化工原理實(shí)驗(yàn)講義(10).docVIP

實(shí)驗(yàn)一 雷諾實(shí)驗(yàn)一、目的與要求 1、通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解圓管內(nèi)流體流動(dòng)情況，建立流型概念。 2、通過(guò)流量的測(cè)定、雷諾數(shù)的計(jì)算和圓管內(nèi)流線的特征，判斷流體的流動(dòng)型態(tài)，并測(cè)定臨界雷諾數(shù)。 3、測(cè)定流體在圓形直管中層流、湍流的速度分布圖。二、實(shí)驗(yàn)原理 流體作穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)，其流動(dòng)型態(tài)基本分為滯流（層流）、湍流兩種，這兩種流型的過(guò)渡狀態(tài)稱為過(guò)渡流。流體流動(dòng)的型態(tài)與流體的密度、粘度及流道的直徑有關(guān)。這可用雷諾準(zhǔn)數(shù)來(lái)判斷，一般為：Re2000為滯流 Re4000為湍流 2000Re4000為過(guò)渡流 三、實(shí)驗(yàn)主要儀器及主要技術(shù)數(shù)據(jù) 實(shí)驗(yàn)主要儀器：雷諾儀、秒表、量筒 實(shí)驗(yàn)主要數(shù)據(jù)：實(shí)驗(yàn)管道有效長(zhǎng)度 L=600mm 外徑 d =30mm 內(nèi)徑 di=26mm四、實(shí)驗(yàn)方法 1、準(zhǔn)備工作 （1）向墨水儲(chǔ)瓶中加入適量的用水稀釋過(guò)的墨水。 （2）調(diào)整墨水細(xì)管出口的位置，使它位于實(shí)驗(yàn)管道的中心線上。（3）輕輕打開墨水流量調(diào)節(jié)夾，使墨水從墨水咀流出，排出墨水管內(nèi)空氣，關(guān)閉調(diào)節(jié)夾。 2、雷諾實(shí)驗(yàn)過(guò)程 （1）關(guān)閉流量出口調(diào)節(jié)閥，打開儲(chǔ)水槽進(jìn)水閥，使自來(lái)水充滿水槽，并使槽內(nèi)溢流堰具有一定的溢流量。（2）輕輕打開管道出水閥門，使流體緩慢流過(guò)實(shí)驗(yàn)管道，排出管內(nèi)氣體。（3）調(diào)節(jié)儲(chǔ)水槽下部的出水閥開度，調(diào)節(jié)儲(chǔ)水槽液位，使其保持恒定。 （4）緩慢地適當(dāng)打開墨水流量調(diào)節(jié)夾，墨水自墨水咀流出，待墨線穩(wěn)定后，即可看出當(dāng)前水流量下實(shí)驗(yàn)管道中墨水的流線。根據(jù)流線判斷流型，并用秒表、量筒測(cè)定流體流量。 （5）適當(dāng)?shù)脑龃蠊艿莱鏊y開度，通過(guò)調(diào)節(jié)儲(chǔ)水槽下部的出水閥和進(jìn)水閥控制儲(chǔ)水槽液位，并維持一定的水槽溢流板溢流量。適當(dāng)調(diào)整墨水流量，使墨線清晰，穩(wěn)定后，測(cè)定較大流量下實(shí)驗(yàn)管內(nèi)的流動(dòng)狀況。如此反復(fù)，可測(cè)得一系列不同流量下的流型，并判斷臨界流型。 3、速度分布圖的測(cè)定 與上述雷諾數(shù)測(cè)定相似，通過(guò)流量調(diào)節(jié)及墨線線形的判斷，分別判定流型為層流、湍流時(shí)對(duì)應(yīng)的管道出水閥的開度范圍。首先使儲(chǔ)水槽液位恒定（此時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)儲(chǔ)水槽的進(jìn)口閥和出口閥使液位穩(wěn)定），瞬時(shí)開關(guān)墨水流量調(diào)節(jié)夾，在墨水咀出口處形成一個(gè)墨團(tuán)，觀察墨團(tuán)端面特征，打開管道出水閥（使出水閥開度在所測(cè)定流型的開度范圍），觀察墨團(tuán)端面隨流體流動(dòng)時(shí)的變化，記下管道末端墨團(tuán)端面的形態(tài)后，通過(guò)調(diào)節(jié)儲(chǔ)水槽的進(jìn)口閥和出口閥調(diào)節(jié)儲(chǔ)槽液位，使其恒定。測(cè)定流量，計(jì)算雷諾準(zhǔn)數(shù)，判斷流型，即可測(cè)得對(duì)應(yīng)流型的徑向速度分布圖。如此反復(fù)，通過(guò)調(diào)節(jié)管道出水閥開度，即可測(cè)得不同流型的速度分布圖。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及記錄1、實(shí)驗(yàn)用水： 溫度= 黏度= 密度=序號(hào)線型容積時(shí)間流量Re123456789101112 2、速度分布圖的測(cè)定 層流：Re= 流量： 速度圖： 湍流：Re= 流量： 速度圖： 六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 1、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：層流時(shí) Re 湍流時(shí) Re 臨界值 Re= 2、討論（1）臨界值與理論值有何出入，為什么？ （2）如因進(jìn)水、溢流、外界震動(dòng)等因素，使實(shí)驗(yàn)管中墨水流線偏離中心線或左右擺動(dòng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響嗎？如何消除？ 實(shí)驗(yàn)二 單相流體流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 學(xué)習(xí)了解直管摩擦阻力hf、直管摩擦阻力系數(shù)的測(cè)定方法。