實(shí)驗(yàn)講義(化工原理)

1、實(shí)驗(yàn)一、雷諾實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤軆?nèi)流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方式，認(rèn)識(shí)不同流動(dòng)形態(tài)的特點(diǎn)，掌握判別流型的準(zhǔn)則。觀察圓直管內(nèi)流體作層流、過(guò)渡流、湍流的流動(dòng)型態(tài)。觀察流體層流流動(dòng)的速度分布。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以紅墨水為示蹤劑，觀察圓直玻璃管內(nèi)水為工作流體時(shí)，流體作層流、過(guò)渡流、湍流時(shí)的各種流動(dòng)型態(tài)。觀察流體在圓直玻璃管內(nèi)作層流流動(dòng)的速度分布。三、實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置流程如圖1-1所示。圖1-1雷諾實(shí)驗(yàn)裝置1溢流管；2墨水瓶；3進(jìn)水閥；4示蹤劑注入管5水箱；6水平玻璃管；7流量調(diào)節(jié)閥實(shí)驗(yàn)管道有效長(zhǎng)度：L=600mm外徑:Do=30mm內(nèi)徑：Di=24.5mm孔板流量計(jì)孔板內(nèi)徑：do=9.0mm四、實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作

2、實(shí)驗(yàn)前應(yīng)仔細(xì)調(diào)整示蹤劑注入管4的位置，使其處于實(shí)驗(yàn)管道6的中心線上。向紅墨水儲(chǔ)瓶2中加入適量稀釋過(guò)的紅墨水，作為實(shí)驗(yàn)用的示蹤劑。關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥乙打開進(jìn)水閥3,使水充滿水槽并有一定的溢流，以保證水槽內(nèi)的液位恒定。排除紅墨水注入管4中的氣泡，使紅墨水全部充滿細(xì)管道中。雷諾實(shí)驗(yàn)過(guò)程調(diào)節(jié)進(jìn)水閥，維持盡可能小的溢流量。輕輕打開閥門7,讓水緩慢流過(guò)實(shí)驗(yàn)管道。緩慢且適量地打開紅墨水流量調(diào)節(jié)閥，即可看到當(dāng)前水流量下實(shí)驗(yàn)管內(nèi)水的流動(dòng)狀況(層流流動(dòng)如圖1-2所示)。用體積法(秒表計(jì)量時(shí)間、量筒測(cè)量出水體積)可測(cè)得水的流量并計(jì)算出雷諾準(zhǔn)數(shù)。因進(jìn)水和溢流造成的震動(dòng)，有時(shí)會(huì)使實(shí)驗(yàn)管道中的紅墨水流束偏離管的中心線或發(fā)生不

3、同程度的擺動(dòng)；此時(shí)，可暫時(shí)關(guān)閉進(jìn)水閥3,過(guò)一會(huì)兒，即可看到紅墨水流束會(huì)重新回到實(shí)驗(yàn)管道的中心線。圖1-2層流流動(dòng)示意圖逐步增大進(jìn)水閥3和流量調(diào)節(jié)閥7的開度，在維持盡可能小的溢流量的情況下提高實(shí)驗(yàn)管道中的水流量，觀察實(shí)驗(yàn)管道內(nèi)水的流動(dòng)狀況(過(guò)渡流、湍流流動(dòng)如圖1-3所示)。同時(shí)，用體積法測(cè)定流量并計(jì)算出雷諾準(zhǔn)數(shù)。圖1-3過(guò)渡流、湍流流動(dòng)示意圖流體在圓管內(nèi)流動(dòng)速度分布演示實(shí)驗(yàn)首先將進(jìn)口閥3打開，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥7。打開紅墨水流量調(diào)節(jié)閥，使少量紅墨水流入不流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)管入口端。再突然打開流量調(diào)節(jié)閥7,在實(shí)驗(yàn)管路中可以清晰地看到紅墨水流動(dòng)所形成的，如圖1-4所示的速度分布。圖1-4速度分布示意圖實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)

4、的操作關(guān)閉紅墨水流量調(diào)節(jié)閥，使紅墨水停止流動(dòng)。關(guān)閉進(jìn)水閥3，使自來(lái)水停止流入水槽。待實(shí)驗(yàn)管道沖洗干凈，水中的紅色消失時(shí)，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥7。若日后較長(zhǎng)時(shí)間不用，請(qǐng)將裝置內(nèi)各處的存水放凈。五、注意事項(xiàng)做層流流動(dòng)時(shí),為了使層流狀況能較快地形成，而且能夠保持穩(wěn)定。第一，水槽的溢流應(yīng)盡可能的小。因?yàn)橐缌鞔髸r(shí)，上水的流量也大，上水和溢流兩者造成的震動(dòng)都比較大，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第二，應(yīng)盡量不要人為地使實(shí)驗(yàn)裝置產(chǎn)生任何震動(dòng)。為減小震動(dòng)，若條件允許，可對(duì)實(shí)驗(yàn)架進(jìn)行固定。實(shí)驗(yàn)二、流體流動(dòng)阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)直管摩擦阻力APf、直管摩擦系數(shù)的測(cè)定方法。掌握不同流量下摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re之間關(guān)系及其變化規(guī)律。學(xué)

5、習(xí)壓差傳感器測(cè)量壓差，流量計(jì)測(cè)量流量的方法。掌握對(duì)數(shù)坐標(biāo)系的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1測(cè)定既定管路內(nèi)流體流動(dòng)的摩擦阻力和直管摩擦系數(shù)。2測(cè)定既定管路內(nèi)流體流動(dòng)的直管摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re之間關(guān)系曲線和關(guān)系式。三、實(shí)驗(yàn)原理流體在圓直管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于流體的具有粘性和渦流的影響會(huì)產(chǎn)生摩擦阻力。流體在管內(nèi)流動(dòng)阻力的大小與管長(zhǎng)、管徑、流體流速和摩擦系數(shù)有關(guān)，它們之間存在如下關(guān)系。pflu22dPfduhf=入=Re=d2lu2式中：d管徑，m;Pf直管阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa;l管長(zhǎng)，m;u管內(nèi)平均流速，m/s;流體的密度，kg/m3;流體的粘度，Ns/m2。摩擦系數(shù)入與雷諾數(shù)Re之間有一定的關(guān)系，這個(gè)關(guān)系一

