化工技術基礎試驗指導書

緒論

化工原理是化工類專業的一門技術基礎課程。該課程具有理論性強和實踐性強的雙重特

點。化工技術基礎試驗是該課程H勺重要實踐教學內容。

一、化工技術基礎試驗口勺教學目的

1、鞏固和深化理論知識

化工原理課程中所講授的工程概念、工程理論和技術措施等，需要通過實踐環節加深理

解。通過該試驗，學生可對于化工原理課程中各單元操作日勺基本原理、公式中多種參數的來

源及公式的使用范圍會有更完整而深刻日勺認識。

2、培養學生從事試驗研究的能力

高等理工科院校H勺學生，作為此后的科技工作者，必須具有一定H勺通過試驗進行科技開

發研究的能力，科技試驗能力是基本而重要的。基本的試驗能力重要包括：（I）為了完畢某

一研究課題，選擇試驗措施并設計試驗方案口勺能力：（2）進行試驗時，觀測現象、測取記錄

數據和分析試驗現象H勺能力：對I內選擇和使用測量儀表的能力：（3）運用試驗的原始數據進

行數據處理以獲得試驗成果的能力；（4）運用文字體現R寫技術匯報的能力。這些能力是進

行科學研究的基礎，學生只有通過一定數量的基礎試驗與綜合試驗的訓練，才能學會和掌握

基本RJ試驗能力。

3、培養學生嚴謹口勺科學態度

從試驗操作、現象觀測到數據處理等各個環節都要及時、精確,不容必毫4虎-假如粗

心大意，敷衍了事，輕則試驗數據檢測不準，得不出什么研究結論，重:則會導致設備或人身

事故。

總之，試驗環節對于學生能力H勺培養是不容忽視W'J,對于學生操作技能和觀測分析問題

能力的訓練是I弓本無法替代的。對于化工類專業的學生來說，化工技術基礎試驗雖僅是工程

實踐學習的開始，但其為后續工程專業課程的學習奠定了重要H勺基礎。

二、化工技術基礎試驗的規定

對于學生來說化工技術基礎試驗是第一次用工程裝置進行式驗，學生往往感到陌生，無

從下手。由于試驗過程中的操作和檢測數據較多，故工程試驗一般均是分小組進行日勺，這樣

同步培養學生既分工，又合作的協調能力。不過，每個學生都要有責任感、主管意識和配合

意識，絕對不要有依賴心理。規定每個學生必須認真做好如下幾方而：

1、試驗前的準備

學生試驗前必須認真的預習試驗指導書，清晰口勺理解試驗目的、規定、原理及試驗操作

環節，對于試驗所波及到的測量儀表也要預習它們的使用措施。有計算機輔助教學手段時，

讓學生進行計算機仿真練習，熟悉試驗裝置、流程、各操作環節和注意事項。有條件的話還

要進行試驗現場觀測理解。學生們在預習和仿真練習的基礎上寫出試驗預習匯報。預習匯報

的內容弟要包括試驗日的、原理、裝置流程示意圖、各操作環節和注意事項。經試驗指導教

師檢有提問后方可進行試驗。

2、試驗中的操作

試驗操作是動手動腦的重要過程，學生一定要嚴格按照試喊操作規程（環節）進行，一

點的誤操作均有也許引起試驗設備的不正常。對于要測取口勺各項目，要估計好測量點口勺范圍

及測點數目.要合理布點c調試時規定細心,操作平穩.對于試驗過程中的現象、儀表讀數

要隨時仔細觀測，并且保持在預定值上。測取的試驗數據要記錄在表格內，并注明單位。記

錄好試驗環境條件的I數據。試驗現象要盡量詳細記錄在記錄本內，絕對不應記在隨便取來時

零碎紙上，有些當時不能理解的試驗現象，反復進行一遍仍然如此，需如實記錄下來，待試

驗結束通過思索后，提出自己的見解和結論。學生在試驗操作中培養自己嚴謹的科學作風,

實事求是的科學精神。

3、試驗成果的總結

任何試驗均是以獲得成果為目的的。試驗成果是通過科學地處理試驗數據，分析總結所

得研究規律，書寫試驗匯報，遑交出書面試驗匯報，以這種技術文獻的形成來體現試驗研究

成果嘰

書寫試驗匯報是學生用文字、表格、曲線等方式體現技術資料的一種基本而重要日勺訓練,

應對完畢試驗匯報的過程有足夠的重視，學生應提前瀏覽某些科技研究匯報或科技研究論

文。

試驗匯報應包括如下內容：試驗目H勺、原理、裝置流程圖、操作環節，操作注意事項。

原始數據登記表、數據處理過程中數據表、數據處理成果數據表。反應研究規律的曲線圖（或

表）。研究規律分析討論，研究結論。以1-2個試驗點為例，體現根據試驗原始數據進行數

據處理的各個計算環節的原理和詳細計算過程。有時還要回答所規定的試驗思索題。

試驗匯報必須書寫工整，內容層次清晰，語言暢通，圖形繪制清晰整潔。試驗匯報是評

價試驗效果的重要根據。

流動型態為層流：Re>4000時。流動為湍流：2023VRe<4000時，流動為過渡流。

三、試驗裝置與試驗環節

試驗裝置如圖1所示。重要由玻璃試驗導管10、

低位貯水槽3、循環水泵2、高位水槽7和轉子流

量計6等部分構成。

1、打開泵入口閥12,關閉流量計調整閥4和排污

閥11,將自來水充斥低位貯水槽3后啟動循環水

泵。

2、打開泵入口閥12,將高位7K槽7充斥水至溢流

管5中有水流出。

3、打開流量計調整閥4,水由高位水槽7經試驗

導管10、轉子流量計6流回低位貯水槽3。水流量的大小，由沆量計調整閥4調整。泵的入

口閥12控制溢流管5口勺溢流量。

4、示蹤劑采用紅色墨水，它由紅墨水貯瓶8,經連接軟管和紅墨水噴針9注入試驗導管。

紅墨水噴針9出口位于試驗導管入口的軸線部位。

5、先少許啟動流量計調整閥4,使水緩慢流過玻璃試驗導管10,這時可以觀測到玻璃試驗

導管10中的紅色直線，闡明水流動為層流。逐

圖1宙諾演示試驗

漸開大流量計調整閥4,當玻璃試驗導管10中

■可移動框架2-循環水泵3-低位貯水槽

紂黑水剛展現波動時闡明己進入過渡區.仔細調

”流量計調整閥5-溢流管6-轉子流量計

整紅墨水貯瓶連接軟管上的自由夾開度，使紅墨

7-高位水槽8-紅墨水貯瓶9-紅墨水噴針

水口勺注入流速與試驗導管中主體流體的流速相

10-玻璃試驗導管11-排污閥12-泵入口閥

適應，一般略低于主體流體的流速為宜。記錄當層流剛結束時水的流量和溫度。

6、緩慢加大流量計調整閥4的開度，使水流量平穩地增大，玻前導管10內的流速也隨之平

穩地增大。同步，對應地合適調整泵入口閥12日勺開度，以保持溢流管5中仍有一定溢流量，

保證試驗導管10內的流體?直為穩定流動。可觀測到：試驗導管軸線上呈直線流動的紅色

細流，開始發生波動。伴隨流速口勺增大，紅色細流口勺波動程度也隨之增大，最終斷裂成一段

段的紅色細流。當流速繼續增大時，紅墨水進入試驗導管后，立即呈煙雪狀分散在整個導管

內，進而迅速與主體水流混為一體，將整個管內水染為紅色，以致無法辨別紅墨水的流線，

此時流動為湍流。仔細調整流量計調整閥4和紅墨水貯瓶連接軟管上的自由夾開度，使紅墨

水的注入流速與試驗導管中主體流體的流速相適應，一般略低了主體流體H勺流速為宜。記錄

當湍流剛開始時水的流量和溫度。

四、試驗成果及討論

玻璃試驗導管d=26.4mmo

項目水溫，℃水粘度，Pas水密度，kg/m3流量雷諾數Re

臨界層流

臨界湍流

1、寫出層流和湍流時臨界雷諾數的計算。

2、解釋轉了?流量計的測量原理。

3、解釋辨別層流與湍流對管路計算有什么實際意義。

4、為何設置高位水槽，而不是直接將泵日勺出口管與轉子流量計相連？

5、為何啟動泵后再打開泵入口閥？

流體流動過程能量轉換(柏努利)

一、試驗目的

1、加深對流體流動過程能量轉化及柏努利方程式的理解；

2、觀測不一樣高度和截面枳處玻璃管中水位的變化，流體動能、位能及靜壓能的變化，學

會分析流體動能、位能、靜壓能及摩擦阻力損失的轉化。

二、試驗原理

對于不可壓縮流體，在管路內作穩定流動，系統與環境無外加功互換時，若以單位質量

流體為衡算基準，其關系可由流動過程中能量衡和方程即柏努利方程來描述，即

Z|g+a++=Z2g+^+*+Z/J/kg(1)

P2P2

式中：zg單位質量流體具有的位能，J/kg：

ir/2—單位質量流體具有的動能，J/kg：

plp----單位質量流體具有的壓強能，J/kg；

Z勺一一單位質量流體在流動過程中口勺摩擦損失，J/kg

若以單位重量流體為衡算基準時，則可表達為

+—=z+

zI1+pg2g2%2g+V乙//'.m(2)