2、 掌握摩擦阻力系數(shù)與雷諾數(shù)Re之間的關(guān)系。3、 熟悉壓差的測(cè)定方法。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 測(cè)定不同的流體流型狀態(tài)下摩擦阻力系數(shù)與Re之間的關(guān)系。2、 在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制 Re的關(guān)系曲線。三、 實(shí)驗(yàn)原理直管的摩擦阻力是雷諾數(shù)和管壁相對(duì)粗糙度的函數(shù)，即=f（Re，/d），所以對(duì)一定的相對(duì)粗糙度而言（特定的直管）與Re才有一定的關(guān)系。但隨Re的變化規(guī)律與流體流型有關(guān)。流體以不同的流速在一定的長(zhǎng)度等直徑的水平圓型直管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，其管路阻力引起的能量損失為： （21）又因?yàn)槟Σ磷枇ο禂?shù)與阻力損失之間有如下關(guān)系（范寧公式） （22）整理（21）、（22）兩式得 （23）分析以上兩式，對(duì)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，直管的長(zhǎng)度L和管徑d是已知的，確定流體的溫度，則流體的和也是定值。調(diào)節(jié)一系列的流量，通過(guò)壓差測(cè)定，就可計(jì)算一系列的和Re，從而得出隨Re的變化關(guān)系。四、 實(shí)驗(yàn)主要儀器及主要技術(shù)數(shù)據(jù) 直管的長(zhǎng)度L=1.8m 管內(nèi)徑d=8.3mm.五、 實(shí)驗(yàn)方法1、接通電源，打開數(shù)字式差壓變送器開關(guān)，預(yù)熱15min后，檢察零點(diǎn)（方法：不帶電的狀態(tài)下檢察電流表的零點(diǎn)，稱為機(jī)械零點(diǎn)。帶電狀態(tài)下的零點(diǎn)是差壓變送器的零點(diǎn)，稱為電器零點(diǎn)）不為零時(shí)在老師的指導(dǎo)下調(diào)整。2、向儲(chǔ)水槽內(nèi)注水，到水滿為止。關(guān)閉水泵出口閥（即各流量計(jì)調(diào)節(jié)閥），開動(dòng)水泵，分別逐步打開大流量轉(zhuǎn)子流量計(jì)和小流量轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)口閥，可使流量各自達(dá)到最大時(shí)，排出流道和導(dǎo)壓管內(nèi)的空氣。此環(huán)節(jié)中，在逐步打開大流量計(jì)時(shí)，應(yīng)用夾子夾住U型壓差計(jì)的導(dǎo)壓管，待數(shù)字式壓差計(jì)和流道中氣體排出后，關(guān)閉大流量計(jì)進(jìn)口閥。將U型壓差計(jì)導(dǎo)壓管夾子去掉，適當(dāng)打開大流量計(jì)進(jìn)口閥。使流體在U型壓差計(jì)的導(dǎo)壓管內(nèi)流動(dòng)，關(guān)閉閥門，通過(guò)U型管頂部旋塞，排出U型壓差計(jì)管內(nèi)的空氣并調(diào)節(jié)壓差計(jì)兩側(cè)的液位，使其等高。3、確定流道和導(dǎo)壓管內(nèi)的氣體排完后，夾住U型壓差計(jì)的導(dǎo)壓管。4、逐步打開大流量計(jì)進(jìn)口閥，每對(duì)應(yīng)一定的流量值，待數(shù)字式壓差計(jì)的數(shù)值穩(wěn)定后，讀數(shù)（單位：KPa）。如此，可得一系列流量和P。5、待大流量計(jì)最大值測(cè)完后，可關(guān)閉其進(jìn)口閥。同時(shí)，打開U型壓差計(jì)導(dǎo)壓管夾子，調(diào)節(jié)U型管兩端的液位，使之平齊。打開小流量轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)口閥，依次測(cè)出不同流量對(duì)應(yīng)于U型管中的液柱差。6、測(cè)試中，為保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，每組數(shù)據(jù)應(yīng)重復(fù)測(cè)1-3次，且為整體重復(fù)。7、在數(shù)據(jù)測(cè)量完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，并切斷電源。注：水溫的測(cè)定應(yīng)在實(shí)驗(yàn)前后都測(cè)，取其平均值。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表水的溫度= 密度= 黏度= 物理量序號(hào)Q壓差（P） Rem3s-1 mmH2OKPa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14七、結(jié)果與分析1、畫出Re的曲線2、數(shù)據(jù)分析，結(jié)論。 八、思考題1、是-和-的函數(shù)。2、直管摩擦主力系數(shù)隨Re的變化規(guī)律因-不同而不同。3、本實(shí)驗(yàn)中用水為工作介質(zhì)，作出的Re 曲線，對(duì)其他流體是否適用？為什么？實(shí)驗(yàn)三 離心泵特性曲線測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)離心泵的操作方法。