6、般用曲線來(lái)表示。在實(shí)驗(yàn)裝置中，直管段管長(zhǎng)I和管徑d都已固定。若水溫一定，則水的密度p和粘度也是定值。所以本實(shí)驗(yàn)實(shí)質(zhì)上是測(cè)定直管段流體阻力引起的壓強(qiáng)降厶Pf與流速u（流量V）之間的關(guān)系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和式6-2可以計(jì)算出不同流速（流量V）下的直管摩擦系數(shù)人用式6-3計(jì)算對(duì)應(yīng)的Re,從而整理出直管摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系，繪出入與Re的關(guān)系曲線。四、實(shí)驗(yàn)流程及主要設(shè)備參數(shù)：1實(shí)驗(yàn)流程圖：見圖2-1水泵8將儲(chǔ)水槽9中的水抽出，送入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，首先經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)2測(cè)量流量,然后送入被測(cè)直管段5或6測(cè)量流體流動(dòng)的光滑管或粗糙管的阻力，或經(jīng)7測(cè)量局部阻力后回到儲(chǔ)水槽，水循環(huán)使用。被測(cè)直管段流體流動(dòng)阻力p可根據(jù)

7、其數(shù)值大小分別采用變送器18或空氣一水倒置U型管10來(lái)測(cè)量。2主要設(shè)備參數(shù)：被測(cè)光滑直管段:第-套管徑d0.01(m)管長(zhǎng)L1.6(m)材料：不銹鋼管第二套管徑d0.095(m)管長(zhǎng)L1.6(m)材料：不銹鋼管被測(cè)粗糙直管段:第-套管徑d0.01(m)管長(zhǎng)L1.6(m)材料：不銹鋼管第二套管徑d0.0095(m)管長(zhǎng)L1.6(m)材料:不銹鋼管2被測(cè)局部阻力直管段：管徑d0.015(m)管長(zhǎng)L1.2(m)材料：不銹鋼管3壓力傳感器：型號(hào):LXWY測(cè)量范圍：200KPa壓力傳感器與直流數(shù)字電壓表連接方法見圖24.直流數(shù)字壓差表：型號(hào):PZ139測(cè)量范圍：0200KPa離心泵：型號(hào)：WB70/05

8、5流量：8(m3/h)揚(yáng)程：12(m)電機(jī)功率：550(W)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)LZB40LZB10測(cè)量范圍1001000(L/h)10100(L/h)精度1.52.515*11lu6_:匚.=*_.w_：=：=16114141!：7圖2-1五、實(shí)驗(yàn)方法向儲(chǔ)水槽內(nèi)注水，直到水滿為止。(有條件最好用蒸餾水，以保持流體清潔)直流數(shù)字表的使用方法請(qǐng)?jiān)敿?xì)閱讀使用說(shuō)明書。大流量狀態(tài)下的壓差測(cè)量系統(tǒng)，應(yīng)先接電予熱1015分鐘，調(diào)好數(shù)字表的零點(diǎn)，方可啟動(dòng)泵做實(shí)驗(yàn)。檢查導(dǎo)壓系統(tǒng)內(nèi)有無(wú)氣泡存在.當(dāng)流量為零時(shí)，若空氣一水倒置U型管內(nèi)兩液柱的高度差不為零，則說(shuō)明系統(tǒng)內(nèi)有氣泡存在,需趕凈氣泡方可測(cè)取數(shù)據(jù)。趕氣泡的方法

9、：將流量調(diào)至最大，把所有的閥門全部打開，排出導(dǎo)壓管內(nèi)的氣泡，直至排凈為止。測(cè)取數(shù)據(jù)的順序可從大流量至小流量，反之也可，一般測(cè)1520組數(shù),建議當(dāng)流量讀數(shù)小于300L/h時(shí)，只用空氣一水倒置U型管測(cè)壓差P。6局部阻力測(cè)定時(shí)關(guān)閉閥門3和4,全開或半開閥門7,用倒置U型管關(guān)測(cè)量遠(yuǎn)端、近端壓差并能測(cè)出局部阻力系數(shù)。7待數(shù)據(jù)測(cè)量完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，切斷電源。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：1利用壓力傳感器測(cè)大流量下P時(shí)，應(yīng)切斷空氣一水倒置U型管閉閥門13、13否則影響測(cè)量數(shù)值。2若較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不做實(shí)驗(yàn)，放掉系統(tǒng)內(nèi)及儲(chǔ)水槽內(nèi)的水。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每調(diào)節(jié)一個(gè)流量之后應(yīng)待流量和直管壓降的數(shù)據(jù)穩(wěn)定以后方可記錄數(shù)據(jù)。4較長(zhǎng)時(shí)間未做

10、實(shí)驗(yàn)，啟動(dòng)離心泵之前應(yīng)先盤軸轉(zhuǎn)動(dòng)否則易燒壞電機(jī)。七、數(shù)據(jù)處理：（1）入一R的計(jì)算在被測(cè)直管段的兩取壓口之間列柏努利方程式，可得：Pf=PPfLu2hf=入pd2=2dPfLpu2dupRe=（4）符號(hào)意義：卩d一管徑（m）L一管長(zhǎng)（m）u一流體流速（m/s）Pf直管阻力引起的壓降（N/m2）P一流體密度（Kg/m3）卩一流體粘度（Pa.s）入俸擦阻力系數(shù)Re雷諾準(zhǔn)數(shù)測(cè)得一系列流量下的Pf之后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和式（1）,（3）計(jì)算出不同流速下的入值。用式（4）計(jì)算出Re值，從而整理出入一R之間的關(guān)系，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪出入一R曲線。（2）局部阻力的計(jì)算：Hf局=AP局/p（2AP近-AP遠(yuǎn)）/p=

11、（泊2/2）實(shí)驗(yàn)三、流量計(jì)性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈳追N常用流量計(jì)的構(gòu)造、工作原理和主要特點(diǎn)。掌握流量計(jì)的標(biāo)定方法。了解節(jié)流式流量計(jì)流量系數(shù)C隨雷諾數(shù)Re的變化規(guī)律，流量系數(shù)C的確定方法。學(xué)習(xí)合理選擇坐標(biāo)系的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1通過(guò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)物和圖像，了解孔板、文丘里及渦輪流量計(jì)的構(gòu)造及工作原理。2測(cè)定節(jié)流式流量計(jì)(孔板或文丘里)的流量標(biāo)定曲線。3測(cè)定節(jié)流式流量計(jì)的雷諾數(shù)Re和流量系數(shù)C的關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)原理流體通過(guò)節(jié)流式流量計(jì)時(shí)在流量計(jì)上、下游兩取壓口之間產(chǎn)生壓強(qiáng)差，它與流量的關(guān)系為：式中：V被測(cè)流體(水)的體積流量，m3/s;C流量系數(shù)，無(wú)因次;C流量系數(shù)，無(wú)因次;A流量計(jì)節(jié)流孔截面積，m2