式中：z一單位型量流體具有H勺位能即位壓頭，m；

p/pg—單位重量流體具有H勺靜壓能即靜壓頭，m：

ir/2g一單位重量流體具有的動能即動壓頭，m；

一單位重量流體流過系統的能量損失即損失壓頭，m。

由于導管直徑和高度發生變化，以及流動過程中的摩擦阻力損失，導致管內流速變化和

壓強變化，可由各玻璃管中水柱高度指示出來。

a-b、c-d、i-i三對垂直測壓管，其中一根液面高度是所在截面的靜壓頭，另一根液面高

度是所在截面的沖壓頭，沖壓頭即所在截面處口勺動壓頭與靜壓頭之和。

根據g-h這對測壓管的液面高度，可以計算45°彎頭的局部阻力系數

三、試驗裝置

如圖1-1所示，本試驗裝置重要由試驗導管6、穩壓溢流水槽5和多對測壓管所構成。

試驗導管為一裝置的變徑圓管，沿程設置多根豎直測壓玻璃管。每處測壓管有一對并列的測

壓管構成。

水由離心泵從低位貯水槽1輸送至穩壓溢流水槽4,后流過試驗導管7,試驗導管由內

徑分別為19mm、42mm、收縮管和19mm的玻璃管構成，最終經轉子流量計9后流回低位

貯水槽。試驗導管中水流量由導管流量調整閥8調整，流量從轉子流量計9測定。

7

5

圖l-l柏努利試驗裝置流程圖

1一低位貯水槽2—泵入口閥3—泵出口閥4-穩壓溢流水槽

5—溢流管6-放水閥7—試驗導管8—導管流量調整閥9—轉子流量計

四、試驗環節

1、試驗前，先將水充斥低位貯水槽1，打開泵入口閥2和放水閥6,讓泵內充斥水。關閉

泵出口閥3和放水閥6,啟動泵。

2、關閉導管流量調整閥8,打開泵出口閥3,讓泵將穩壓溢流水槽4中充斥水，至溢流管5

中有水流出。如下操作中一直保持溢流管5中有細小水流流出，流量由泵出口閥3調整。

3、將導管流量調整閥8打開，讓水流過試驗導管7后返回低位貯水槽1,將管路中口勺空氣

排凈。

4、關閉導管流量調整閥8,觀測各垂直玻璃管中H勺水面與穩壓溢流水槽4中的水面與否在

同一高度。

5、調整導管流量調整閥8,讓水的流量增大至轉子流量計9量程的中間附近，各垂直玻璃

管中水面高度隨之變化，觀測記錄各垂直玻璃管中口勺水柱高度。可觀測到：各對測壓管中水

柱高度差伴隨流體流量的增大而增大，同步各測壓玻璃管中水面高度比水靜止時減少。闡明

當流量加大時，流體流過導管各截面上的流速也隨之加大，動壓頭增大，這就需要更多的靜

壓頭轉化為動壓頭，體現為各對測壓管的水柱高度差加大。同歲，各對測壓管中水柱高度則

隨流體流量增大而下降。這闡明流體在流動過程中，能量損失隨流體流速增大而增大。

6、調整導管流量調整閥8,讓水的流量增大至轉了?流量計9量程最大值附近，各垂直玻璃

管中水面高度隨之減少，觀測記錄各垂直玻璃管中的水柱高度。

五、試驗成果

右側試驗導管軸線比左側試驗導管軸線高m0

流量abcdefghj

L/minmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm

根據a-b、c-d、i-j三對垂直測壓管中液面高度，計算所在截面處的流速，與通過轉子流

量計所測流量計算的流速比較，分析其偏差產生的原因。

根據g-h這對測壓管H勺液面高度，計算45°彎頭的局部阻力系數C。

六、思索題

1、為何隨流量增大，垂R玻璃管中液面高度下降？

2、為何隨流量增大，各對垂直玻璃管中液面口勺高度差增大？

3、當流量增大時，水流過45°彎頭的局部阻力系數C與否變化，試解釋其原因。

4、為何試驗過程中應保持溢流管中有水流動？

5、為何啟動泵前要關閉泵出口閥3和放水閥6后再啟動泵？

流體流動阻力測定

一、試驗目的

1.掌握流體流經直管和管閥件時阻力損失的測定措施，通過試驗掌握流體流動中能量

損失H勺變化規律。

2.測定直管摩擦系數、與雷諾準數Re的關系，將數據處理所得H勺人-Re關系式與已經

有的經驗公式進行比較。

3.測定流體流經閘閥等管件時的局部阻力系數，。

4.學會壓差計和流量計的使用措施。

5.觀測構成管路I內多種管件、閥件，并理解其作用。

二、基本原理

流體在管內流動時，由于粘性剪應力和渦流的存在，不可防止地要消耗一定的機械能，

稱為阻力損失。這種阻力損失包括流體流經直管中的沿程阻力損失和流體流經多種管件時運

動方向變化所引起的局部阻力損失。

1.沿程阻力

流體在水平均勻管道中穩定流動時，阻力損失體現為壓力減少。即

hl二P、空M

ppp

影響阻力損失的原因諸多，尤其對湍流流體，目前尚不能完全用理論措施求解，必須通

過試驗研究措施。為了減少試驗工作量，使試驗成果具有普遍意義，必須采用因次分析措施

將各變量綜合成準數關聯式。根據因次分析，影響阻力損失的總因有，

(D流體性質：密度p,粘度口：

(2)管路的兒何尺寸：管徑d,管長1,管壁粗糙度J

(3)流動條件；流速以。

可表達為

△P/=f(d,l,R,p,u,￡)

