則需要進(jìn)行雙重的校正。好在連續(xù)生產(chǎn)過程中，溫度和壓力都是相對(duì)恒定的。在實(shí)驗(yàn)室，情況會(huì)比較復(fù)雜一些。渦輪式流量計(jì)渦輪式流量計(jì)的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，是一個(gè)整體的組件。包括渦輪和兩端的軸承，以及渦輪轉(zhuǎn)速的測速裝置。有流體流經(jīng)渦輪時(shí)，受到四個(gè)力矩的共同作用，即流動(dòng)的流體施加到渦輪葉片上的主動(dòng)力矩、流體的粘滯作用阻止渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力矩、軸承的機(jī)械摩擦產(chǎn)生的阻力矩、以及（由于測速機(jī)構(gòu)電磁組件的存在）渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)感生的渦流與測速組件之間的電磁阻力矩。其動(dòng)力學(xué)方程為： （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 18）式中：J 渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， 角速度，T 主動(dòng)力矩，T1、T2、T3 相

29、應(yīng)的阻力矩。主動(dòng)力矩與阻力矩都隨著流量的增大而增大，當(dāng)合力矩為零時(shí)，角加速度為零，渦輪作等速轉(zhuǎn)動(dòng)。渦輪的角速度與流體體積流量之間的關(guān)系可由下式表示： （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 19）式中：qv 體積流量， 與組件的結(jié)構(gòu)、流體的特性、流動(dòng)狀態(tài)都有關(guān)，一般稱為渦輪流量計(jì)的轉(zhuǎn)換系數(shù)，a1、a2 分別與電磁阻力矩、機(jī)械摩擦阻力矩以及組件結(jié)構(gòu)和流體特性有關(guān)。當(dāng)體積流量大到一定程度時(shí)，上述公式可近似為 （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 20）同時(shí)也可以看出，在 a1時(shí)渦輪并不轉(zhuǎn)動(dòng)。流量計(jì)組件出廠時(shí)，根據(jù)標(biāo)定介質(zhì)、操作條

30、件和測量范圍得到的平均值，給出體積流量和渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率之間的標(biāo)定關(guān)系式： （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 21）頻率f與角速度之間的關(guān)系是 （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 22）因此C = 2 （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 23）在總體上，渦輪流量計(jì)的測量精度較高，但在流量很小時(shí)精度不高。流量測量需要注意的若干問題在非標(biāo)定條件下使用流量計(jì)時(shí)，一般需要進(jìn)行校正。另外玻璃筒轉(zhuǎn)子流量計(jì)常因使用不當(dāng)，受撞擊而損壞，應(yīng)特別注意。下面分別敘述。變壓頭流量計(jì)同一種介質(zhì)，操作條件下的體

31、積流量Q與標(biāo)定條件下的體積流量Q0的關(guān)系，在忽略粘度影響時(shí)，可簡化為： （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 24）其中，下標(biāo)0表示標(biāo)定條件下的參數(shù)，下同。改變測量介質(zhì)時(shí)，流量計(jì)應(yīng)重新標(biāo)定。使用U形管壓差計(jì)時(shí)，注意在流量控制閥處于最小開度時(shí)啟動(dòng)泵或者風(fēng)機(jī)，以免U形管中的指示液在啟動(dòng)時(shí)被沖出，影響實(shí)驗(yàn)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)操作條件下的體積流量Q與標(biāo)定條件下的體積流量Q0的關(guān)系，在忽略粘度影響時(shí)，對(duì)于氣體，可簡化為（1-24）式，對(duì)同一種介質(zhì)（近似為理想氣體）， （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 25）對(duì)于不同的介質(zhì)，還需要對(duì)分子量

32、進(jìn)行較正（密度的單位是質(zhì)量密度而非摩爾密度）： （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 26）式中：M 被測氣體的分子量M0 標(biāo)定氣體的分子量對(duì)于液體，可簡化為： （ STYLEREF 1 s 1 SEQ 公式 * ARABIC s 1 27）在使用玻璃筒轉(zhuǎn)子流量計(jì)時(shí)，必須在流量計(jì)控制閥關(guān)閉或最小開度時(shí)（如氣體流量的分路調(diào)節(jié)）啟動(dòng)泵或者風(fēng)機(jī)。玻璃筒受金屬轉(zhuǎn)子撞擊時(shí)，破碎的幾率很高。所以一定要牢記，以免造成財(cái)產(chǎn)損失和人身傷害。渦輪式流量計(jì)對(duì)于同一種介質(zhì)，操作條件偏離標(biāo)定條件不遠(yuǎn)時(shí)，可以不必校正（事實(shí)上，因?yàn)闄C(jī)理復(fù)雜，很難校正）；改變測量介質(zhì)時(shí)，流量計(jì)需要重新標(biāo)定