12、;PhPr流量計(jì)上、下游兩取壓口之間的壓強(qiáng)差，Pa；被測(cè)流體(水)的密度，kg/m3。用渦輪流量計(jì)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)來(lái)測(cè)量流量Vs。每一個(gè)流量在壓差計(jì)上都有一對(duì)應(yīng)的讀數(shù)，將壓差計(jì)讀數(shù)厶P和流量Vs繪制成一條曲線，即流量標(biāo)定曲線。同時(shí)用式6-8整理數(shù)據(jù)可進(jìn)一步得到CRe關(guān)系曲線。四、主要設(shè)備參數(shù)：設(shè)備參數(shù).離心泵：型號(hào):WE70/055轉(zhuǎn)速n=2800轉(zhuǎn)/分，流量Q=20-120L/min,揚(yáng)程H=19-13.5m貯水槽:550*400*450.試驗(yàn)管路：內(nèi)徑d=26.0mm流量測(cè)量：.渦輪流量計(jì)：025最大流量10m3/h.孔板流量計(jì)：孔板孔徑015(3).文丘里流量計(jì)：喉徑015.轉(zhuǎn)

13、子流量計(jì)：LZB-25(0.25-2.5m3/h)(5)銅電阻溫度計(jì)(6).差壓變送器(0-200kPa)五、實(shí)驗(yàn)流程：實(shí)驗(yàn)流程示意圖如下圖：用離心泵3將貯水槽8的水直接送到實(shí)驗(yàn)管路中，經(jīng)渦輪流量計(jì)計(jì)量后分別進(jìn)入到轉(zhuǎn)子流量計(jì)、孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)，最后返回貯水槽&測(cè)量孔板流量計(jì)時(shí)把9、11閥門打開；10、12閥門關(guān)閉。測(cè)量文丘里流量計(jì)時(shí)把9、10閥門打開；11、12閥門關(guān)閉。測(cè)量轉(zhuǎn)子流量計(jì)時(shí)把12、10、11閥門打開；9閥門關(guān)閉。流量由調(diào)節(jié)閥10、11、12來(lái)調(diào)節(jié)水的流量。溫度由銅電阻溫度計(jì)測(cè)量。六、實(shí)驗(yàn)方法及步驟1啟動(dòng)離心泵前，關(guān)閉泵流量調(diào)節(jié)閥2啟動(dòng)離心泵。3按流量從小到大的順序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

14、。用流量調(diào)節(jié)閥調(diào)某一流量，待穩(wěn)定后，讀取渦輪頻率數(shù)，并分別記錄流量、壓強(qiáng)差。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉泵出口流量調(diào)節(jié)閥9、12后,停泵。七、注意事項(xiàng)：閥門12在離心泵啟動(dòng)前應(yīng)關(guān)閉，避免由于壓力大將轉(zhuǎn)子流量計(jì)的玻璃管打碎。實(shí)驗(yàn)四、離心泵性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、熟悉離心泵的結(jié)構(gòu)與操作方法，了解壓力、流量的測(cè)量方法。2、掌握離心泵特性曲線、管路特性曲線的測(cè)定方法、表示方法，加深對(duì)離心泵性能的了解。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、熟悉離心泵的結(jié)構(gòu)與操作。2、手動(dòng)（或計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)和過(guò)程控制）測(cè)定某型號(hào)離心泵在一定轉(zhuǎn)速下，Q（流量）與H（揚(yáng)程）、N（軸功率）、（效率）之間的特性曲線以及特定管路條件下的管路特性曲線。三、

15、實(shí)驗(yàn)原理：A、離心泵性能的測(cè)定：離心泵是最常見的液體輸送設(shè)備。對(duì)于一定型號(hào)的泵在一定的轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚(yáng)程H、軸功率N及效率n均隨流量Q的改變而改變。通常通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出Q-H、Q-N及Q-n關(guān)系，并用曲線表示之，稱為特性曲線。特性曲線是確定泵的適宜操作條件和選用泵的重要依據(jù)。本實(shí)驗(yàn)中使用的即為測(cè)定離心泵特性曲線的裝置，具體測(cè)定方法如下：1、H的測(cè)定：在泵的吸入口和壓出口之間以1N流體為基準(zhǔn)列柏努利方程Hf-(1-1)H彳入出Hf-(1-1)H彳入出P入U(xiǎn)2入P出U2出Z入H乙出g2gg2g、P出P入u2出u2入H（Z出Z入）-g2g上式中Hf入出是泵的吸入口和壓出口之間管路內(nèi)的流體流動(dòng)阻力（不包

16、括泵體內(nèi)部的流動(dòng)阻力所引起的壓頭損失），當(dāng)所選的兩截面很接近泵體時(shí)，與柏努利方程中其它項(xiàng)比較，Hf-出值很小，故可忽略。于是上式變?yōu)椋篜bP-gu2出口2入2g(1-2)將測(cè)得的高差（Z出Z入）和P-P-的值以及計(jì)算所得的u入,u出代入式1-2即可求得H的值。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。由于泵由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，傳動(dòng)效率可視為1.0,所以電動(dòng)機(jī)的輸出功率等于泵的軸功率。即：泵的軸功率N=電動(dòng)機(jī)的輸出功率，kw電動(dòng)機(jī)的輸出功率=電動(dòng)機(jī)的輸入功率於電動(dòng)機(jī)的效率。泵的軸功率=功率表的讀數(shù)X電動(dòng)機(jī)效率，kw。3、n的測(cè)定B、管路特性曲線的測(cè)定：Ne“HQgHQ%NeN1000102

17、式中：n泵的效率，;N-泵的軸功率，kwNe-泵的有效功率，kw,H泵的壓頭，mQ泵的流量，m3/s,P-水的密度，kg/m3在特定的管路條件下，應(yīng)用變頻調(diào)速器改變電機(jī)的頻率，相應(yīng)改變了泵的轉(zhuǎn)速（流量）。分別測(cè)量泵的揚(yáng)程、流量，即可得到管路特性曲線。四、實(shí)驗(yàn)流程及設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)：1、實(shí)驗(yàn)流程：水泵將儲(chǔ)水槽中的水抽出，送入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，由出口調(diào)節(jié)閥控制流量，經(jīng)渦輪流量計(jì)計(jì)量流量后經(jīng)流回儲(chǔ)水槽循環(huán)使用。2、主要儀器設(shè)備一覽表：流量公式：Q=F/K*3600/1000，其中F為頻率數(shù)，K為渦輪流量計(jì)儀表常數(shù)。泵入口，出口測(cè)壓點(diǎn)間的距離（Z2-Z1）=0.180米泵入口，出口管內(nèi)徑_di、d2=0.05