2、掌握離心泵特性曲線的測(cè)定方法及表示方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測(cè)定并繪制某一型號(hào)離心泵在一定的轉(zhuǎn)速下H-Q、N-Q、-Q的關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)原理離心泵是常見的液體輸送設(shè)備，離心泵的特性曲線因型號(hào)和轉(zhuǎn)速不同而異，一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，離心泵的特性曲線是確定泵的適宜操作條件和選泵的重要依據(jù)，具體的測(cè)定方法如下：1、H的測(cè)定：以離心泵入口和泵的出口間列出伯努利方程 (31)式中是泵的入口和出口之間管路內(nèi)流體流動(dòng)阻力，不包括泵本身的阻力，當(dāng)所選兩截面很近時(shí)，與式中其它項(xiàng)相比其值極小，可忽略。上式變?yōu)椋?(32)2、N的測(cè)定：功率表測(cè)得的功率為電動(dòng)機(jī)的輸入功率，由于泵與電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，傳動(dòng)規(guī)律為1，所以電動(dòng)機(jī)的輸出功率等于離心泵的軸功率。即：泵的軸功率N=電動(dòng)機(jī)的輸出功率電動(dòng)機(jī)的輸出功率=電動(dòng)機(jī)的輸入功率電動(dòng)機(jī)的效率 電動(dòng)機(jī)的輸入功率=功率表的讀數(shù)功率表的儀表常數(shù) 此儀表常數(shù)為1N=功率表的讀數(shù)電動(dòng)機(jī)的效率（kw）3、的測(cè)定： （33） （34）四、實(shí)驗(yàn)儀器及主要數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)儀器：離心式水泵 轉(zhuǎn)子流量計(jì) 真空計(jì) 壓力計(jì) 電功率表主要數(shù)據(jù)：功率表常數(shù)=1 電機(jī)效率=0.6 Z2-Z1=h0=0.22m d進(jìn)=0.041m(真空表處) d出=0.027m(壓強(qiáng)表處)五、實(shí)驗(yàn)方法和步驟1、檢查各儀表開關(guān)是否處于“關(guān)”位。2、向儲(chǔ)水槽內(nèi)注水，約到水箱的一半，淹沒(méi)底閥。3、打開泵的排氣嘴，如有水噴出，表明泵內(nèi)有水，無(wú)須灌泵。反之，由灌泵口灌泵，防止氣縛。4、接通電源，打開水泵開關(guān)，開始操作。5、打開流量調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)流量，從大到小或從小到大。在每一個(gè)流量下測(cè)定泵的進(jìn)出口壓強(qiáng)、功率表讀數(shù)，記下數(shù)據(jù)。依次測(cè)定10 - 15組數(shù)據(jù)。6、實(shí)驗(yàn)做完后，依次關(guān)閉功率表、壓力表開關(guān)、流量計(jì)閥門，最后關(guān)泵。注：水溫的測(cè)定最好取試驗(yàn)前后的平均值。六、數(shù)據(jù)表離心泵型號(hào) 泵轉(zhuǎn)速 水溫 項(xiàng)目序號(hào)流量計(jì)讀 數(shù)m3/h壓強(qiáng)表讀 數(shù)Pa真空表讀 數(shù)Pa功率表讀 數(shù)Kw流量m3/h揚(yáng)程m軸功率Kw效率 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12七、離心泵的特性曲線繪制八、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析九、思考題1、與所有N值相比，當(dāng)Q=0時(shí)，N值-。這告訴我們：-。2、Q曲線的主要特點(diǎn)是-。值-的點(diǎn)稱為-點(diǎn)。其對(duì)應(yīng)的Q=-，H=-，N=-。 3、一臺(tái)在正常進(jìn)行送水操作的水泵，實(shí)際送水量的大小決定于-。4、什么情況下，開泵前要先給泵灌水？為什么？什么情況下，開泵前不需給泵灌水？為什么？ 實(shí)驗(yàn)四 空氣蒸汽對(duì)流給熱系數(shù)測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解間壁式傳熱元件，掌握給熱系數(shù)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)方法。2、 掌握熱電阻測(cè)溫的方法，觀察水蒸氣在水平管外壁上的冷凝現(xiàn)象。3、 學(xué)會(huì)給熱系數(shù)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法，了解影響給熱系數(shù)的因素和強(qiáng)化傳熱的途徑。二、基本原理在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量情況下，冷、熱流體系通過(guò)固體壁面（傳熱元件）進(jìn)行熱量交換，稱為間壁式換熱。如右圖所示，間壁式傳熱過(guò)程由熱流體對(duì)固體壁面的對(duì)流傳熱，固體壁面的熱傳導(dǎo)和固體壁面對(duì)冷流體的對(duì)流傳熱所組成。