33、。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分布及基本數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分布在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以在一定范圍內(nèi)任意改變的變量稱為實(shí)驗(yàn)控制變量。比如溫度、壓力、流量等。在以流量或者雷諾數(shù)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合的自變量（橫坐標(biāo)）的實(shí)驗(yàn)中，流量是主要的控制變量。一般情況下，都希望實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠均勻分布。在可調(diào)節(jié)范圍一定時(shí)，應(yīng)該取多少組數(shù)據(jù)是另外一個(gè)問題。按照對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸處理的要求，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)不少于回歸模型中回歸系數(shù)的個(gè)數(shù)的5倍到10倍。在實(shí)驗(yàn)時(shí)還應(yīng)留有一定的余地（可能會(huì)剔除異常數(shù)據(jù)）。比如，若用二次曲線擬合離心泵的揚(yáng)程與流量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，則回歸模型中有三個(gè)待定參數(shù)（回歸系數(shù)），有效實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)不少于15組。先獲得離心泵的最大流量（調(diào)節(jié)閥全

34、開），取流量間隔進(jìn)行調(diào)節(jié)得到N+1組數(shù)據(jù)。在此例中，N應(yīng)取16或17。在擬合時(shí)需要先取對(duì)數(shù)的場合，最好是對(duì)直接控制變量的對(duì)數(shù)進(jìn)行平均分割。比如強(qiáng)制對(duì)流傳熱的準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式或直管中的摩擦因子與雷諾數(shù)之間的關(guān)系，雷諾數(shù)中除流速外，其他參數(shù)相對(duì)恒定（或變化不大，如密度、粘度）。取流量間隔進(jìn)行調(diào)節(jié)比較適宜。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基本處理數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容包括：回歸模型的合理選擇；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的辨識(shí)和判斷；回歸計(jì)算及簡單的誤差分析；列表及繪圖等?；貧w模型的合理選擇對(duì)于驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，回歸模型的選擇通常已經(jīng)是很明確的。但是在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐當(dāng)中，同學(xué)還是會(huì)經(jīng)常犯一些低級(jí)的錯(cuò)誤。主要原因是缺少獨(dú)立和認(rèn)真的思考，沒有養(yǎng)成在理解的

35、基礎(chǔ)上再進(jìn)行理性處理的好習(xí)慣。比如，氣體吸收實(shí)驗(yàn)中，填料塔的流體力學(xué)性能測定。在噴淋量恒定時(shí)，逐步加大氣體流量，直到產(chǎn)生液泛。已經(jīng)知道液泛前后的填料壓降與空塔氣速之間的關(guān)系遵循不同的規(guī)律，因此在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)該以液泛點(diǎn)為界分兩段處理。再比如液體在直管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，摩擦因子與雷諾數(shù)之間的關(guān)系，在層流區(qū)域和湍流區(qū)域也是遵從不同的規(guī)律，應(yīng)該在雷諾數(shù)小于2000的范圍內(nèi)適合于層流的擬合模型；對(duì)于雷諾數(shù)大于2000（包括過渡流階段）的部分采用適合湍流的擬合模型。干燥實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較明確地顯示出等速干燥階段和降速干燥階段，數(shù)據(jù)處理理應(yīng)分段進(jìn)行擬合。但是多數(shù)人都把干燥速率隨干基含水率的變化擬合成為一條

36、像拋物線模樣的曲線。再比如，相當(dāng)多的同學(xué)在傳熱實(shí)驗(yàn)中用套管進(jìn)出口空氣的平均密度計(jì)算質(zhì)量流量，而流量計(jì)測定的明明是進(jìn)口處的體積流量。諸如此類的問題，只要經(jīng)過認(rèn)真思考，都是可以避免的。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的辨識(shí)和判斷通常先把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)在坐標(biāo)紙上或者制作簡單的屏幕圖形，習(xí)慣上把它叫做散點(diǎn)圖。在散點(diǎn)圖上對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步觀察，如有異常數(shù)據(jù)，一般都是顯而易見的。對(duì)于異常數(shù)據(jù)，一是應(yīng)該認(rèn)真分析出現(xiàn)異常的原因，并且在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中進(jìn)行說明；二是在進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合時(shí)把它剔除。否則就會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)數(shù)據(jù)擬合的質(zhì)量，無法反映實(shí)驗(yàn)變量之間的真實(shí)的規(guī)律性。比如，可能是由于稱重使用的電子秤或者鼓風(fēng)機(jī)的周期性波動(dòng)，干燥速率曲線在數(shù)據(jù)比較密集時(shí)