18、0米序號(hào)名稱規(guī)格型號(hào)1儲(chǔ)水箱不銹鋼450X00X5502離心泵WB70/0553出口調(diào)節(jié)閥J同質(zhì)截止閥，通徑404變頻調(diào)速器NS五、實(shí)驗(yàn)操作：實(shí)驗(yàn)前，向儲(chǔ)水槽加入蒸餾水，合上電源總開關(guān)。實(shí)驗(yàn)操作：將出口調(diào)節(jié)閥關(guān)到零位。1按照變頻調(diào)速器說(shuō)明設(shè)定（Fn-11為0；Fn-10為0）后在并設(shè)定變頻調(diào)速器的頻率（50）。2、啟動(dòng)離心泵；改變流量調(diào)節(jié)閥的位置，分別記錄穩(wěn)定后各流量下的流量、泵進(jìn)出口壓力和電機(jī)輸入功率值，測(cè)8-10組數(shù)據(jù)（流量調(diào)節(jié)閥的位置從零位到最大）。處理數(shù)據(jù)后可以得到離心泵特性曲線。3、將流量調(diào)節(jié)閥放在任何一位置，改變變頻調(diào)速器的頻率以改變泵的流量，分別記錄穩(wěn)定后各頻率下的流量、泵進(jìn)出口

19、壓力值，測(cè)810組數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)后可得到管路特性曲線。4、把流量調(diào)至零位后，停泵。六、使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)注意的事項(xiàng)：實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢查水槽水位，流量調(diào)節(jié)閥關(guān)閉到零位。注意變頻調(diào)速器的使用方法。嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)操作中給出的變頻器參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，在計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制時(shí)不要手動(dòng)改變變頻器的頻率。變頻器其它參數(shù)不要改動(dòng)。七、附錄1、數(shù)據(jù)處理方法：計(jì)算舉例：測(cè)量頻率（流量）138HZ、電機(jī)輸入功率0.65（Kw）泵出口處壓強(qiáng)P2=0.132（MPa）、泵入口處壓強(qiáng)P仁0.012（MPa）,液體溫度17.5C液體密度p=1000.8kg/（m）、泵進(jìn)口高度=0.18米流量公式：Q=F/K*3600/1000，其中儀表常數(shù)K=

20、76.724,F=138泵的效率：泵的效率：N10001力689.81他0.8=67.5%0.3910003600泵的軸功率N軸=N電XY電=650X60%=0.390(Kw)Q=138/76.724*3600/1000=6.48M3/H泵的揚(yáng)程H遲一巴也U1g2g(Z2乙）6(0.1320.012)100.18=14.9(m)實(shí)驗(yàn)五、攪拌器性能測(cè)定攪拌是重要的化工單元操作之一，它常用于互溶液體的混合、不互溶液體的分散和接觸、氣液接觸、固體顆粒在液體中的懸浮、強(qiáng)化傳熱及化學(xué)反應(yīng)等過(guò)程一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諗嚢韫β是€的測(cè)定方法。了解影響攪拌功率的因素及其關(guān)聯(lián)方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1用水溶液，測(cè)定液相攪拌

21、功率曲線。2用水溶液和空氣，測(cè)定氣一液相攪拌功率并與液相攪拌功率比較。三、實(shí)驗(yàn)原理攪拌過(guò)程中要輸入能量才能達(dá)到混合的目的，即通過(guò)攪拌器把能量輸入到被攪拌的流體中去。因此攪拌釜內(nèi)單位體積流體的能耗成為判斷攪拌過(guò)程好壞的依據(jù)之一。由于攪拌釜內(nèi)液體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)十分復(fù)雜，攪拌功率目前尚不能由理論得出。只能由實(shí)驗(yàn)獲得它和多變量之間的關(guān)系，以此作為攪拌操作放大過(guò)程中確定攪拌規(guī)律的依據(jù)。液體攪拌功率消耗可表達(dá)為下列諸變量的函數(shù)：Np稱為功率準(zhǔn)數(shù)d2nRe，Re稱為攪拌雷諾準(zhǔn)數(shù)由因次分析法可得下列無(wú)因次數(shù)群的關(guān)聯(lián)式:Nf(k,n,d,g,)式中：N攪拌功率，W;K無(wú)量綱系數(shù);n攪拌轉(zhuǎn)數(shù)，r/s;d攪拌器直徑,m;

22、流體密度，kg/m3;流體粘度，pas;g重力加速度,m/s2；Nn3d522K(dn)X(nd)ygn2dFr,Fr稱為攪拌佛魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)g則NpKR；Fry；令則NpKR；Fry；令Np稱為功率因數(shù),對(duì)于不打旋的系統(tǒng)重力影響極小，可忽略Fr的影響，即yNpKRX本實(shí)驗(yàn)中，攪拌功率采用下式得到：NIV(I2RKn1.2)式中：I攪拌電機(jī)的電樞電流，A;V攪拌電機(jī)的電樞電壓，V;R攪拌電機(jī)的內(nèi)阻，28Q;n攪拌電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，r/s；K0.00125。當(dāng)有氣體通入時(shí)，在相同的轉(zhuǎn)速下，攪拌功率會(huì)顯著下降。因?yàn)?，物系的粘度、密度發(fā)生改變。設(shè)Q為空氣的體積流量，令Na=Q/nd3通氣準(zhǔn)數(shù)。相同轉(zhuǎn)速下，氣液攪

23、拌功率Ng/N與通氣準(zhǔn)數(shù)Na的關(guān)系可用下式描述：當(dāng)Na0.035時(shí)Ng/N=a-bNa；a,b為常數(shù)通過(guò)測(cè)定Ng,在直角坐標(biāo)紙上作Ng/NNa曲線，確定常數(shù)a,b或a,b四、主要設(shè)備參數(shù)：1攪拌器：型號(hào)：KDZ-1;功率：160w轉(zhuǎn)速：3200轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢韪獌?nèi)徑280mm；攪拌器直徑100mm五、實(shí)驗(yàn)流程：本實(shí)驗(yàn)使用的是標(biāo)準(zhǔn)攪拌槽，其直徑為280mm;攪拌漿為六片平直葉圓盤渦輪。裝置流程見圖。多相攪拌實(shí)驗(yàn)裝置流程圖1空壓機(jī)；2流量計(jì)；3溫度計(jì)；4電動(dòng)機(jī)；5直流電流表；6電機(jī)調(diào)速器；7直流電壓表，8-測(cè)速儀；9擋板；10-攪拌槽；11-氣體分布器六、實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定水溶液攪拌功率曲線打開總電源，各數(shù)字