達(dá)到傳熱穩(wěn)定時(shí)，有 （41） 式中：Q 傳熱量，J / s；m1 熱流體的質(zhì)量流率，kg / s； cp1 熱流體的比熱，J / (kg )；T1 熱流體的進(jìn)口溫度，； T2 熱流體的出口溫度，；m2 冷流體的質(zhì)量流率，kg / s； cp2 冷流體的比熱，J / (kg )；t1 冷流體的進(jìn)口溫度，； t2 冷流體的出口溫度，；a1 熱流體與固體壁面的對(duì)流傳熱系數(shù)，W / (m2 )；A1 熱流體側(cè)的對(duì)流傳熱面積，m2； 熱流體與固體壁面的對(duì)數(shù)平均溫差，；a2 冷流體與固體壁面的對(duì)流傳熱系數(shù)，W / (m2 )；A2 冷流體側(cè)的對(duì)流傳熱面積，m2； 固體壁面與冷流體的對(duì)數(shù)平均溫差，；K 以傳熱面積A為基準(zhǔn)的總給熱系數(shù)，W / (m2 )； 冷熱流體的對(duì)數(shù)平均溫差，；熱流體與固體壁面的對(duì)數(shù)平均溫差可由式（42）計(jì)算， （42）式中：TW1 熱流體進(jìn)口處熱流體側(cè)的壁面溫度，；TW2 熱流體出口處熱流體側(cè)的壁面溫度，。固體壁面與冷流體的對(duì)數(shù)平均溫差可由式（4-3）計(jì)算， （43）式中：tW1 冷流體進(jìn)口處冷流體側(cè)的壁面溫度，；tW2 冷流體出口處冷流體側(cè)的壁面溫度，。熱、冷流體間的對(duì)數(shù)平均溫差可由式（4- 4）計(jì)算， （44）當(dāng)在套管式間壁換熱器中，環(huán)隙通以水蒸氣，內(nèi)管管內(nèi)通以冷空氣或水進(jìn)行對(duì)流傳熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)時(shí)，則由式（41）得內(nèi)管內(nèi)壁面與冷空氣或水的對(duì)流傳熱系數(shù)， （45）實(shí)驗(yàn)中測(cè)定紫銅管的壁溫tw1、tw2；冷空氣或水的進(jìn)出口溫度t1、t2；實(shí)驗(yàn)用紫銅管的長(zhǎng)度l、內(nèi)徑d2，；和冷流體的質(zhì)量流量，即可計(jì)算a2。然而，直接測(cè)量固體壁面的溫度，尤其管內(nèi)壁的溫度，實(shí)驗(yàn)技術(shù)難度大，而且所測(cè)得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性差，帶來(lái)較大的實(shí)驗(yàn)誤差。因此，通過(guò)測(cè)量相對(duì)較易測(cè)定的冷熱流體溫度來(lái)間接推算流體與固體壁面間的對(duì)流給熱系數(shù)就成為人們廣泛采用的一種實(shí)驗(yàn)研究手段。由式（41）得， （46）實(shí)驗(yàn)測(cè)定、并查取下冷流體對(duì)應(yīng)的、換熱面積A，即可由上式計(jì)算得總給熱系數(shù)K。下面通過(guò)兩種方法來(lái)求對(duì)流給熱系數(shù)。1 近似法求算對(duì)流給熱系數(shù)以管內(nèi)壁面積為基準(zhǔn)的總給熱系數(shù)與對(duì)流給熱系數(shù)間的關(guān)系為， （47）式中：d1 換熱管外徑，m；d2 換熱管內(nèi)徑，m；dm 換熱管的對(duì)數(shù)平均直徑，m；b 換熱管的壁厚，m；l 換熱管材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W / (m )； 換熱管外側(cè)的污垢熱阻，； 換熱管內(nèi)側(cè)的污垢熱阻，。用本裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，管內(nèi)冷流體與管壁間的對(duì)流給熱系數(shù)約為幾十到幾百；而管外為蒸汽冷凝，冷凝給熱系數(shù)可達(dá)左右，因此冷凝傳熱熱阻可忽略，同時(shí)蒸汽冷凝較為清潔，因此換熱管外側(cè)的污垢熱阻也可忽略。實(shí)驗(yàn)中的傳熱元件材料采用紫銅，導(dǎo)熱系數(shù)為383.8，壁厚為2.5mm，因此換熱管壁的導(dǎo)熱熱阻可忽略。若換熱管內(nèi)側(cè)的污垢熱阻也忽略不計(jì)，則由式（47）得， （48） 由此可見，被忽略的傳熱熱阻與冷流體側(cè)對(duì)流傳熱熱阻相比越小，此法所得的準(zhǔn)確性就越高。2 傳熱準(zhǔn)數(shù)式求算對(duì)流給熱系數(shù)對(duì)于流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流對(duì)流傳熱時(shí)，若符合如下范圍內(nèi)：Re=1.01041.2105,Pr0.7120，管長(zhǎng)與管內(nèi)徑之比l/d60, 則傳熱準(zhǔn)數(shù)經(jīng)驗(yàn)式為， （49）式中：Nu努塞爾數(shù)，無(wú)因次；Re雷諾數(shù)，無(wú)因次；Pr普蘭特?cái)?shù)，無(wú)因次；當(dāng)流體被加熱時(shí)n0.4，流體被冷卻時(shí)n0.3；a 流體與固體壁面的對(duì)流傳熱系數(shù)，W / (m2 )；d 換熱管內(nèi)徑，m；l 流體的導(dǎo)熱系數(shù)，W / (m )；u 流體在管內(nèi)流動(dòng)的平均速度，m / s；r 流體的密度，kg / m3；m 流體的粘度，Pa s；cp 流體的比熱，J / (kg )。對(duì)于水或空氣在管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流被加熱時(shí)，可將式（49）改寫為， （410）令， （411） （412） （413） （414）則式（47）可寫為， （415） 當(dāng)測(cè)定管內(nèi)不同流量下的對(duì)流給熱系數(shù)時(shí)，由式（414）計(jì)算所得的C值為一常數(shù)。