37、，表現(xiàn)出一種基本上是恒定振幅的周期性震蕩，就像矩形脈沖波，很明顯是不真實(shí)的。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的基本要求針對(duì)近幾年同學(xué)在提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)出現(xiàn)的一些不好的現(xiàn)象，在此鄭重多說一句。互相切磋是一種美德，互相抄襲是一種應(yīng)該受到譴責(zé)的惡習(xí)，于學(xué)習(xí)無益，于情操有損。實(shí)驗(yàn)報(bào)告是一份反映實(shí)驗(yàn)工作的完整的文件，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告也是從事實(shí)驗(yàn)研究工作的一項(xiàng)基本訓(xùn)練。它分為兩個(gè)部分。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)第一部分是實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)操作以前完成。主要包括以下內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容：以簡潔的文字和必要的公式說明本次實(shí)驗(yàn)的目的和內(nèi)容。不要大段大段地抄實(shí)驗(yàn)講義。用自己的語言，說清楚就好。千萬不要認(rèn)為寫的越多，水平就越高。寫得過多說明理解得不好，或者沒

38、有掌握重點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)裝置簡圖：用什么工具作圖并不重要。重要的是它所反映的一定是做實(shí)驗(yàn)所使用的真實(shí)的裝置。切忌東抄西抄。實(shí)驗(yàn)報(bào)告中時(shí)常會(huì)看到早已被淘汰的幾十年前曾經(jīng)使用過的實(shí)驗(yàn)裝置。一種可能是報(bào)告人心不在焉，糊弄過去，應(yīng)付差事，沒有好心情對(duì)待學(xué)習(xí)的事；另一種可能是，別人寫好報(bào)告后復(fù)制一份或者復(fù)印一份，想都不想。如果把學(xué)習(xí)當(dāng)作是一件認(rèn)真的事，畫實(shí)驗(yàn)裝置圖最基本的要求是實(shí)事求是，不造假。重要性排序：真、善、美。實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)原理特別強(qiáng)調(diào)邏輯的嚴(yán)密和概念的準(zhǔn)確。文字要簡潔，不能以多取勝。寫得過多說明理解得不好，或者沒有掌握重點(diǎn)。比如強(qiáng)制對(duì)流傳熱系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式關(guān)聯(lián)參數(shù)的驗(yàn)證（或稱對(duì)流傳熱系數(shù)的測定），基本原

39、理只有幾條（可能的表述方式之一，肯定不是最好的表述，不值得效法 ）：. 根據(jù)熱量守恒計(jì)算傳熱速率; . 由牛頓冷卻定律 計(jì)算出; . ，對(duì)應(yīng)的雷諾數(shù)和普蘭特準(zhǔn)數(shù)，, 流速由體積流量和過流面積求得，其他參數(shù)取定性溫度下的值; . 由回歸計(jì)算出a , b并與前人得到的結(jié)果進(jìn)行比較。主要的實(shí)驗(yàn)操作步驟：所有的操作過程細(xì)節(jié)不大可能事先描述的十分完整，但是，基本的實(shí)驗(yàn)工作順序和主要的操作步驟必須事先心中有數(shù)。不能到了現(xiàn)場才琢磨。包括：設(shè)備啟動(dòng)之前需要檢查哪些項(xiàng)目；變量調(diào)節(jié)的范圍、調(diào)節(jié)方法和順序；數(shù)據(jù)分布方案；特別需要注意的問題（尤其是安全問題）；測量的項(xiàng)目及時(shí)機(jī)；需要記錄的項(xiàng)目等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄及后處理實(shí)