24、儀表顯示“0。打開攪拌調(diào)速開關(guān)，慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)速旋紐，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)速約100400（r/min）之間，取1012個(gè)點(diǎn)測(cè)試（實(shí)驗(yàn)中適宜的轉(zhuǎn)速選擇：低轉(zhuǎn)速時(shí)攪拌器的轉(zhuǎn)動(dòng)要均勻；高轉(zhuǎn)速時(shí)以流體不出現(xiàn)旋渦為宜）。實(shí)驗(yàn)中每調(diào)一個(gè)轉(zhuǎn)速，待數(shù)據(jù)顯示基本穩(wěn)定后方可讀數(shù)，同時(shí)注意觀察流型及攪拌情況。每調(diào)節(jié)一個(gè)轉(zhuǎn)速記錄以下數(shù)據(jù)：電機(jī)的電壓（V）、電流（A）、轉(zhuǎn)速n（r/min）。測(cè)定氣液攪拌功率開啟空氣壓縮機(jī)，調(diào)節(jié)氣體流量計(jì)的空氣流量為定值（如300L/h）.在上述每一轉(zhuǎn)速下記錄以下數(shù)據(jù)：電機(jī)的電壓（V）、電流（A）、轉(zhuǎn)速n（r/min）。在某一轉(zhuǎn)速下改變空氣流量，重復(fù)操作實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)一定把調(diào)速降為“0”方可關(guān)閉

25、攪拌調(diào)速。七、注意事項(xiàng)1電機(jī)調(diào)速一定是從“（開始，調(diào)速過(guò)程要慢，否則易損壞電機(jī)。2不得隨便移動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置。3本實(shí)驗(yàn)沒(méi)有測(cè)氣液混合后的密度和粘度。（無(wú)粘度計(jì)）八、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理（一）數(shù)據(jù)計(jì)算1液相攪拌功率：水溫：密度：粘度：攪拌器直徑：nIVNNpRe2氣液攪拌功率氣體流量Q=（注意：轉(zhuǎn)速與前面一致）nIVNgNg/NNa轉(zhuǎn)速n=,不通氣時(shí)的1=,V=N=QIVNgNg/NNa（二）作圖1在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上可標(biāo)繪出N-Re與Np與Re的關(guān)系曲線。2在直角坐標(biāo)紙上作Ng/NNa曲線，確定常數(shù)a,b或a,b思考題：攪拌功率受哪些因素的影響？如何提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性？實(shí)驗(yàn)六恒壓過(guò)濾常數(shù)測(cè)定(板框過(guò)濾機(jī)

26、)過(guò)濾是利用過(guò)濾介質(zhì)進(jìn)行液一固混合系統(tǒng)的分離過(guò)程，過(guò)濾介質(zhì)通常采用帶有許多毛細(xì)孔的物質(zhì)如濾布、毛織物、多孔陶瓷等。含有固體顆粒的懸浮液在一定壓力差的作用下液體通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)，固體顆粒被截留在介質(zhì)表面上，從而使液固兩相分離。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c內(nèi)容1掌握恒壓過(guò)濾常數(shù)K、通過(guò)單位過(guò)濾面積虛擬濾液量qe、虛擬過(guò)濾時(shí)間e的測(cè)定方法，加深對(duì)K、qe、e的概念和影響因素的理解。學(xué)習(xí)濾餅的壓縮性指數(shù)s和物料常數(shù)k的測(cè)定方法。學(xué)習(xí)q一類關(guān)系的實(shí)驗(yàn)確定方法。dq二、實(shí)驗(yàn)原理恒壓過(guò)濾常數(shù)K、qe、e的測(cè)定方法：在過(guò)濾過(guò)程中，由于固體顆粒不斷地被截留在介質(zhì)表面上，濾餅厚度增加，液體流過(guò)固體顆粒之間的孔道加長(zhǎng)，而使流體阻力增

27、加，故恒壓過(guò)濾時(shí)，過(guò)濾速率逐漸下降。隨著過(guò)濾進(jìn)行，若得到相同的濾液量，貝y過(guò)濾時(shí)間增加。恒壓過(guò)濾方程2(qqe)K(e)式中：q單位過(guò)濾面積獲得的濾液體積，m3/m2;qe單位過(guò)濾面積上的虛擬濾液體積，m3/m2;實(shí)際過(guò)濾時(shí)間，S；e虛擬過(guò)濾時(shí)間，S；K過(guò)濾常數(shù)，m2/s。將式6-9進(jìn)行微分可得：-q-qedqKK這是一個(gè)直線方程式，于普通坐標(biāo)上標(biāo)繪q的關(guān)系，可得直線。其斜率為-，截dqK22距為匸qe，從而求出K、qe。至于e可由下式求出：qeKeK當(dāng)各數(shù)據(jù)點(diǎn)的時(shí)間間隔不大時(shí)，可用增量之比一來(lái)代替。dqq在本實(shí)驗(yàn)裝置中，若在計(jì)量瓶中收集的濾液量達(dá)到100ml時(shí)作為恒壓過(guò)濾時(shí)間的零點(diǎn)。那么，在

28、此之前從真空吸濾器出口到計(jì)量瓶之間的管線中已有的濾液再加上計(jì)量瓶中100ml濾液，這兩部分濾液可視為常量(用q表示)，這些濾液對(duì)應(yīng)的濾餅視為過(guò)濾介質(zhì)以外的另一層過(guò)濾介質(zhì)。在整理數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)考慮進(jìn)去，則方程式6-10變?yōu)椋?2Vq(qeq)q(各套V為200ml)qKKA過(guò)濾常數(shù)的定義式：K2kp1s兩邊取對(duì)數(shù)lgK(1s)lgplg(2k)因k常數(shù)，故K與p的關(guān)系在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上標(biāo)繪時(shí)應(yīng)是一條直線，直線的斜率r為1s，由此可得濾餅的壓縮性指數(shù)s，然后代入式6-12求物料特性常數(shù)k。三、主要設(shè)備參數(shù)：1旋渦泵：型號(hào)：2攪拌器：型號(hào):KDZ-1;功率:160w轉(zhuǎn)速：3200轉(zhuǎn)/分；3過(guò)濾板:規(guī)格:160

29、*180*11（mm）。4濾布：型號(hào)工業(yè)用；過(guò)濾面積0.0475m2。計(jì)量桶：第1套長(zhǎng)282mm、寬325mm。四、實(shí)驗(yàn)流程：流程圖：（見圖一）rM-llIIIIIIIP,、IT圖一恒壓過(guò)濾實(shí)驗(yàn)流示意圖1調(diào)速器;2電動(dòng)攪拌器;3、4、6、11、14閥門；5、7壓力表8板框過(guò)濾機(jī)；9壓緊裝置;10濾漿槽；12旋渦泵；13-計(jì)量桶。如圖一所示，濾漿槽內(nèi)配有一定濃度的輕質(zhì)碳酸鈣懸浮液（濃度在2-4%左右），用電動(dòng)攪拌器進(jìn)行均勻攪拌（漿液不出現(xiàn)旋渦為好）。啟動(dòng)旋渦泵，調(diào)節(jié)閥門3使壓力表5指示在規(guī)定值。濾液在計(jì)量桶內(nèi)計(jì)量。過(guò)濾、洗滌管路如圖二示：罔二楹框過(guò)瀝肌固定頭管路分祁岡五實(shí)驗(yàn)方法及步驟：1系統(tǒng)接上