通過因次分析措施得到如下的無因次式

piipiaa

通過初步試驗反應的規律，將阻力投失可表達為

%=2哼?力

則

,2flu2

zpd2

式中：AP(AP/)——壓強降(壓強損失)，Pa：

hf-直管阻力損失，J/kg；

P---流體密度，kg/m3；

X一一直管摩擦系數，無因次：

1---直管長度，m；

d---直管內徑，m：

u---流體流速，由試驗測定m/s；

入一一直管摩擦系數。滯流(層流)時，X=64/Re；湍流時人是雷諾準數Re和相

對粗糙度H勺函數，須由試驗確定。

2.局部阻力

局部阻力一般有兩種表達措施，即當量長度法和阻力系教法。

(1)當量長度法

流體流過某管件或閥門時，因局部阻力導致的損失，相稱于流體流過與其具有相稱管徑

長度的I直管阻力損失，這個直管長度稱為當量長度，用符號1。表達。這樣就可以用直管阻

力的公式來計算局部阻力損失，并且在管路計算時.可將管路中的直管長度與各管件、閥門

等的當量長度合并在一起計算，如管路中直管長度及多種局部阻力的當量長度之和為

/+Z，e,則流體在管路中流動時的總阻力損失Z%為

I+訃6

Z與=丸

~d2

(2)阻力系數法

流體通過某?管件或閥門時的阻力損失用流體在管路小的動能系數來表達,這種計算局

部阻力口勺措施，稱為阻力系數法。

即

式中，；一一局部阻力系數，無因次：

u——在小截面管中流體的平均流速，m/So

由于管件兩側距測壓孔間口勺直管長度很短，引起的摩擦阻力與局部阻力相比，可以忽視

不計。因此時值可應用柏努利方程由壓差計讀數求取。

當裝置確定后，根據好(即AP/)和u"勺試驗測定值，根據阻力損失體現式可計算出

人或者，節J值。雷諾數Rc=duP/u。因此，只要調整流量，可得到一系列'?Re的試驗點，

繪出入?Re曲線。

三、試驗裝置與流程

1.試驗裝置

圖1-1試驗裝置流程圖

試驗裝置如圖1-1所示。更要由離心泵，不一樣管徑、材質的管子，各管件及閥門，轉

子流量計等構成。從上向下第?根為不銹鋼光滑管，第二根為鍍鋅鐵管，分別用于光滑管和

粗糙管湍流流體流動阻力損失H勺測定。第三根為不銹鋼管，其上裝有待測管件（閘閥），用于

局部阻力損失的測定。

本試驗的介質為水，由離心泵供應，經試驗裝置后的水通過地卜管道流人儲水箱內循環

使用。水流量用裝在測試裝置H勺轉子流量計測量，直管段和管件H勺阻力損失分別用各自的

倒U形壓差計測量。

2.裝置構造尺寸

裝置構造尺寸如表1-1所示。

表1-1裝置參數

管內徑/mm測試段長

名稱材質

裝置（1）裝置（2）度/m

光滑管不銹鋼食品管27.1126.081.5

粗糙管鍍鋅詼管27.5726J1.5

局部阻力閘閥1.5

3.儀表面板圖

圖1-2流體力學綜合試驗裝電儀表面板

1-離心泵電源切換開關；2-變頻器電源開關：3-電動調整閥電源開關；4-指示燈；5-智能流成手自動

控制儀：6-轉速于自動控制儀：7-真空度、出口壓力、壓差、水溫智能巡檢儀：8-帶漏電保護空氣開

關：9-總電源指示燈：10-功率測量顯示儀：11-離心泵啟動按鈕：12-離心泵停止按鈕

四、試驗環節及注意事項

（一）試驗環節

1.關閉閥1、閥2。

2.打開放水閥與灌水閥，給水泵濯水，灌好水后關閉放水閥與灌水閥。打開總電源開

關，打開儀衣電源開關，按下啟動按鈕啟動離心泵。

3.緩緩打開閥3,關閉閥2,打開壓差變送器上光滑管閥門組，打開壓差變送器上排氣

閥門組.，給壓差變送器排氣，當排完氣后，關閉排氣閥門組，并準備做光滑管阻力測定試驗。

4.緩緩打開出水閥門2,調整好一種流量，待水穩定后，對H勺測取壓差和流量等有關

參數。然后再變化不一樣流量，對的讀取不一樣流量下的測取上差和流量等有關參數。

5.根據本裝置特點，流量從In?/h開始，每次變化0.4m；/h,測量試驗數據并記錄，

測完數據后整頓試驗數據并輸入試驗數據處理是軟件處理。

6.做完光滑管試驗后，關閉閥3。

7.同理，分別打開閥4、閥5,給壓差變送器排水后分別進行粗糙管及局部阻力試驗。

8.試驗結束后，應將裝置中的水排放潔凈。

（二）注意事項

（1）在啟動離心泵前要對水泵進行灌水。

（2）在啟動離心泵前，要保證三相電源的對口勺，保證不缺相，離心泵缺相不會運轉，

且會燒毀離心泵。

（3）在啟動離心泵前，要保證離心泵轉向的對的，否則長時間反向運轉會損壞離心泵。

（4）在做流體阻力試驗時，要排盡管路里的氣泡。

（5）在開、關各閥門時，須緩開慢關。

五、試驗匯報

1.根據粗糙管試驗作數據處理，根據數據處理成果在雙對數坐標紙上標繪出入?Re

曲線。對照化工原理教材上有關圖形，即可估出該管的相對粗蓬度和絕對粗糙度。

2.根據光滑管試驗成果，對照柏拉修斯方程，計算其誤差。

3.根據局部阻力試驗成果,求出閘閥全開時的平均士值.

4.對試驗成果進行分析討論。

六、思索題

1.在對裝置做排氣工作時，與否一定要關閉流程尾部的流量調整閥？為何？

2.怎樣檢查測試系統內的空氣已經被排除潔凈？

3.以水做介質所測得的X?Re關系能否合用于其他流體?怎樣應用？

4.在不一樣設備上（包括不一樣管徑），不一樣水溫下測定的'?Re數據能否關聯在

同一條曲線上？

5.假如測壓口、孔邊緣有毛刺或安裝不垂直，對靜壓的測量有何影響？

離心泵特性曲線測定

一、試驗目的

1.理解離心泵的構造與特性，學會離心泵的操作：

2.掌握離心泵特性曲線測定措施。

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根據之?，其特性曲線是在某?恒定轉速

下通過試驗測定出的1,分別為泵的揚程H、軸功率Pa及效率n與泵的J流量4.之間H勺關系曲

線。泵的特性曲線是流體在泵內流動規律的外部體現形式。由于泵內部流動狀況復雜，不能

用數學措施計算這一特性曲線，只能依托試驗測定o

1.揚程HH勺測定與計算

在泵進口截面、出口被面之間列出柏努利方程為

,,_Pi-P\,7_7,*

“—+Z-Z）H-

pg22g

式中：PI，P2----分別為泵進、出口口勺壓強N/nrP-----流體密度kg/m3

ui.uz------分別為泵進、出口的流量m/sg——重力加速度m/s2

當泵進、出口管徑相似，忽視壓力表與真空表之間的高度差，上式可簡化為

PS

由上式可知，只要直接讀出真空表和壓力表上日勺數值，就可以計算出泵的揚程。

2.軸功率Pa的測量與計算

軸日勺功率可按下式計算：

Pa=0.94?w

式中，P.、一泵的軸功率，W

w-電機輸出功率，W

由上式可知，測定泵H勺軸功率，只需測定電機H勺輸出功率，乘上功率轉換中的倍率即可。

3.效率n的計算

泵的效率n是泵的有效功率P與軸功率P“的比值。有效功率P是單位時間內流體自泵

得到的功.軸功率P.是單位時間內泵從電機得到的功.兩者H勺差異反應了泵的水力損失、

容積損失和機械損失的大小。

泵的有效功率P可用下式計算：

P=HqvPg

故

Q=P/Pa=HqvPg/Pa

4.轉速變化時泵特性參數的換算

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試驗點，其轉速

都是相似的。不過，實際上感應電動機在轉矩變化時，其轉速會有變化，這樣伴隨流量的變

化，多種試驗點的轉速將有所差異，因此在繪制特性曲線之前，須將實測數據換算為平均轉

速下的數據。換算關系如下：

流量…4

f

揚程H'=H(-)