40、驗(yàn)結(jié)束后所做的工作構(gòu)成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的第二部分。主要包括以下內(nèi)容：驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理：實(shí)驗(yàn)過程中記錄的數(shù)據(jù)一般都不夠規(guī)范，所以實(shí)驗(yàn)結(jié)束后需要重新進(jìn)行整理。一般是列成表格，既簡潔又整齊。對(duì)于過多的原始數(shù)據(jù)（如干燥實(shí)驗(yàn)，采樣頻率低可能會(huì)喪失觀察升溫階段或開始減速階段的機(jī)會(huì)，采樣較密，又會(huì)在等速階段積累過多的重復(fù)數(shù)據(jù)），也可以先經(jīng)過預(yù)處理，合理地壓縮數(shù)據(jù)量。數(shù)據(jù)處理及結(jié)果的整理：在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，首先要交待清楚處理的方法、依據(jù)以及所用到的計(jì)算公式，并選取一組數(shù)據(jù)作為示例，闡述完整的計(jì)算過程。然后把全部計(jì)算結(jié)果以表格的形式列出。畫出散點(diǎn)圖進(jìn)行觀察，辨別和剔除異常數(shù)據(jù)。完成最后的回歸計(jì)算，繪制相應(yīng)的擬合曲線圖。實(shí)驗(yàn)

41、數(shù)據(jù)點(diǎn)必須在圖上作出標(biāo)記。實(shí)驗(yàn)總結(jié)及評(píng)價(jià)：對(duì)實(shí)驗(yàn)的全過程進(jìn)行必要的總結(jié)，對(duì)由實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果與前人的結(jié)論進(jìn)行比較，作出實(shí)事求是的評(píng)價(jià)。這是實(shí)驗(yàn)報(bào)告中非常重要的一部分。每一個(gè)人在工作中或多或少都會(huì)有失誤，甚至?xí)鲥e(cuò)。但是不應(yīng)該重復(fù)同樣的錯(cuò)誤。通過認(rèn)真總結(jié)，期望每一次實(shí)驗(yàn)之后都會(huì)有所提高。對(duì)于結(jié)果中不完善的地方，要進(jìn)行理性的分析，找出造成失誤的原因，作出合理的解釋?；ぴ砘緦?shí)驗(yàn)流體流動(dòng)阻力的測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諟y定流體流經(jīng)直管、管件和閥門時(shí)阻力損失的一般實(shí)驗(yàn)方法。測定直管摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的關(guān)系，驗(yàn)證在一般湍流區(qū)內(nèi)與Re的關(guān)系曲線。測定流體流經(jīng)管件、閥門時(shí)的局部阻力系數(shù)。學(xué)會(huì)流量計(jì)和壓差計(jì)的使用

42、方法。識(shí)辨組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用。實(shí)驗(yàn)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(shí)，由于粘性剪應(yīng)力和渦流應(yīng)力的存在，要損失一定的機(jī)械能。流體流經(jīng)直管時(shí)所造成機(jī)械能損失稱為直管阻力損失。流體通過管件、閥門時(shí)因流體運(yùn)動(dòng)方向和速度大小改變所引起的機(jī)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(dòng)時(shí)，阻力損失為： （3-1）即， （3-2）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(jī)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(dòng)

43、的平均流速，m/s。層流時(shí)， （3-3）湍流時(shí)是雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和相對(duì)粗糙度（/d）的函數(shù)，須由實(shí)驗(yàn)確定。由式（3-2）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）， 、通過測定流體溫度，再查有關(guān)手冊(cè)而得， u通過測定流體流量，再由管徑計(jì)算得到?？捎肬型管、倒置U型管、測壓直管等液柱壓差計(jì)測定，或采用差壓變送器和二次儀表顯示。求取Re和后，再將Re和標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上。2局部阻力系數(shù) 的測定 局部阻力損失通常有兩種表示方法，即當(dāng)量長度法和阻力系數(shù)法。本實(shí)驗(yàn)采用阻力系數(shù)法。 流體通過某一管件或閥門時(shí)的機(jī)械能損失表示為流體在小管徑內(nèi)流動(dòng)時(shí)平均動(dòng)能的某一倍數(shù)，

44、局部阻力的這種計(jì)算方法，稱為阻力系數(shù)法。即： (3-4)故 (3-5) 式中： 局部阻力系數(shù)，無因次； 局部阻力壓強(qiáng)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(shí)驗(yàn)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。 根據(jù)連接閥門兩端管徑d，流體密度，流體溫度t0(查流體物性、)，及實(shí)驗(yàn)時(shí)測定的流量V、壓差計(jì)讀數(shù)，通過式(5)求取閥門的局部阻力系數(shù)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)粗糙管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出Re曲線，對(duì)照化工原理教材上有關(guān)曲線圖，即可估算出該管的相對(duì)粗糙度和絕對(duì)粗糙度。 根據(jù)光滑管實(shí)驗(yàn)結(jié)