30、電源，打開攪拌器電源開關(guān)，啟動(dòng)電動(dòng)攪拌器2。將濾液槽10內(nèi)漿液攪拌均勻。2板框過(guò)濾機(jī)板、框排列順序?yàn)椋汗潭^-非洗滌板-框-洗滌板-框-非洗滌板-可動(dòng)頭。用壓緊裝置壓緊后待用。3使閥門3處于全開、閥4、6、11處于全關(guān)狀態(tài)。啟動(dòng)旋渦泵12,調(diào)節(jié)閥門3使壓力表5達(dá)到規(guī)定值。4待壓力表5穩(wěn)定后，打開過(guò)濾入口閥6過(guò)濾開始。當(dāng)計(jì)量桶13內(nèi)見到第一滴液體時(shí)按表計(jì)時(shí)。記錄濾液每增加高度20mm時(shí)所用的時(shí)間。當(dāng)計(jì)量桶13讀數(shù)為160mm時(shí)停止計(jì)時(shí)，并立即關(guān)閉入口閥6。5打開閥門3使壓力表5指示值下降。開啟壓緊裝置卸下過(guò)濾框內(nèi)的濾餅并放回濾漿槽內(nèi)，將濾布清洗干凈。放出計(jì)量桶內(nèi)的濾液并倒回槽內(nèi)，以保證濾漿濃度恒

31、定。6改變壓力，從（2）開始重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。7每組實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)用洗水管路對(duì)濾餅進(jìn)行洗滌，測(cè)定洗滌時(shí)間和洗水量。8實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)閥門11接上自來(lái)水、閥門4接通下水，關(guān)閉閥門3對(duì)泵及濾漿進(jìn)出口管進(jìn)行沖洗。六、注意事項(xiàng)：1）過(guò)濾板與框之間的密圭寸墊應(yīng)注意放正，過(guò)濾板與框的濾液進(jìn)出口對(duì)齊。用搖柄把過(guò)濾設(shè)備壓緊，以免漏液。2）計(jì)量桶的流液管口應(yīng)貼桶壁，否則液面波動(dòng)影響讀數(shù)。3）實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)關(guān)閉閥門3。用閥門11、4接通自來(lái)水對(duì)泵及濾漿進(jìn)出口管進(jìn)行沖洗。切忌將自來(lái)水灌入儲(chǔ)料槽中。4）電動(dòng)攪拌器為無(wú)級(jí)調(diào)速。使用時(shí)首先接上系統(tǒng)電源，打開調(diào)速器開關(guān)，調(diào)速鈕一定由小到大緩慢調(diào)節(jié)，切勿反方向調(diào)節(jié)或調(diào)節(jié)過(guò)快損壞電機(jī)。5）啟動(dòng)

32、攪拌前，用手旋轉(zhuǎn)一下攪拌軸以保證順利啟動(dòng)攪拌器。實(shí)驗(yàn)七化工傳熱綜合實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)對(duì)空氣-水蒸氣簡(jiǎn)單套管換熱器的實(shí)驗(yàn)研究，掌握對(duì)流傳熱系數(shù)i的測(cè)定方法，加深對(duì)其概念和影響因素的理解。并應(yīng)用線性回歸分析方法，確定關(guān)聯(lián)式Nu=ARemPr0.4中常數(shù)A、m的值。通過(guò)對(duì)管程內(nèi)部插有螺旋線圈的空氣一水蒸氣強(qiáng)化套管換熱器的實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)定其準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式Nu=BRem中常數(shù)B、m的值和強(qiáng)化比Nu/Nuo,了解強(qiáng)化傳熱的基本理論和基本方式。TOCo1-5hz求取簡(jiǎn)單套管換熱器、強(qiáng)化套管換熱器的總傳熱系數(shù)Ko。了解熱電偶溫度計(jì)的使用。、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1測(cè)定56個(gè)不同空氣流速下簡(jiǎn)單套管換熱器的對(duì)流傳熱系數(shù)i。2對(duì)i

33、的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，求關(guān)聯(lián)式Nu=ARe中r0.4中常數(shù)A、m的值。測(cè)定56個(gè)不同空氣流速下強(qiáng)化套管換熱器的對(duì)流傳熱系數(shù)i。對(duì)i的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，求關(guān)聯(lián)式Nu=BRem中常數(shù)B、m的值。同一流量下，按實(shí)驗(yàn)一所得準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式求得Nu，計(jì)算傳熱強(qiáng)化比Nu/Nuo。在同一流量下分別求取一次簡(jiǎn)單套管換熱器、強(qiáng)化套管換熱器的總傳熱系數(shù)Ko。、實(shí)驗(yàn)原理：1對(duì)流傳熱系數(shù)i的測(cè)定對(duì)流傳熱系數(shù)i可以根據(jù)牛頓冷卻定律，用實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定QiitmiSi(6-14)式中：i管內(nèi)流體對(duì)流傳熱系數(shù)，Qi管內(nèi)傳熱速率，W;S管內(nèi)換熱面積：m2;W/(m2?C)；tmi管內(nèi)流體空氣與管內(nèi)壁面的平均溫差，C。平均溫差由下式

34、確定：tmitw（5且）（6-15）2式中：ti1,ti2冷流體空氣的入口、出口溫度，C；tw壁面平均溫度，C。因?yàn)閭鳠峁転樽香~管，其導(dǎo)熱系數(shù)很大，而管壁又薄，故認(rèn)為內(nèi)壁溫度、外壁溫度和壁面平均溫度近似相等，用tw來(lái)表示。管內(nèi)換熱面積：SidiLi（6-16）式中：di傳熱管內(nèi)徑，m;Li傳熱管測(cè)量段的實(shí)際長(zhǎng)度，m。由熱量衡算式：其中質(zhì)量流量由下式求得:WiVii3600式中：Vi冷流體在套管內(nèi)的平均體積流量，m3/h;Cpi冷流體的定壓比熱，kJ/(kgC)p冷流體的密度，kg/m3。Cpi和p可根據(jù)定性溫度tm查得，tm也如為冷流體進(jìn)出口平均溫度。22.對(duì)流傳熱系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的實(shí)驗(yàn)確定流體