n

軸功率三尸

n

,q；H'pgqHpg

效率〃=-=—v―

三、試驗裝置與流程

離心泵性能特性曲線測定系統裝置工藝控制流程圖如圖2-1所示。

圖2-1離心泵試驗裝置流程示意圖

儀表面板如圖2-2所示。

圖2-2流體力學綜合試驗裝電儀表面板

1-離心泵電源切換開關：2-變頻器電源開關：3-電動調整閥咆源開關；4?指示燈；5-智能

流用手自動控制儀：&轉速手自動控制儀：7-真空度、出口壓力、壓差、水溫智能巡檢儀：

8-帶漏電保護空氣開關：

9-總電源指示燈：10-功率測量顯示儀；II-離心泵啟動按鈕：12.離心泵停止按鈕

四、試驗環節及注意事項

(-)試驗環節

1.關閉閥1及閥3、閥4、閥5。

2.打開總電源空氣開關，打開儀表電源開關，儀表上電。

3.打開離心泵出口閥及閥1,打開離心泵灌水閥及排氣閥，對水泵進行灌水。灌好水

后關閉泵的排氣閥與灌水閥門。

4.管路選擇：（1）手動試驗：底閥一〉離心泵一）泵出口閥一》渦輪番量計一＞閥1一》閥6

一〉水箱；⑵電動調整閥做自動試驗：底閥一＞離心泵一＞泵出口閥一》渦輪番量計一〉閥1-＞

電動調整閥一＞閥7—＞水箱。

5.當一切準備就緒后，按下離心泵啟動按鈕，啟動離心泵，這時離心泵啟動按鈕綠燈

亮，開始進行離心泵試驗。

6.打開泵的出水閥1（全開），這時流量到達最大值。

7.等試驗數據穩定后，測定泵H勺真空度pl、泵后壓力p2、水溫t、流量v及泵的功

率并記錄。

8.通過調整泵H勺出口閥2調整流量，變化流量的大小,每次減小1.5遍4的流量,測

定每次流量下泵的真空度pl、泵后壓力p2、水溫t、流量v及泵的功率并記錄。

9.以同樣的措施變化流量并測定試驗數據，至少測8次。同步注意流量不能低于3nf

/ho

10.試驗完畢，按下儀表臺上的水泵停止按鈕，停止水泵口勺運轉。關閉水泵出口閥。

（二）注意事項

（1）在啟動離心泵前要對水泵進行灌水。

（2）在啟動離心泵前，要保證三相電源的對口勺，保證不缺相，離心泵缺相不會運轉，

n■會燒毀離心泵。

（3）在啟動離心泵前，要保證離心泵轉向口勺對的，否則長時間反向運轉會損壞離心泵。

（4）在開、關各閥門時.須緩開慢關,

五、試驗匯報

1.在同一張坐標紙上描繪在試驗轉速下日勺H?q1、P；,?q『、Q?曲線:

2.分析試驗成果，判斷該泵合適的工作范圍。

六、思索題

1.試從所測試驗數據分析，離心泵在啟動時為何要關閉出口閥門？

2.扇動離心泵之前為何要引水灌泵？假如灌泵后仍然啟動不起來，你認為也許的原因

是什么？

3.為何用泵的出口閥門調整流量？這種措施有什么優缺陷？十分尚有其他措施調整流

量？

4.泵啟動后，出口閥假如打不開，壓力表讀數與否會逐漸上升？為何？

5.正常工作的離心泵，在其進口管路上安裝閥門與否合理？為何？

6.試分析，用清水泵輸送密度為1200Kg/m3口勺鹽水（忽視密度的影響），在相似流量

下你認為泵的壓力與否變化？軸功率與否變化？

對流給熱系數測定

一.試驗目的

1.通過套管式換熱器理解間壁式換熱器的操作原理，觀測水蒸氣在換熱管外壁上的冷凝現

象，并判斷冷凝類型：

2.測定空氣在圓形直管內強制對流給熱系數區.：

3.應用線性回歸分析措施，確定關聯式M『八中常數A、/〃的值。

4.掌握熱電阻測溫的措施。

二.基本原理

對流傳熱系數七可以根據牛頓冷卻定律，用試驗來測定。由于見<<%,因此傳熱

管內的對流傳熱系數4。冷熱流體間H勺總傳熱系數K=Q/(AA/,“)(W/m2?℃)

管內流體對流傳熱系數，W/(m2-℃)：0—換熱器的傳熱速率，W：

用一管內換熱面積，m2：△卻一冷熱流體的對數平均溫度差，。C°

對數平均溫差由下式確定:

式中：

力、，2—冷流體的入口、出口溫度，C；h.一壁面平均溫度，℃：

由于換熱器內管為紫銅管，其導熱系數很大，旦管壁很薄，故認為內壁溫度、外壁溫度

和壁面平均溫度近似相等，用表達。由于管外為蒸汽冷凝，對流傳熱系數很大，故壁面

平均溫度近似等于蒸汽H勺平均溫度。

管內換熱面積：

4=7rdl

d—內管管內徑，m；/一傳熱管測量段的實際長度，

由熱量衡算式:

Q=q〃"D(4)

其中質量流量由下式求得:

q,n=PV(5)

式中:

如一空氣在換熱管內的質量流量，m3/s；%—空氣口勺平均定壓比熱，J/(kg?℃)：

V一空氣的平均體積流量，m3/s；,一空氣的平均密度，kg/m\

如和。可根據定性溫度兒查得，*=力等為冷流體進出口平均溫度。小小和V可測

得。

流體在管內作強制湍流，被加熱，準數關聯式的形式為

Nu=AReM,Pr°4(6)

其中：Nu=2~、Re=^?PPr="

2JLIA

式中：

M，一空氣的努塞爾數，無因次：Re一空氣的雷諾婁，無因次；

Pr一空氣的普朗特數，元因次；u-空氣在換熱管內的流速，無因次：

物性數據入扇、〃、〃可根據定性溫度加杳得。通過計算可知，對于管內被加熱的空氣,

普u特準數/V變化不大，可以認為是常數。通過試驗確定不一樣流量下的A＞與此人然

后用線性回歸措施確定A和〃的值。

三.試驗裝置與流程

1.試驗裝置

圖1傳熱系數測定裝置流程圖

1-空氣調整閥2-空氣調整旁路閥3-空氣均勻分布器4-可移動試驗框架5-防振軟連接

6-風機7-冷凝水排出閥8-蒸汽進氣管9-蒸汽調修閥10-冷空氣出口溫度II-蒸汽壓力表

12?排不凝性氣體閥13-蒸汽噴汽管14-換熱管15-孔板流量計16.樂差變送器17-空氣進口溫度

來自蒸汽發生器的水蒸氣進入套管換熱器的環隙，空氣由風機6輸送流過換熱管14內，

換熱管為紫銅管，飽和水蒸汽與空氣在套管換熱器內進行熱互換，蒸汽放熱后生成時冷凝水

經疏水器排入地溝。冷空氣經孔板流量計15進入套管換熱器管內，被加熱后排出裝置外。

2.儀表箱面板

I?控制柜總電源空氣開關2?儀表電源開關3?變頻器電源開關4-風機電源切換開關

5-風量手白動控制儀圖6-智能溫度巡檢儀7-變頻器8-智能流量積算變送儀

9-指示燈(分別為總電源、儀表電源、變頻器電源、風機直接工作狀態指示燈)