45、果，對(duì)照柏拉修斯方程，計(jì)算其誤差。測定閘閥在不同開度時(shí)的阻力系數(shù)。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論。實(shí)驗(yàn)裝置與流程實(shí)驗(yàn)裝置流程圖 圖3-1 流體流動(dòng)阻力測定實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖1水箱； 2管道泵；3渦輪流量計(jì)；4進(jìn)口閥；5均壓閥；6閘閥；7引壓閥；8壓力變送器；9出口閥；10排水閥；11電氣控制箱流程簡介如圖3-1所示，實(shí)驗(yàn)對(duì)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(jì)和倒U型壓差計(jì)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

46、光滑的不銹鋼管，而粗糙管直管阻力的測定對(duì)象為管道內(nèi)壁較粗糙的鍍鋅管。水的流量使用渦輪流量計(jì)測量，管路和管件的阻力采用差壓變送器將差壓信號(hào)傳遞給無紙記錄儀。設(shè)備的主要技術(shù)數(shù)據(jù) 測光滑直管段：管徑d=0.020 m，測壓點(diǎn)間距離L=1.00 m，材料為不銹鋼。被測粗糙直管段：管徑d=0.021 m，測壓點(diǎn)間距離L=1.00 m，材料為鍍鋅鐵。被測局部阻力直管段：管徑d=0.020 m, 長度0.95 m。壓差傳感器：型號(hào)為3351DP4E22B3，測量范圍為015 kPa。離心泵：型號(hào)為MS60/37SS，流量為3.6 m3/h，揚(yáng)程為14.6 m，電機(jī)功率為370W，轉(zhuǎn)速2850rpm。渦輪流量

47、計(jì)：型號(hào)為LWGY20。實(shí)驗(yàn)方法及步驟檢查儲(chǔ)水槽內(nèi)水位是否正常，若缺水須加水至滿，實(shí)驗(yàn)中注意保持水體清潔。檢查所有閥門并將閥門關(guān)緊。打開總電源和儀表開關(guān)，啟動(dòng)水泵至自動(dòng)檔，待電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后，把出口閥開到最大。排氣：選擇實(shí)驗(yàn)管路，把對(duì)應(yīng)的進(jìn)口閥，引壓閥和差壓變送器8的兩個(gè)閥門打開，并在出口閥最大開度下，保持全流量流動(dòng)5min左右，直至連接差壓變送器的透明管路內(nèi)氣泡為止。關(guān)閉差壓變送器8的兩個(gè)閥門，在計(jì)算機(jī)監(jiān)控界面點(diǎn)擊該對(duì)應(yīng)管路，則差壓變送器開始檢測該管路壓差。流量調(diào)節(jié)：手動(dòng)狀態(tài)，調(diào)節(jié)流量，讓流量從15m3/h范圍內(nèi)變化，建議每次實(shí)驗(yàn)變化0.250.3 m3/h。每次改變流量，待流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，記

48、下對(duì)應(yīng)的壓差值，溫度，流量。依次選擇光滑管、粗糙管以及局部阻力管路進(jìn)行測量，數(shù)據(jù)測量完畢，關(guān)閉所有閥門，關(guān)閉水泵和儀表電源。思考題以水為工作流體所測得的關(guān)系能否適用于其他種類的牛頓型流體？請(qǐng)說明原因。如果要增加雷諾數(shù)的范圍，可采取哪些措施？測出的直管摩擦阻力與直管的放置狀態(tài)有關(guān)嗎？請(qǐng)說明原因。離心泵啟動(dòng)前，出口閥處于什么狀態(tài)？為什么？關(guān)閉離心泵時(shí)，出口閥處于什么狀態(tài)？為什么？離心泵特性曲線的測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆针x心泵特性曲線的測定方法。了解離心泵的構(gòu)造、安裝、使用與操作。實(shí)驗(yàn)原理離心泵的特性受泵的結(jié)構(gòu)，葉輪形式與轉(zhuǎn)速的影響，特性參數(shù)包括流量、揚(yáng)程H、功率N、效率h，對(duì)確定的泵，在一定的轉(zhuǎn)速下，H、