35、在管內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí)，處于被加熱狀態(tài)，準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的形式為(6-19)(6-19)NuiAReimPrin.其中：NuidiiReiPncpii物性數(shù)據(jù)入、Cpi、pl、pI可根據(jù)定性溫度tm查得。經(jīng)過(guò)計(jì)算可知，對(duì)于管內(nèi)被加熱的空氣，普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pri變化不大，可以認(rèn)為是常數(shù)，則關(guān)聯(lián)式的形式簡(jiǎn)化為:NuiAReimPr,4這樣通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定不同流量下的Rei與Ng，然后用線性回歸方法確定A和m的值。3.強(qiáng)化比的確定強(qiáng)化傳熱能減小傳熱面積，以減小換熱器的體積和重量；提高現(xiàn)有換熱器的換熱能力；使換熱器能在較低溫差下工作。強(qiáng)化傳熱的方法有多種，本實(shí)驗(yàn)裝置是采用在換熱器內(nèi)管插入螺旋線圈的方法來(lái)強(qiáng)化傳熱的。螺旋

36、線圈的結(jié)構(gòu)圖如圖6-3所示，螺旋線圈由直徑(6-20)1mm鋼絲按一定節(jié)距繞成。將金屬螺旋線圈插入并固定在管內(nèi)，流體一面由于螺旋線圈的作用而發(fā)生旋轉(zhuǎn)，一面還周期性地受到線圈的螺旋金屬絲的擾動(dòng)，因而可以使傳熱強(qiáng)化。由于繞制線圈的金屬絲直徑很細(xì)，流體旋流強(qiáng)度也較弱，所以阻力較小，有利于節(jié)省能源。螺旋線圈是以線圈節(jié)距H與管內(nèi)徑d的比值技術(shù)參數(shù)，且節(jié)距與管內(nèi)徑比是影響傳熱效果和阻力系數(shù)的重要因素?？茖W(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究總結(jié)了形式為NuBRem的經(jīng)驗(yàn)公式，其中B和m的值因螺旋絲尺寸不同而不同。在本實(shí)驗(yàn)中，測(cè)定不同流量下的Rei與Nuj，用線性回歸方法可確定B和m的值。單純研究強(qiáng)化效果(不考慮阻力的影響)，可

37、以用強(qiáng)化比的概念作為評(píng)判準(zhǔn)則，它的形式是：NuNu。，其中Nu是強(qiáng)化管的努塞爾準(zhǔn)數(shù)，Nuo是普通管的努塞爾準(zhǔn)數(shù)，顯然，強(qiáng)化比NuNu。1,而且它的值越大，強(qiáng)化效果越好。需要說(shuō)明的是，如果評(píng)判強(qiáng)化方式的真正效果和經(jīng)濟(jì)效益，則必須考慮阻力因素，只有強(qiáng)化比較高，且阻力系數(shù)較小的強(qiáng)化方式,才是最佳的強(qiáng)化方法。換熱器總傳熱系數(shù)Ko的確定實(shí)驗(yàn)中若忽略換熱器的熱損失,實(shí)驗(yàn)中若忽略換熱器的熱損失,在定態(tài)傳熱過(guò)程中,空氣升溫獲得的熱量與對(duì)流傳遞的熱量及換熱器的總傳熱量均相等:QiWeeti1)i1K0Sotm(6-21)即以外表面為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù):K0S0tm(6-22)式中傳熱量Q已由式（6-17）得到,管

38、外徑為基準(zhǔn)的換熱面積:S0doLi式中傳熱間壁兩側(cè)對(duì)數(shù)平均溫度差:tm(Ts如)(TsTsti1InTsti2ti2)(6-23)在同一流量下分別求取一次簡(jiǎn)單套管換熱器、強(qiáng)化套管換熱器的總傳熱系數(shù)Ko，并比較兩種套管換熱器Ko值的大小。四、實(shí)驗(yàn)流程及設(shè)備主要參數(shù)1、實(shí)驗(yàn)流程：1、普通套管換熱器；2、內(nèi)插有螺旋線圈的強(qiáng)化套管換熱器；3、蒸汽發(fā)生器；4、旋渦氣泵；5、旁路調(diào)節(jié)閥；6、孔板流量計(jì)；7、風(fēng)機(jī)出口溫度(冷流體入口溫度)測(cè)試點(diǎn)；8、9空氣支路控制閥；10、11、蒸汽支路控制閥；12、13、蒸汽放空口；14、蒸汽上升主管路；15、加水口；16、放水口；17、液位計(jì)；18、冷凝液回流口；19、

39、電動(dòng)旁路調(diào)節(jié)閥2、主要設(shè)備參數(shù):傳熱管參數(shù)：表1實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)3空氣流量計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)管內(nèi)徑di(mm)20.00實(shí)驗(yàn)內(nèi)管外徑do(mm)22.0實(shí)驗(yàn)外管內(nèi)徑Di(mm)50實(shí)驗(yàn)外管外徑Do(mm)57.0測(cè)量段(紫銅內(nèi)管)長(zhǎng)度1(m)1.00強(qiáng)化內(nèi)管內(nèi)插物(螺旋線圈)尺寸絲徑h(mm)1節(jié)距H(mm)40加熱釜操作電壓W200伏操作電流W10安由孔板與壓力傳感器及數(shù)字顯示儀表組成空氣流量計(jì)?？諝饬髁坑晒?計(jì)算。Vt018.113(P)0.62031其中，Vt0-20C下的體積流量，m3/h；P-孔板兩端壓差，Kpa-空氣入口溫度(及流量計(jì)處溫度)下密度，kg/m3。要想得到實(shí)驗(yàn)條件下的空氣流量

40、V(m3/h)則需按下式計(jì)算22273t273t0其中，V-實(shí)驗(yàn)條件(管內(nèi)平均溫度)下的空氣流量，m3/h；t-換熱器管內(nèi)平均溫度，C；t1-傳熱內(nèi)管空氣進(jìn)口(即流量計(jì)處)溫度，c。4溫度測(cè)量空氣入傳熱管測(cè)量段前的溫度t1(C)由電阻溫度計(jì)測(cè)量，可由數(shù)字顯示儀表直接讀出?？諝獬鰝鳠峁軠y(cè)量段時(shí)的溫度t2(C)由電阻溫度計(jì)測(cè)量，可由數(shù)字顯示儀表直接讀出。管外壁面平均溫度tw(C)由數(shù)字式毫伏計(jì)測(cè)出與其對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)E(mv),熱電偶是由銅T康銅組成),再由E根據(jù)公式：tw(C)=1.2705+23.518E(mv)計(jì)算得到。電加熱釜是產(chǎn)生水蒸汽的裝置,使用體積為7升(加水至液位計(jì)的上端紅線),?內(nèi)裝