管內(nèi)徑d2一定時(shí)，m也為常數(shù)。因此，實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)定不同流量所對(duì)應(yīng)的，由式（44）、（46）、（412）、（413）求取一系列X、Y值，再在XY圖上作圖或?qū)⑺玫腦、Y值回歸成一直線，該直線的斜率即為m。任一冷流體流量下的給熱系數(shù)a2可用下式求得， (416)3 冷流體質(zhì)量流量的測(cè)定（1）若用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)定冷空氣的流量，還須用下式換算得到實(shí)際的流量， (417)式中： V 實(shí)際被測(cè)流體的體積流量，m3 / s； 實(shí)際被測(cè)流體的密度，kg / m3；均可取下對(duì)應(yīng)水或空氣的密度，見冷流體物性與溫度的關(guān)系式；V 標(biāo)定用流體的體積流量，m3/s； 標(biāo)定用流體的密度，kg / m3；對(duì)水1000 kg / m3；對(duì)空氣1.205 kg / m3；f 轉(zhuǎn)子材料密度，單位kg / m3。于是 (418)（2）若用孔板流量計(jì)測(cè)冷流體的流量，則， (419)式中，V 為冷流體進(jìn)口處流量計(jì)讀數(shù)，為冷流體進(jìn)口溫度下對(duì)應(yīng)的密度。4 冷流體物性與溫度的關(guān)系式在0100之間，冷流體的物性與溫度的關(guān)系有如下擬合公式。（1）空氣的密度與溫度的關(guān)系式：（2）空氣的比熱與溫度的關(guān)系式：60以下 J / (kg ), 70以上 J / (kg )。（3）空氣的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系式： （4）空氣的黏度與溫度的關(guān)系式：三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程1實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置如圖4-1所示1旋渦式氣泵；2排氣閥；3孔板流量計(jì)；4冷流體進(jìn)氣閥；5冷流體進(jìn)口溫度；6冷流體出口溫度； 7冷流體進(jìn)口側(cè)蒸汽溫度； 8冷流體出口側(cè)蒸汽溫度； 9冷凝水出口閥； 10壓力表；11蒸汽進(jìn)口閥； 12冷凝水排水口；13紫銅管；14蒸汽進(jìn)口；15冷流體出口；16換熱器；17電氣控制箱圖4-1 空氣-水蒸氣換熱流程圖來(lái)自蒸汽發(fā)生器的水蒸氣進(jìn)入不銹鋼套管換熱器環(huán)隙，與來(lái)自風(fēng)機(jī)的空氣在套管換熱器內(nèi)進(jìn)行熱交換，冷凝水經(jīng)疏水器排入地溝。冷空氣經(jīng)孔板流量計(jì)或轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)入套管換熱器內(nèi)管（紫銅管），熱交換后排出裝置外。2設(shè)備與儀表規(guī)格（1）紫銅管規(guī)格：直徑212.5mm，長(zhǎng)度L=1000mm（2）外套不銹鋼管規(guī)格：直徑1005mm，長(zhǎng)度L=1000mm（4）鉑熱電阻及無(wú)紙記錄儀溫度顯示（5）全自動(dòng)蒸汽發(fā)生器及蒸汽壓力表四、實(shí)驗(yàn)步驟與注意事項(xiàng)（一）實(shí)驗(yàn)步驟1、 打開控制面板上的總電源開關(guān)，打開儀表電源開關(guān)，使儀表通電預(yù)熱，觀察儀表顯示是否正常。2、 在蒸汽發(fā)生器中灌裝清水至水箱的球體中部，開啟發(fā)生器電源，使水處于加熱狀態(tài)。到達(dá)符合條件的蒸汽壓力后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)處于保溫狀態(tài)。3、 打開控制面板上的風(fēng)機(jī)電源開關(guān)，讓風(fēng)機(jī)工作，同時(shí)打開冷流體進(jìn)口閥，讓套管換熱器里充有一定量的空氣。4、 打開冷凝水出口閥，排出上次實(shí)驗(yàn)余留的冷凝水，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也保持一定開度。注意開度適中，開度太大會(huì)使換熱器中的蒸汽跑掉，開度太小會(huì)使換熱不銹鋼管里的蒸汽壓力過(guò)大而導(dǎo)致不銹鋼管炸裂。5、 在通水蒸汽前，也應(yīng)將蒸汽發(fā)生器到實(shí)驗(yàn)裝置之間管道中的冷凝水排除，否則夾帶冷凝水的蒸汽會(huì)損壞壓力表及壓力變送器。具體排除冷凝水的方法是：關(guān)閉蒸汽進(jìn)口閥門，打開裝置下面的排冷凝水閥門，讓蒸汽壓力把管道中的冷凝水帶走，當(dāng)聽到蒸汽響時(shí)關(guān)閉冷凝水排除閥，方可進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。6、 開始通入蒸汽時(shí)，要仔細(xì)調(diào)節(jié)蒸汽閥的開度，讓蒸汽徐徐流入換熱器中，逐漸充滿系統(tǒng)中，使系統(tǒng)由“冷態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁釕B(tài)”，不得少于10分鐘，防止不銹鋼管換熱器因突然受熱、受壓而爆裂。