49、N、h 都隨流量的改變而變化，以曲線形式表示這些參數(shù)之間的關(guān)系就是離心泵的特性曲線。離心泵的特性曲線能清楚的反映離心泵的操作性能，是選用離心泵和確定泵的適宜操作條件的主要依據(jù)。對(duì)任意一臺(tái)離心泵的特性曲線不能用解析法進(jìn)行計(jì)算，只能通過實(shí)驗(yàn)來測定。流量的測定通過離心泵的流量采用渦流流量計(jì)測量，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中流量計(jì)讀數(shù)與實(shí)際流量間的關(guān)系式為： （ STYLEREF 1 s 3 SEQ 公式 * ARABIC s 1 1）式中： 流量， 渦輪轉(zhuǎn)數(shù)， 流量計(jì)校正系數(shù)，揚(yáng)程H的測定在泵的吸入口和排出口之間列柏努利方程： （ STYLEREF 1 s 3 SEQ 公式 * ARABIC s 1 2） （ ST

50、YLEREF 1 s 3 SEQ 公式 * ARABIC s 1 3）上式中是泵的吸入口和壓出口之間管路內(nèi)的流體流動(dòng)阻力，與柏努利方程式中其它項(xiàng)比較，值很小，可以忽略，上式變?yōu)椋?（ STYLEREF 1 s 3 SEQ 公式 * ARABIC s 1 4）式中： 離心泵的揚(yáng)程， 出口、入口處壓強(qiáng)， 出口、入口處流速， 出口、入口測壓點(diǎn)高度， 流體密度， 重力加速度，將測得的和的值以及計(jì)算所得的代入上式即可求得H的數(shù)值。功率N的測定功率表測得的功率為電動(dòng)機(jī)的輸入功率，泵由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，傳動(dòng)效率可視為1，電動(dòng)機(jī)的輸出功率等于泵的軸功率，即： （ STYLEREF 1 s 3 SEQ 公式 *

51、ARABIC s 1 5） （ STYLEREF 1 s 3 SEQ 公式 * ARABIC s 1 6）所以 （ STYLEREF 1 s 3 SEQ 公式 * ARABIC s 1 7）式中： 電動(dòng)機(jī)效率，無因次泵效率 的測定 （ STYLEREF 1 s 3 SEQ 公式 * ARABIC s 1 8） （ STYLEREF 1 s 3 SEQ 公式 * ARABIC s 1 9）式中： 泵的效率 泵的有效功率，轉(zhuǎn)速的測定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測定單級(jí)離心泵在不同轉(zhuǎn)速下的特性參數(shù)，繪制離心泵特性曲線。圖3-2 離心泵性能測定實(shí)驗(yàn)裝置流程圖1-離心泵 2-真空表 3-壓力表 4-變頻器 5-功率表 6流

52、量調(diào)節(jié)閥 7-實(shí)驗(yàn)管路8-溫度計(jì) 9-渦輪流量計(jì) 10-實(shí)驗(yàn)水箱 11-放水閥 12-頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置與流程實(shí)驗(yàn)裝置流程圖（見圖3-2）流程簡介如圖3-2所示，水泵1將水槽10內(nèi)的水輸送到實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，用流量調(diào)節(jié)閥6調(diào)節(jié)流量，流體經(jīng)渦輪流量計(jì)9計(jì)量后，流回儲(chǔ)水槽。設(shè)備的主要技術(shù)數(shù)據(jù)離心泵：流量，揚(yáng)程，軸功率。真空表測壓位置管內(nèi)徑。壓強(qiáng)表測壓位置管內(nèi)徑。真空表與壓強(qiáng)表測壓口之間的垂直距離。實(shí)驗(yàn)管路內(nèi)徑 。電機(jī)效率為60%。渦輪流量計(jì)儀表常數(shù)：第1套77.910次/升，第2套77.920次/升。功率表型號(hào)為 PS-139，精度1.0級(jí)。泵吸入口真空表：測量范圍0.10MPa，精度1.5級(jí)。泵出口壓力表：

