化工基础实验讲义.pdf

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1、基础化学实验（Ⅱ）3.化工原理实验3.1流体力学实验3.1.1流体流动之机械能转换测定3.1.2流体流动阻力测定3.1.3离心泵性能的测定3.1.4雷诺实验3.1.5转子流量计校准3.2传热实验3.2.1换热器传热系数的测定3.2.2冷水-热水传热实验3.2.2沸腾传热及无相变传热中对流传热系数的测定3.3传导实验3.3.1填料吸收塔吸收系数的测定3.3.2精馏塔的操作与塔效率的测定3.3.3板式塔流动特性实验3.3.4干燥曲线和干燥速率曲线的测定3.3.5液—液萃取塔操作3.4反应工程实验3.4.1脉冲响应法测定非均相反应器的停留时间分布3

2、.4.2脉冲法测定连续搅拌釜式反应器停留时间分布3.4.3固体流态化的流动特性实验3.4.4串联连续搅拌釜式反应器转化率的测定3.5化工单元仿真实验3.5.1传热仿真实验3.5.2吸收-解析仿真实验3.5.3精馏仿真实验3.5.4流化床干燥仿真实验3.5.5萃取仿真实验3.1流体力学实验实验3.1.1流动流体之机械能转换测定一、实验目的1．学习、掌握流动流体各种形式机械能相转换的测定方法；2．以实验证实不可压缩流体的伯努利方程。二、实验任务测定不可压缩流体在静止及不同流速条件下各种形式机械能的相互转换。三、实验原理不可压缩流体在管道或明渠中作

3、稳定流动时，单位质量流体在与流动方向垂直的不同截面间的总能量是由各种形式的能量所组成的，且不同形式的能量可相互转换，其转换规律可用机械能衡算基本方程表达。机械能衡算基本方程可表示如下：22pupu1122Z1++=Z2+++∑hf(m液柱)(3.1－1)ρg2gρg2g此式即为著名的伯努利方程。式中：Z——流体位压头p——流体静压头ρg2u——流体动压头2g∑hf——流体在流动系统内因阻力造成的压头损失下标1与2为和流体流动方向垂直的两个截面。2pu应当注意，式中Z、、与∑hf是有区别的，前三项是在某截面上流体本身所有ρg2g的能量，而∑hf

4、则是指流体在两截面之间流动时由于流体内摩擦及流体与管壁相互摩擦所损耗的能量。如果两截面间流体处于静止状态，则u=0；因此，自然没有阻力，即∑hf=0，于是式(3.1-1)变成pp12Z1+=Z2+(3.1－2)ρgρg上式与流体静力学基本方程无异。由此可见，伯努利方程式除表示流体流动的规律外，还表示了流体静止状态的规律，亦即流体静止状态只不过是流动状态的一种特殊形式。当流体在管内流动时，若管内某一局部有障碍物(如测压管)存在，流体以流速u向测压管口流动，当流体到达测压管口时，因管内已充满了静止不动的流体，故管口处流体流速可取为零，即流体的动压

5、头转变为静压头了，所以在测压管口处测得的压头为流体的动压头与2pu静压头之和，称为冲压头，hr，亦即hr=+。本实验每处测压管所测定的即为该截面ρg2g处流体的冲压头。四、实验装置及流程本实验之装置如图3.1—1所示，主要是由实验导管、稳压溢流水槽和三对测压管所组成。实验导管为一水平的变径圆管，沿程分三处设置测压管，每处测压管由一对并列的测压管组成，分别测量该截面处流体的静压头和冲压头。流体由稳压水槽流入实验导管，途经内径分别为16、25及16毫米的管子，最后排出设备。流体流量由出口阀调节。流体流量需直接测定单位时间内流过的流体体积来确定。4

6、5溢流口450mm13进水口2ABC图3.1—1流动流体之机械能转换测实验装置流程图1．稳压水槽2．试验导管3．出口调节阀4．静压头测量管5．冲压头测量管五、实验方法1．实验前缓慢打开进水阀，使水充满稳压溢流水槽1，并保持有适量溢流水流出，令槽内液位保持不变；2．打开实验导管出口调节阀3，排除实验系统内空气泡；3．关闭实验导管出口调节阀3，观察并测量流体处于静止状态下各测压点(A、B和C点)的压头，即测压管内静压头与冲压头的水位高度；4．缓慢开启实验导管的出口调节阀，定性地观察比较流体在流动情况下各测压点的压头变化；5．缓慢开启实验导管出口调

7、节阀，测定流体在不同流量下各测压点的静压头和冲压头。实验过程中须注意几点：(1)实验前一定要将实验导管和测压管中的空气排除干净，否则会干扰实验结果和测量准确性；(2)开启进口阀向稳压水槽注水，或开关实验导管出口调节阀时，一定要缓慢地调节开启程度，并随时注意设备内变化情况；(3)实验过程中需根据测压管量程范围确定最小和最大流量。六、实验记录及数据处理1．非流动体系机械能分布及转换⑴实验数据记录水温密度各测压点的静压头ppp-3ABCT/℃ρ/kgm/mmH2O/mmH2O/mmH2Oρgρgρg(2)验证流体静力学方程2．流动体系机械能分布及其

8、转换(1)实验数据记录A流量a测定值L/s3b圆整值m/hB压头压头(mmH2O)测压点静压头冲压头ABC(2)数据处理A压头损失的计算根据伯努利方程：22p1u1