7、 上述準(zhǔn)備工作結(jié)束，系統(tǒng)也處于“熱態(tài)”后，調(diào)節(jié)蒸汽進(jìn)口閥，使蒸汽進(jìn)口壓力維持在0. 01MPa，可通過(guò)調(diào)節(jié)蒸汽發(fā)生器出口閥及蒸汽進(jìn)口閥開度來(lái)實(shí)現(xiàn)。8、 自動(dòng)調(diào)節(jié)冷空氣進(jìn)口流量時(shí)，可通過(guò)儀表調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率來(lái)改變冷流體的流量到一定值，在每個(gè)流量條件下，均須待熱交換過(guò)程穩(wěn)定后方可記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)值，一般每個(gè)流量下至少應(yīng)使熱交換過(guò)程保持15分鐘方為視為穩(wěn)定；改變流量，記錄不同流量下的實(shí)驗(yàn)數(shù)值。9、 記錄68組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可結(jié)束實(shí)驗(yàn)。先關(guān)閉蒸汽發(fā)生器，關(guān)閉蒸汽進(jìn)口閥，關(guān)閉儀表電源，待系統(tǒng)逐漸冷卻后關(guān)閉風(fēng)機(jī)電源，待冷凝水流盡，關(guān)閉冷凝水出口閥，關(guān)閉總電源。10、 打開實(shí)驗(yàn)軟件，輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行后續(xù)處理。 （二）注意事項(xiàng)1、 先打開排冷凝水的閥1，注意只開一定的開度，開的太大會(huì)使換熱器里的蒸汽跑掉，開的太小會(huì)使換熱不銹鋼管里的蒸汽壓力增大而使不銹鋼管炸裂。2、 一定要在套管換熱器內(nèi)管輸以一定量的空氣后，方可開啟蒸汽閥門，且必須在排除蒸汽管線上原先積存的凝結(jié)水后，方可把蒸汽通入套管換熱器中。3、 剛開始通入蒸汽時(shí)，要仔細(xì)調(diào)節(jié)蒸汽進(jìn)口閥的開度，讓蒸汽徐徐流入換熱器中，逐漸加熱，由“冷態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁釕B(tài)”，不得少于10分鐘，以防止不銹鋼管因突然受熱、受壓而爆裂。 4、 操作過(guò)程中，蒸汽壓力一般控制在0.02MPa（表壓）以下，否則可能造成不銹鋼管爆裂和填料損壞。5、 確定各參數(shù)時(shí)，必須是在穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下，隨時(shí)注意蒸汽量的調(diào)節(jié)和壓力表讀數(shù)的調(diào)整。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1 打開數(shù)據(jù)處理軟件，在教師界面左上“設(shè)置”的下拉菜單中輸入裝置參數(shù)管長(zhǎng)、管內(nèi)徑以及轉(zhuǎn)子流量計(jì)的轉(zhuǎn)子密度。（在本套裝置中，管長(zhǎng)為1m，管內(nèi)徑為16mm，轉(zhuǎn)子流量計(jì)的轉(zhuǎn)子密度為f ）。2 數(shù)字型裝置可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)直接倒入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)軟件，可以表格形式得到本實(shí)驗(yàn)所要的最終處理結(jié)果，點(diǎn)“顯示曲線”，則可得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線對(duì)比圖和擬合公式。3. 數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤，或明顯不符合實(shí)驗(yàn)情況，程序會(huì)有警告對(duì)話框跳出。每次修改數(shù)據(jù)后，都應(yīng)點(diǎn)擊“保存數(shù)據(jù)”，再按2步中次序，點(diǎn)擊“顯示結(jié)果”和“顯示曲線”。4. 記錄軟件處理結(jié)果，并可作為手算處理的對(duì)照。結(jié)束，點(diǎn)“退出程序”。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、冷流體給熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)值與理論值列表比較，計(jì)算各點(diǎn)誤差，并分析討論。2、冷流體給熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)式：，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖擬合曲線方程，確定式中常數(shù)A及m。3、以為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，將兩種方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的結(jié)果標(biāo)繪在圖上，并與教材中的經(jīng)驗(yàn)式比較。七、思考題1、實(shí)驗(yàn)中冷流體和蒸汽的流向，對(duì)傳熱效果有何影響?2、在計(jì)算空氣質(zhì)量流量時(shí)所用到的密度值與求雷諾數(shù)時(shí)的密度值是否一致？它們分別表示什么位置的密度，應(yīng)在什么條件下進(jìn)行計(jì)算。