1#液晶記錄儀從1~2通道分別為：空氣流量、蒸汽一端溫度：空氣出口溫度：

2#液晶記錄儀卜3通道分別為：空氣進口溫度、空氣出口溫度、蒸汽一端溫度。

3.設備與儀表規格

(1)紫銅管規格：直徑4>20mmXl.5mm,長度/=1000mm

(2)外套玻璃管規格：直徑:100mmX5mm，長度61000mm

(3)壓力表規格:0?O.IMPa

四、試驗環節與注意事項

(一)試驗環節

1.打開總電源開關，打開儀表電源開關，給儀表上電。

2.打開電腦,運行“傳熱系數試驗軟件.MCG”軟件,輸入“班級”、“姓名”、“學號”及“裝

置號”，單擊“確定”按鈕，選擇“傳熱系數測定試驗”進入試驗界而。

3.打開儀表臺上的風機電源切換開關到直接，讓風機工作，同步打開冷流體入口閥門1,

讓套管換熱器里充有一定量的空氣。

4.打開冷凝水出口閥7,注意只開一定的開度,開的太大會讓換熱桶里的蒸汽跑掉,關的

太小會使換熱玻璃管里的蒸汽壓力集聚而產生玻璃管炸裂。

5.在做試驗前，應將蒸汽發生器到試驗裝置之間管道中H勺冷凝水排除，否則夾帶冷凝水的

蒸汽會損壞壓力表及壓力變送器。詳細排除冷凝水的措施是：關閉蒸汽進口閥門9,打開裝

置下面口勺排冷凝水閥7,讓蒸汽壓力把管道中的冷凝水帶走，當聽到蒸汽響時關閉排泠凝水

閥7,進行試驗。

6.剛開始通入蒸汽時，要仔細調整蒸汽進口閥9的開度，讓蒸汽漸漸流入換熱器中，逐漸

加熱，由''冷態"轉變為'‘熱態"，不得少于10分鐘，以防止玻璃管因忽然受熱、受壓而爆

裂。

7.當一切準備好后，打開蒸汽進口閥9和排不凝性氣體閥12,排出換熱器環隙中的空氣。

當排不凝性氣體閥12中有蒸汽排出，等半晌后關閉排不凝性與體閥12。將蒸汽壓力調到

O.OIMpa,并保持蒸汽壓力不變。（可通過調整排不凝性氣體閥12以及蒸汽進口閥9來實現。）

8.流量調整：

（1）手動調整1：調整空氣調整閥1手動調整空氣流量，穩定后在試驗軟件界面上單擊“采

集數據”按鈕，試驗軟件會自動記錄試驗數值；變化不?樣流量，采集不?樣流量下的試驗

數值。

手動調整2：按密切換到儀表下顯示窗顯示輸出值時，按⑨把輸出方式切換到手動

輸出模式，再通過按叵）或回來變化輸出值的大小，從而控制輸出，控制風機電源頻率，

從而變化冷流體H勺流量到一定值.等穩定后在試驗軟件界而卜單擊“采集數據”按鈕,試驗

軟件會自動記錄試驗數值；變化不一樣流量，采集不一樣流量下的試驗數值。

（2）自動調整：按切換到儀表下顯示窗顯示輸出值時，按回把輸出方式切換到自

動輸出模式，可通過自動調整儀表，變化風機電源頻率，調整空氣流流量，變化冷流體的流

量到一定值，等穩定后在試驗軟件界面上單擊“采集數據”按鈕，試驗軟件會自動記錄試驗

數值：變化不一樣流量，采集不一樣流量下的試驗數值。

9.記錄3到5組試驗數據，完畢試驗，關閉蒸汽進口閥9與空氣調整閥I,關閉儀表電源

和風機口勺電源。

10.關閉蒸汽發生器。

II.打開試驗數據處理軟件“對流給熱系數測定試驗.exe”，打開該組試驗數據，進行試驗

數據分析處理。

（二）注意事項

/.先打開排冷凝水的閥,注意只開一定的開度,開的太大會讓換熱桶里的蒸汽跑掉,關的

太小會使換熱玻璃管里的蒸汽壓力集聚而產生玻璃管炸裂。

2.一定要在套管換熱器內管輸以一定量的冷流體后,方可啟動蒸汽閥門,且必須在排除蒸

汽管線上原先積存的凝結水后,方可把蒸汽通入套管換熱器中。

3.剛開始通入蒸汽時,要仔細調整蒸汽的開度,讓蒸汽漸漸流入換熱器中,逐漸加熱,由

“冷態”轉變為“熱態”,不得少于10分鐘,以防止玻璃管因忽然受熱、受壓而爆裂。

3.操作過程中,蒸汽壓力一般控制在0.02MPa（表壓）如下,否則也許導致玻璃管爆裂和

密封填料損壞。

4.確定各參數時,必須是在穩定傳熱狀態下,隨時注意不凝性氣體的排空和壓力表讀數的調

整.

五、試驗數據處理