53、測量范圍00.25MPa，精度1.5級(jí)。實(shí)驗(yàn)方法及步驟向儲(chǔ)水槽10內(nèi)注入清水。檢查流量調(diào)節(jié)閥6，壓力表3及真空表2的開關(guān)是否關(guān)閉(應(yīng)關(guān)閉)。啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置總電源，用變頻調(diào)速器上、及鍵設(shè)定頻率后，按run鍵啟動(dòng)離心泵，緩慢打開調(diào)節(jié)閥6至全開。待系統(tǒng)內(nèi)流體穩(wěn)定，打開壓力表和真空表的開關(guān)，方可測取數(shù)據(jù)。測取數(shù)據(jù)的順序可從最大流量至0，或反之，一般測1020組數(shù)據(jù)。每次在穩(wěn)定的條件下同時(shí)記錄流量、壓力表、真空表、功率表的讀數(shù)及流體溫度。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵，切斷電源。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)該裝置電路采用五線三相制配電，實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)良好地接地。使用變頻調(diào)速器時(shí)一定注意FWD指示燈亮，切忌按FWD REV鍵R

54、EV指示燈亮，電機(jī)會(huì)反轉(zhuǎn)。啟動(dòng)離心泵前，關(guān)閉壓力表和真空表的開關(guān) 以免損壞壓力表。思考題測定離心泵的特性曲線并繪出曲線圖時(shí)為什么要注明轉(zhuǎn)速數(shù)值？隨著離心泵流量的增大，進(jìn)口真空表和出口壓力表指示的數(shù)值怎么變化？功率表讀數(shù)如何變化？離心泵怎樣啟動(dòng)？為什么？離心泵啟動(dòng)后，如不打開出口閥會(huì)有什么結(jié)果？為什么離心泵可用出口閥來調(diào)節(jié)流量？對(duì)流傳熱系數(shù)的測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諏?duì)流傳熱系數(shù)的測定方法，測定空氣在圓形直管內(nèi)的強(qiáng)制對(duì)流傳熱系數(shù)，驗(yàn)證準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。了解套管換熱器的結(jié)構(gòu)及操作，掌握強(qiáng)化傳熱的途徑。學(xué)習(xí)熱電偶測量溫度的方法。實(shí)驗(yàn)原理冷熱流體在間壁兩側(cè)換熱時(shí)，傳熱基本方程及熱衡算方程為： （ STYLEREF 1

55、 s 3 SEQ 公式 * ARABIC s 1 10）換熱器的總傳熱系數(shù)可表示為： （ STYLEREF 1 s 3 SEQ 公式 * ARABIC s 1 11）式中： 換熱量， 總傳熱系數(shù)， 換熱面積， 平均溫度差， 比熱， 質(zhì)量流量， 換熱器壁厚，、 內(nèi)、外流體對(duì)流傳熱系數(shù)，依據(jù)牛頓冷卻定律，管外蒸汽冷凝，管內(nèi)空氣被加熱，換熱量亦可表示為： （ STYLEREF 1 s 3 SEQ 公式 * ARABIC s 1 12）式中：、 管內(nèi)（冷側(cè)）、管外（熱側(cè)）壁溫，、 管內(nèi)（冷側(cè)）、管外（熱側(cè)）流體溫度，測定空氣流量、進(jìn)出口溫度、套管換熱面積，并測定蒸汽側(cè)套管壁溫，由于管壁導(dǎo)熱系數(shù)較大且管

56、壁較薄，管內(nèi)壁溫與外壁溫近似相等，根據(jù)上述數(shù)據(jù)即可得到管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)，由于換熱器總傳熱系數(shù)近似等于關(guān)內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)，所以亦可得到套管換熱器的總傳熱系數(shù)。流體在圓形直管強(qiáng)制對(duì)流時(shí)滿足下述準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式: （ STYLEREF 1 s 3 SEQ 公式 * ARABIC s 1 13）式中： 努塞爾特準(zhǔn)數(shù)，無因次 雷諾準(zhǔn)數(shù)，無因次 普蘭特準(zhǔn)數(shù)，無因次測定不同流速條件下的對(duì)流傳熱系數(shù)，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中標(biāo)繪-關(guān)系得到一條直線，直線斜率應(yīng)為0.8。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測定不同空氣流量下空氣和水蒸汽在套管換熱器換熱時(shí)內(nèi)管空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)，推算總傳熱系數(shù)。在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中標(biāo)繪-關(guān)系，驗(yàn)證準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。實(shí)驗(yàn)裝置與流程實(shí)驗(yàn)裝置流