3、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，冷凝水不及時(shí)排走，會(huì)產(chǎn)生什么影響？如何及時(shí)排走冷凝水？如果采用不同壓強(qiáng)的蒸汽進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)關(guān)聯(lián)式有何影響？實(shí)驗(yàn)五 填料塔流體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解填料吸收塔的構(gòu)造。2 測(cè)定填料塔的流體力學(xué)性能。二、主要儀器及技術(shù)數(shù)據(jù)3 儀器：吸收塔，流量計(jì)，壓差計(jì)，溫度計(jì)。4 技術(shù)數(shù)據(jù)：Z=0.4m， D內(nèi)=0.075 拉西環(huán)：10x10x1.5mm =440m2/m3三、實(shí)驗(yàn)原理填料的作用是增大氣液兩相的接觸面積，氣液兩相在塔內(nèi)逆向流動(dòng)。因阻力損失，氣流保持一定的流速，沿程必產(chǎn)生一定的壓降。干塔時(shí)，可測(cè)得P/Z -uu=G/F之間的關(guān)系并在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪圖，可得一直線，斜率為1.8-2。當(dāng)塔內(nèi)有一定的噴淋量時(shí)，可測(cè)得P/Z -u 之關(guān)系并在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪圖,得三條相交的直線。其拐點(diǎn)分別為載點(diǎn)和泛點(diǎn)。對(duì)應(yīng)的氣速為載點(diǎn)和泛點(diǎn)氣速，液泛氣速在塔的設(shè)計(jì)和操作中起重要作用。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)量干填料塔時(shí)（P/Z）u關(guān)系曲線；2、測(cè)量某噴淋量下（P/Z）u關(guān)系曲線；五、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1、測(cè)量干填料層（P/Z）- u關(guān)系曲線。先全開放空閥，后啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，用放空閥調(diào)節(jié)空氣進(jìn)塔流量。按空氣流量從小到大讀取填料層壓降，在每一流量下，測(cè)定當(dāng)時(shí)空氣溫度，后在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙以空塔氣速u為橫坐標(biāo)，以單位高度的壓降P/Z為縱坐標(biāo)，描繪干填料層的P/Z- u關(guān)系曲線。2、測(cè)量某噴淋量下（P/Z）- u關(guān)系曲線。調(diào)節(jié)水轉(zhuǎn)子流量計(jì)出口閥，使其指示值為40 L/hr，用“（1）”相同的方法讀取填料層壓降P、空氣流量、空氣溫度，并觀查塔內(nèi)的操作現(xiàn)象，如看到液泛現(xiàn)象時(shí)記下對(duì)應(yīng)的空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)。在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪出液體噴淋量為40L/hr下的P/Z- u關(guān)系曲線 ，確定液泛氣速并與觀察的液泛氣速相比較。3、流量計(jì)校正。由風(fēng)機(jī)輸送的空氣，因風(fēng)機(jī)作功，溫度上升，不等于流量計(jì)的標(biāo)示溫度20，為此必須進(jìn)行流量校正。校正方法為： (51)式中：1為轉(zhuǎn)子流量計(jì)標(biāo)刻溫度所對(duì)應(yīng)的空氣密度，2為實(shí)驗(yàn)時(shí)轉(zhuǎn)子流量計(jì)上方溫度計(jì)測(cè)量值所對(duì)應(yīng)的空氣密度。注：空氣流量調(diào)節(jié)時(shí)，因流量調(diào)節(jié)為旁路調(diào)節(jié)，在風(fēng)機(jī)打開前，一定使旁路調(diào)節(jié)閥處于全開位置，否則，打開風(fēng)機(jī)后，流入轉(zhuǎn)子流量計(jì)中的風(fēng)量過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子驟升打碎玻璃刻度管，且有可能傷及他人。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果1、 干填料時(shí)P/Z-u關(guān)系測(cè)定 表12、噴淋量為40L/h時(shí)，P/Z-u關(guān)系測(cè)定：表1 干塔時(shí)P/Z-u關(guān)系序 號(hào)填料層壓強(qiáng)降（mmH2O）單位高度填料層壓降（mmH2O/m）空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù) m3/h 空氣流量計(jì)處空氣溫度（）對(duì)應(yīng)空氣流量（m3/h）空塔氣速（m/s）123456表2 濕填料時(shí)P/Zu關(guān)系測(cè)定 L=40 Z=0.4m 塔徑D=0.075m序號(hào)填料層壓強(qiáng)降（mmH2O）單位高度填料層壓降（mmH2O/m）空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù) （m3/h）空氣流量計(jì)處空氣溫度（）對(duì)應(yīng)空氣流量（m3/h）空塔氣速（m/s）塔內(nèi)操做現(xiàn)象123456789101112131415七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析八、思考題 1、填料的類型 、 、 。 