化工原理实验讲义课件

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1、化工原理实验讲义实验一雷诺实验一、实验目的1、观察流体在管内流动的两种不同流型。2、测定临界雷诺数Re。o二、基本原理流体流动有两种不同型态，即层流（或称滞流，Laminarflow）和湍流（或称紊流，Turbulentflow）,这一现象最早是由雷诺（Reynolds）于1883年首先发现的。流体作层流流动时，其流体质点作平行于管轴的肓线运动，且在径向无脉动；流体作湍流流动时，其流体质点除沿管轴方向作向前运动外，还在径向作脉动，从而在宏观上显示出紊乱地向各个方向作不规则的运动。流体流动型态可用雷诺准数（Re）来判断，这是一个由各影

2、响变量组合而成的无因次数群，故其值不会因采用不同的单位制而不同。但应当注意，数群中各物理量必须采用同一单位制。若流体在圆管内流动，则雷诺准数可用下式表示：Re二如（1-1）式中：Re—雷诺准数，无因次；d—管子内径，m；u一流体在管内的平均流速，m/s；流体密度，kg/m3；卩—流体粘度；Pa•So层流转变为湍流时的雷诺数称为临界雷诺数，用Re。表示。工程上一般认为，流体在直圆管内流动时，当ReW2000吋为层流；当Re>4000吋为湍流；当Re在2000至4000范围内，流动处于一种过渡状态，可能是层流，也可能是湍流，或者是二者交

3、替出现，这耍视外界干扰而定，一般称这一Re数范围为过渡区。式（1-1）表明，对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅与流体流速有关。木实验即是通过改变流体在管内的速度，观察在不同雷诺准数下流体的流动型态。三、实验装置及流程实验装置如图1—1所示。主要由玻璃试验导管、流量计、流量调节阀、低位贮水槽、循环水泵、稳压溢流水槽等部分组成，演示主管路为020x2mm硬质玻璃。1—红墨水储槽；2—溢流稳压槽；3—实验管；4—转子流量计；5—循环泵；6—上水管；7—溢流回水管；8—调节阀；9—储水槽图1—1流体流型演示实验装置示意图实验

4、前，先将水充满低位贮水槽，关闭流量计后的调节阀，然后启动循环水泵。待水充满稳压溢流水槽后，开启流量计后的调节阀。水由稳压溢流水槽流经缓冲槽、试验导管和流量计，最后流回低位贮水槽。水流量的大小，可由流量计和调节阀调节。示踪剂采用红色墨水，它由红墨水贮瓶经连接管和细孔喷嘴，注入试验导管。细孔玻璃注射管（或注射针头）位于试验导管人口的轴线部位。注意：实验用的水应清洁，红墨水的密度应与水相当，装置要放置平稳，避免震动。演示操作（1）层流流动型态试验时，先少许开启调节阀，将流速调至所需要的值。再调节红墨水贮瓶的下口旋塞,并作精细调节，使红墨水

5、的注人流速与试验导管中主体流体的流速相适应，一般略低于主体流体的流速为宜。待流动稳定后•记录主体流体的流量。此时，在试验导管的轴线上，就可观察到一条平直的红色细流，好像一根拉直的红线一样。（2）湍流流动型态缓慢地加大调节阀的开度，使水流量平稳地增大，玻璃导管内的流速也随之平稳地增大。此时可观察到，玻璃导管轴线上呈直线流动的红色细流，开始发牛波动。随着流速的增人，红色细流的波动程度也随之增人，最后断裂成一段段的红色细流。当流速继续增人时，红墨水进入试验导管后立即呈烟雾状分散在整个导管内，进而迅速与主体水流混为一体，使整个管内流体染为红

6、色，以致无法辨别红墨水的流线。实验二机械能转化演示实验一、实验目的1•观测动、静、位压头随管径、位置、流量的变化情况，验证连续性方程和柏努利方程。2.定量考察流体流经收缩、扩犬管段吋，流体流速与管径关系。3.定量考察流体流经直管段时，流体阻力与流量关系。4.定性观察流体流经节流件、弯头的压损情况。二、基本原理化工生产中，流体的输送多在密闭的管道中进行，因此研究流体在管内的流动是化学工程屮一个重要课题。任何运动的流体，仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律，这是研究流体力学性质的基本出发点。1•连续性方程12对于流体在管内稳定流动吋的质量

7、守恒形式表现为如下的连续性方程(2-2)(2-1)根据平均流速的定义，有pxuxAx=p2u2A2(2-3)而对均质、不可压缩流体,P、=P2=常数，则式（2-2）变为(2-4)可见，对均质、不可压缩流体，平均流速与流通截面积成反比，即面积越大，流速越小；反之，面积越小，流速越大。对圆管，A=7id2/4,d为直径，于是式（2—4）可转化为(2-5)2•机械能衡算方程运动的流体除了遵循质量守恒定律以外，还应满足能量守恒定律，依此，在工程上可进一步得到十分重要的机械能衡算方程。乂+咗+匹+0「2gpg对于均质、不可压缩流体，在管路内稳

8、定流动时，其机械能衡算方程（以单位质量流体为基准）为：(2-6)显然，上式中各项均具有高度的量纲，z称为位压头，//2g称为动压头（速度头）,p/怨称为静压头（压力头），称为有效压头，称为压头损失。关于上述机械能衡算方程的讨论：(1)