57、程圖107圖3-3 傳熱實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖1蒸汽發(fā)生器 2水位指示管 3風(fēng)機(jī) 4風(fēng)量調(diào)節(jié)閥 5孔板 6U型管 7空氣進(jìn)口溫度計(jì) 8空氣出口溫度計(jì) 9熱電偶測量系統(tǒng)10冷凝回水管 11外管 12內(nèi)管13411591026812流程簡介如圖3-3所示，鼓風(fēng)機(jī)將空氣送入換熱器內(nèi)管，風(fēng)量由閥門4進(jìn)行調(diào)節(jié)，并采用孔板流量計(jì)5計(jì)量流量，進(jìn)出換熱器的溫度分別由進(jìn)出口的溫度計(jì)7、8讀出；蒸汽發(fā)生器1將產(chǎn)生的蒸汽送入套管，套管壁溫采用熱電偶溫度測量系統(tǒng)進(jìn)行測量。實(shí)驗(yàn)方法及步驟向電加熱釜加水至接近液位計(jì)上端紅線。向保溫瓶中加入適量的冰水，并將冷端補(bǔ)償熱電偶插入其中。將空氣流量旁路調(diào)節(jié)閥4全開，電壓調(diào)節(jié)電位器旋至最

58、小值（逆時(shí)針方向）。檢查數(shù)字電壓表的測量訊號(hào)線是否接好，接通電源，至少預(yù)熱5分鐘。順時(shí)針方向緩慢旋轉(zhuǎn)電壓調(diào)節(jié)電位器，使電壓表的示值為180V，待水沸騰，水蒸氣進(jìn)入玻璃套管。加熱約10分鐘后，啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，待空氣入口溫度穩(wěn)定后開始測試。調(diào)節(jié)空氣流量旁路閥的開度，使壓差計(jì)的讀數(shù)為所需的空氣流量值（注意旁路閥全開時(shí)，空氣流量為最小值，全關(guān)時(shí)為最大值）。待玻璃套管中充滿蒸汽并有適量冷凝液時(shí)算起，約5分鐘后可讀取數(shù)值。重復(fù)步驟7、8，分別取10個(gè)以上空氣流量值（應(yīng)包括最大和最小流量值）。測試結(jié)束后，將加熱電壓調(diào)節(jié)電位器旋至最左端（逆時(shí)針方向），使電壓表、電流表的示值為零；約5分鐘后關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)，并將旁路閥全

59、開，切斷總電源，停止實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)過程中，蒸汽發(fā)生器中的水位不能低于液位計(jì)下端的紅線，否則螺旋形電熱管將被燒壞；液位亦不能過高，否則會(huì)使水溢入套管。啟動(dòng)風(fēng)機(jī)時(shí), 空氣流量旁路閥不能關(guān)上，否則會(huì)把U型壓差計(jì)中的液體沖出。附：實(shí)驗(yàn)裝置流量與溫度校正數(shù)據(jù)空氣流量公式：，R單位為mm蒸汽側(cè)壁溫與測溫?zé)犭娕茧妱蓐P(guān)系：， E單位為mv空氣進(jìn)出口溫度校正： 思考題本實(shí)驗(yàn)要想提高K值應(yīng)當(dāng)增加哪一個(gè)管內(nèi)的流體流量？銅管內(nèi)壁的溫度與哪一種流體的溫度相接近？本實(shí)驗(yàn)中若套管間隙中有不凝性氣體存在，對(duì)傳熱有什么影響？實(shí)驗(yàn)中所測的壁溫接近蒸汽側(cè)溫度還是空氣側(cè)溫度？傳熱過程的穩(wěn)定性受哪些因素的影響？填料塔壓降曲線和

60、吸收系數(shù)的測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馓盍衔账慕Y(jié)構(gòu)、性能、基本流程與操作。熟悉填料式傳質(zhì)設(shè)備的流體力學(xué)性能。掌握總傳質(zhì)單元高度和總體積傳質(zhì)系數(shù)的測定方法。實(shí)驗(yàn)原理填料塔通常采用圓柱形塔體，在塔內(nèi)，填料裝填在帶孔的支撐板上形成填料層，裝填方式多種多樣，一般可采用“亂堆”方式。氣體一般由塔的下方進(jìn)入，通過支撐板向上通過填料層；液體入塔后通過塔上方的分布器均勻噴灑在填料層上，在填料表面形成液膜，與通過床層縫隙向上流動(dòng)的氣體進(jìn)行接觸，完成傳質(zhì)。填料塔傳質(zhì)性能好壞與操作條件密切相關(guān)，該方面性能的直接體現(xiàn)就是填料塔的流體力學(xué)特性，包括填料層壓強(qiáng)降和液泛規(guī)律。氣體通過填料層的壓降與空塔氣速 的關(guān)系可表示為 （ ST