2、從P/Z-u關(guān)系曲線中確定出液泛氣速與實(shí)際觀測(cè)的結(jié)果是否符和？實(shí)驗(yàn)六 填料塔部分回流精餾實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?、了解掌握填料式精餾塔的構(gòu)造和操作原理。2、測(cè)定部分回流時(shí)連續(xù)精餾的理論塔板數(shù)及回收率。 二、實(shí)驗(yàn)原理 1、部分回流時(shí)理論塔板數(shù)的求法及總回收率的測(cè)定、計(jì)算（泡點(diǎn)進(jìn)料狀態(tài)）(1) 圖解法求算： 精餾段操作線方程式 提餾段操作線方程式（泡點(diǎn)進(jìn)料, q=1） 相平衡方程式：圖解時(shí)，D 和W 為實(shí)驗(yàn)測(cè)定值,則根據(jù)塔頂組成、進(jìn)料組成及塔釜組成對(duì)應(yīng)與相平衡數(shù)據(jù)表求其相對(duì)揮發(fā)度，再求其幾何平均值即可。(2)逐板計(jì)算法： 精餾段：以相平衡方程式：操作線方程式：為依據(jù)交替計(jì)算， 當(dāng)kf時(shí)，板k上為加料板，所得精餾段理論塔板數(shù)。此后，即為提餾段。 提餾段（泡點(diǎn)進(jìn)料）：以相平衡方程式： 操作線方程式：為依據(jù)交替計(jì)算，至mw所得提餾段理論塔板數(shù)。 如冷液進(jìn)料，精餾段操作線方程相同。而提餾段操作線方程為： T泡點(diǎn)溫度 t料液實(shí)際溫度理論板數(shù)的計(jì)算方法同上述一樣。3、有機(jī)物的濃度采用阿貝折射儀測(cè)其折光指數(shù)來(lái)確定。因有機(jī)混合物的折光指數(shù)具有加和性，為此，只要測(cè)出純品和混合物的折光指數(shù)，就可以算出混合物的組成含量（摩爾分率）。4、回收率： 三、實(shí)驗(yàn)儀器與主要技術(shù)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)主要儀器: 普通填料塔精餾裝置 阿貝折射儀實(shí)驗(yàn)技術(shù)數(shù)據(jù): 填料層高度 (Z)：1.4m 填料：2x2mm（不銹鋼，網(wǎng)環(huán)）實(shí)驗(yàn)用料：乙醇正丁醇相平衡數(shù)據(jù)： 常壓下乙醇正丁醇平衡數(shù)據(jù)如下表，相圖見上個(gè)實(shí)驗(yàn)。x00.1260.1880.2100.3580.4610.5640.6000.6630.8441.0y00.2200.3180.3490.5500.6500.7310.7600.7990.9141.0四、實(shí)驗(yàn)方法1、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作先將阿貝折射儀置于白熾燈下。將測(cè)量棱鏡和輔助棱鏡上保溫夾套的水進(jìn)出口與超級(jí)恒溫水浴之間的橡皮管連接好，然后將恒溫水浴的溫度自控裝置調(diào)節(jié)到所需測(cè)量的溫度（如25+0.1）。待水浴穩(wěn)定10min后即可開始測(cè)量。（測(cè)量方法見附頁(yè)）。2、部分回流操作（1）先打開自來(lái)水閥門，使塔頂冷凝器通入循環(huán)冷卻水。將已配好的料液裝入高位槽中，打開料液流量調(diào)節(jié)閥，使料液流進(jìn)原料液預(yù)熱器，啟動(dòng)裝置電源總開關(guān)，打開預(yù)熱開關(guān)，控制電流為0.15A，同時(shí)，在塔釜中預(yù)加入約100mL原料混合液，打開塔釜加熱電源開關(guān)，控制電流為0.50A，打開測(cè)溫開關(guān)，選擇測(cè)溫按鈕（1為塔頂蒸汽，2位原料液，3位塔釜液）選擇測(cè)溫對(duì)象。（2）待塔釜液沸騰后15min，打開塔身保溫系統(tǒng)電源開關(guān)，調(diào)節(jié)控溫旋鈕使上、下保溫電流均為0.20A。待塔頂有冷凝液滴下時(shí)，如料液預(yù)熱器中的料液沸騰，打開料液進(jìn)口閥，通過(guò)流量計(jì)控制進(jìn)料量F=3-4mL/min（在塔身某處）。同時(shí)，打開回流比控制開關(guān)，控制回流比R=4。對(duì)塔釜三口瓶，通過(guò)引出口引出釜液，且控制其流量（流量必小于進(jìn)料量），并計(jì)量，（計(jì)量方式采用量筒和秒表，測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)的流量）。（3）待塔頂冷凝液有出液時(shí)，進(jìn)行計(jì)量，計(jì)量方法同塔釜一樣。（4）通過(guò)測(cè)溫選擇按鈕選擇測(cè)溫點(diǎn)，待塔頂、塔釜液溫度恒定并保持10min（或塔釜壓差計(jì)讀數(shù)恒定），可分別從塔頂、塔釜取樣，用阿貝折射儀測(cè)定塔頂、塔釜液組成，記錄折光之?dāng)?shù)值，同時(shí)，記錄操作條件參數(shù)。（5）測(cè)定及記錄結(jié)束后，停止進(jìn)料，關(guān)閉回流比開關(guān)，調(diào)節(jié)預(yù)熱、塔釜加熱和保溫電流為零，再關(guān)閉各自的電源開關(guān)，