使用數據處理軟件進行試驗數據處理，軟件使用措施參見軟件使用闡明書。

六、試驗匯報

1.將冷流體給熱系數的試驗值與理論值列表比較，計算各點誤差，并分析討論。

2.闡明蒸汽冷凝給熱系數的試驗值和冷流體給熱系數試驗值H勺變化規律。

04,n

3.按冷流體給熱系數口勺模型式：Nu/Pr=ARco確定式中常數A及m。

七、思索題

1.空氣和水蒸汽的流向，對傳熱效果有何影響？

2.蒸汽冷凝過程中，若存在不冷凝氣體，對傳熱有何影響，應采用什么措施？

3.冷凝水不及時排走，會產生什么影響，怎樣及時排走冷凝水？

4.所測定的壁溫是靠近水蒸汽還是靠近空氣H勺溫度，為何？

5.假如采用不一樣壓強的蒸汽進行試驗，對a關聯式有何影響？

恒壓過濾常數測定

一、試驗目的

1、熟悉板框壓濾機的構造和操作措施：

2、通過恒壓過濾試驗，驗證過濾基本方程：

3、學會測定過濾常數K、樂及壓縮性指數slfj措施；

4,理解操作壓力對過濾速率的影響。

二、試驗原理

過濾是以某種多孔物質作為介質來處理懸浮液的操作。在外力作用下，懸浮液中口勺液體

通過介質的J孔道而固體顆粕被截留下來,從而隹現固液分離.過濾操作中,伴隨過濾過程的

進行，固體顆粒層的厚度不停增長，使過濾阻力不停增大，故在恒壓過濾操作中，過濾速率

不停減少。

影響過濾速率的重要原因除壓強差、濾餅厚度外，尚有濾餅和懸浮液的性質、懸浮液溫

度、過濾介質的阻力等，在低雷諾數范圍內，過濾速率計算式為:

1/Ap

a2(\-￡)2yiL(1)

u—過濾速度，m/s：K'—康采尼常數，層流時，K'=5.0；

8—床層空隙率，m3/m3：卜一濾液粘度，Pa.s；

a—顆粒的比表面枳，nrVn?：△p—過濾的壓強差，Pa：

L—濾餅厚度，m；

由此可以導出過漉基本方程式:

dV_42Ap'-5

dr/jrv(V十Ve)

V—濾液體枳，i^：T—過濾時間，s：

A—過濾面積，n?；Ve—虛擬濾液體積，n?：

r—濾餅比阻，l/m?,尸5.0a2(此尸/￡3；上—單位壓強差下口勺比阻，1W,r=JAps；

。一濾餅體積與對應濾液體積之比，無因次；

s—濾餅壓縮性指數，無因次，一般s=0?I,對不可壓縮濾餅，s=0o

|s

恒壓過濾時，令k=l/Qr'Q，K=2kAp-,q=V/A,qc=Ve/A,對(2)式積分得:

1

q+2qrq=Kr(3)

K和樂總稱為過濾常數，由試驗測定。

k-物料的物性常數，m?/(N.s)；K—過濾常數，m2屈

q一單位過濾面積的濾液體積，nrVnf；qc—單位過濾面積的虛擬濾液體積，nf/nf：

對(3)式兩邊微分得：2qdq+2qrdq=Kdr

用△T/Z\q替代dt/dq,得生=20+乙(4)

AqK/K%

在恒壓條件下，用秒表和電子天平分別測定一系列過濾時間1所對應H勺濾液體積V,,

計算出一系列△“、Aqi.qi，在直角坐標系中繪制?q的函數關系，得一直線，斜率

為2/K,截距為2qJK,可求得K和樂。

變化過濾壓強差4p,可測得不一樣的K值，由長的定義式兩邊取對數得

lgK=(l-s)lg(Ap)+lg(2k)(5)

在試驗壓強差范圍內，若k為常數，則IgK?Ig(Ap)的關系在直角坐標上應是一條直線,

斜率為(l?s),可得濾餅壓縮性指數s,截距為愴(2k),進而確定物料日勺特性常數k°

三、試驗裝置與流程

試驗裝置如圖1-1所示。

圖1-1板框壓濾機過濾流程

1-可移動框架2-閥3-上回閥4-壓力料槽5-排污閥6—放空閥7—玻璃視鏡

8一壓力表9.壓緊手輪10-板框組II-板框進口壓力表12-料漿進口閥13-濾液出口閥

14-壓力定值調整閥15-閥及3#電磁閥16-閥及2#電磁閥17-閥及1#電磁閥18-配料槽

19-出泄液口20-指示尺21-進水口22閥23—閥24—閥25—閥26—閥27一閥

28一閥

控制柜面板圖如圖1-2:

圖1-2控制柜面板圖

I-儀表電源開關2-空壓機電源開關3-1#電磁閥電源開關4-2#電磁閥電源開關5-3#電磁閥電源開關

6-電子天平通訊串口7-智能儀表通訊串口8-壓力顯示儀9-空氣開關

在配料槽內配制一定濃度CaCO3懸浮液后，用壓縮空氣充足攪拌使其混合均勻。運用

高度差送入壓力料槽中，用壓縮空氣攪拌均勻，同步運用壓縮空氣的壓強對濾漿加壓，將淀

漿送入板框壓灌機過濾，濾液流入量筒計量，壓縮空氣從壓力料槽排空管排出。

板框壓慮機H勺構造尺寸：框厚度11mm,過濾總面積0.047lm2o

空氣壓縮機規格型號：V-0.08/8,最大氣壓0.8MPa。

四、試驗環節與注意事項

（一）試驗環節

I、檢查所有閥門處在關閉狀態，配制含CaCCh3%?5%（wt%）"勺水懸浮液。

2、啟動空壓機，關閉閥25、冏26和閥28,切斷配料槽18與所連管路的聯絡，打開閥2

和閥27,將壓縮空氣通入配料槽18,使CaCCh懸浮液攪拌均勻。

3、對時裝好濾板、濾框及濾布。濾布使用前用水浸濕。濾布要繃緊，不能起皺（注意：用

螺旋壓緊時，千萬不要把手指壓傷，先慢慢轉動手輪使板框合上，然后再壓緊）。

4、等配料槽料液攪拌均勻后，關閉閥27停止通壓縮空氣。打開閥25及壓力料槽的放空閥

6,因配料槽位置較高，故料漿自動由配料槽流入壓力料槽，液位至其視鏡2/3處，關閉閥2

和閥25,停止加料。

5、打開閥26,通壓縮空氣至壓力料槽，使容器內料漿不停攪攔。壓力料槽口勺放空閥6應不

停排氣，但不能有料漿噴出。

6、調整壓力料槽的壓力到需要口勺值。重要依托調整壓力料槽出口處口勺壓力定值調整閥14

來控制出口壓力恒定，壓力料槽的壓力由壓力表8讀出。壓力定值調整閥已調好，從左到右

分別為1#壓力：（）.1MPa：2#E力：0.2MPa：3#壓力：0.3MPa。考慮各個壓力值日勺分布，從

低壓過濃開始做試驗很好。

7、放置好電子天平，按下電子天平上口勺“on”開關，打開電子天平，將料液桶放置到電子

天平上。打開并運行電腦上的“恒壓過濾測定試驗軟件”，進入試驗界面，做好準備工作，

可以開始試驗。

8、做O.IMPa壓力試驗：打開閥17、閥22及閥12、閥13,打開1#電磁閥電源開關，開始

加壓過灌。等淤液澄清且流量穩定期，單擊試驗軟件上的“開蛤試驗”按鈕，進行O.IMPa

壓力試驗，試驗軟件自動計算時間間隔內的過濾量并記錄數據，存儲到數據庫中，以供數據

處理軟件之用。當試驗數據組數做完后，軟件自動停止。關閉閥17、閥22及閥12、閥13。

9、做0.2MPa壓力試驗：打開閥16、閥23及閥12、閥13,打開2#電磁閥開關，開始加壓

過濾。等流量穩定期，單擊試驗軟件上的“開始試驗”按鈕，進行0.2MPa壓力試驗，試驗

軟件自動計算時間間隔內的過濾量并記錄數據，存儲到數據庫中，以供數據處理軟件之用。

當試驗數據組數做完后,軟件自動停1匕關閉閥16、閥23及閥12、閥1"

10、做0.3MPa壓力試驗:打開閥15、閥24及閥12、閥13,打開3#電磁閥開關，開始加

壓過濾。等流量穩定期，單擊試驗軟件上的“開始試驗”按鈕，進行0.3MPa壓力試驗，試

驗軟件自動計算時間間隔內的過濾量并記錄數據，存儲到數據庫中，以供數據處理軟件之用。

當試驗數據組數做完后，軟件自動停止。關閉閥15、閥24及閥12、閥13。

11、試驗完畢后打開數據處理軟件進行數據處理。

12、手動試驗時每次試驗應在濾液從匯集管剛流出的時候作為開始時刻，每次取800ml

左右，濾液量可以由電子天平處讀出。記錄對應的過濃時間4丁及濾液量。每個壓力下，測

量8?10個讀數即可停止試驗。

13、每次濾液及濾餅均搜集在小桶內，濾餅弄細后重新倒入料獎桶內，試驗結束后要沖洗濾

框、濾板及濾布不要折，應用刷子刷。

（二）注意事項

I.在夾緊濾布時，千萬不要把手指壓傷，先慢慢轉動手輪使板框合上，然后再壓緊。

2.濾餅及濾液循環下次試驗可繼續使用。

五、試驗成果及整頓

試驗數據列于表1-1中。計算成果列于表1-2、表-3中。

表1-1實驗數據

△p=0.1MPa△p=0.2MPa△p=0.3MPa

△V(ml)△T(S)△V(ml)△T(S)△V(ml)△T(S)

表1-2計算成果

△P△q△T△x/AqKqe

序號q

MPam3/m2ss.m2/m3ni3/m2m2/sm3/m2

1

2

3

4

5

0.1

6

7

8

9

10

續表1-2

△P△q△T△x/AqqK