41、有一支2.5kw的螺旋形電熱器,當(dāng)水溫為30C時(shí)，用200伏電壓加熱釣25分鐘后水便沸騰,為了安全和長(zhǎng)久使用,建議最高加熱(使用)電壓不超過(guò)200伏(由固態(tài)調(diào)壓器調(diào)節(jié))。氣源(鼓風(fēng)機(jī))又稱旋渦氣泵,XGB-2型，電機(jī)功率約0.75KW(使用三相電源),在本實(shí)驗(yàn)裝置上,產(chǎn)生的最大和最小空氣流量基本滿足要求。使用過(guò)程中,?輸出空氣的溫度呈上升趨勢(shì)。電動(dòng)旁路調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)過(guò)程控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，型號(hào)QSVW-16K。通過(guò)對(duì)旁路的開關(guān)量來(lái)控制進(jìn)入換熱器的空氣流量。A/D轉(zhuǎn)換卡ARTPCI2003數(shù)據(jù)通訊MOXAINDUSTRIOCP-132五、實(shí)驗(yàn)操作：實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備,檢查工作.向電加熱釜加水至液位計(jì)上端

42、紅線處。向冰水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。檢查蒸氣管支路各控制閥是否已打開。保證蒸汽和空氣管線的暢通。接通電源總閘，設(shè)定加熱電壓，啟動(dòng)電加熱器開關(guān)，開始加熱?；蛴捎?jì)算機(jī)控制加熱。加熱電壓170-190V。實(shí)驗(yàn)操作：一段時(shí)間后水沸騰,水蒸汽自行充入普通套管換熱器外管，觀察蒸汽排出口有恒量蒸汽排出，標(biāo)志著實(shí)驗(yàn)可以開始。約加熱十分鐘后，可提前啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，保證實(shí)驗(yàn)開始時(shí)空氣入口溫度ti(C)比較穩(wěn)定。用儀表調(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(當(dāng)旁路閥全開時(shí),通過(guò)傳熱管的空氣流量為所需的最小值,全關(guān)時(shí)為最大值)。儀表調(diào)節(jié)方法：同時(shí)按住set鍵和A/M鍵，用

43、-鍵和1鍵調(diào)節(jié)閥門開度。如果想讓儀表恢復(fù)自控，則再同時(shí)按住set鍵和A/M鍵。也可利用儀表的控制功能調(diào)節(jié)流量：長(zhǎng)set按鍵，當(dāng)儀表pv欄顯示su時(shí)，用鍵和1鍵調(diào)節(jié)sv欄中的數(shù)值，至需要達(dá)到的壓差數(shù)(即孔板流量計(jì)壓差，測(cè)量空氣流量)后，即可等待儀表自行控制。穩(wěn)定5-8分鐘左右可轉(zhuǎn)動(dòng)各儀表選擇開關(guān)讀取t1，t2，E值。(注意：第1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)必須穩(wěn)定足夠的時(shí)間)重復(fù)(3)與(4)共做710個(gè)空氣流量值。最小，最大流量值一定要做。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，加熱電壓可以保持(調(diào)節(jié))不變，也可隨空氣流量的變化作適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。3轉(zhuǎn)換支路，重復(fù)步驟2或3的內(nèi)容，進(jìn)行強(qiáng)化套管換熱器的實(shí)驗(yàn)。測(cè)定710組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。4實(shí)驗(yàn)結(jié)束.(

44、1)關(guān)閉加熱器開關(guān)。過(guò)5分鐘后關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)，并將旁路閥全開。切段總電源若需幾天后再做實(shí)驗(yàn)，則應(yīng)將電加熱釜和冰水保溫瓶中的水放干凈。六、實(shí)驗(yàn)設(shè)備注意事項(xiàng)：1由于采用熱電偶測(cè)溫，所以實(shí)驗(yàn)前要檢查冰桶中是否有冰水混合物共存。檢查熱電偶的冷端，是否全部浸沒(méi)在冰水混合物中。2檢查蒸汽加熱釜中的水位是否在正常范圍內(nèi)。特別是每個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行下一實(shí)驗(yàn)之前，如果發(fā)現(xiàn)水位過(guò)低，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)給水量。3必須保證蒸汽上升管線的暢通。即在給蒸汽加熱釜電壓之前，兩蒸汽支路控制閥之一必須全開。在轉(zhuǎn)換支路時(shí)，應(yīng)先開啟需要的支路閥，再關(guān)閉另一側(cè)，且開啟和關(guān)閉控制閥必須緩慢，防止管線截?cái)嗷蛘羝麎毫^(guò)大突然噴出。4必須保證空氣管線的暢

45、通。即在接通風(fēng)機(jī)電源之前，兩個(gè)空氣支路控制閥之一和旁路調(diào)節(jié)閥必須全開。在轉(zhuǎn)換支路時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉風(fēng)機(jī)電源，然后開啟和關(guān)閉控制閥。七、附錄：1數(shù)據(jù)處理方法：孔板流量計(jì)壓差P=0.60Kpa、進(jìn)口溫度ti=22.4C、出口溫度t2=62.8C壁面溫度熱電勢(shì)4.20mv。已知數(shù)據(jù)及有關(guān)常數(shù)：傳熱管內(nèi)徑di(mm)及流通斷面積F(m2).di=20.0(mm),=0.0200(m);F=ndi2)/4=3.142(0.0200)2/4=0.0003142(m2).傳熱管有效長(zhǎng)度L(m)及傳熱面積Si(m2).L=1.00(m)si=nLc=0.06284(m2).t1(C)為孔板處空氣的溫度，為由此值查得

46、空氣的平均密度(1，例如：t1=22.4C,查得=1.19Kg/m3。傳熱管測(cè)量段上空氣平均物性常數(shù)的確定.先算出測(cè)量段上空氣的定性溫度t(C)為簡(jiǎn)化計(jì)算，取t值為空氣進(jìn)口溫度t1(C)及出口溫度t2(C)的平均值,即t出口溫度t2(C)的平均值,即t2=42.6(C)p=1.12(Kg/m3);Cp=1005(J/Kg-K);此查得：測(cè)量段上空氣的平均密度測(cè)量段上空氣的平均比熱測(cè)量段上空氣的平均導(dǎo)熱系數(shù)入=0.0277/mK);測(cè)量段上空氣的平均粘度尸0.0000192(Pas);傳熱管測(cè)量段上空氣的平均普蘭特準(zhǔn)數(shù)的0.4次方為：Pr0.4=0.696.4=0.865空氣流過(guò)測(cè)量段上平均體積

47、V(m3/h)的計(jì)算：Vt018.113(P)0620318.113(0.60)0620313.13(m3/h)VVt0273t273t113.1327342.602732014.21(m3/h)冷熱流體間的平均溫度差tm：C)的計(jì)算：Tw=1.2705+23.5184.20=100.(C)tmTwtmTw勺乞(C)2(7)其余計(jì)算：傳熱速率(W)3600仏21行11005(62.828)180(w)3600iQ/tm$180/(57.450.06284)50(W/m2-C)傳熱準(zhǔn)數(shù)Nujdj/500.0200/0.027736測(cè)量段上空氣的平均流速uV/F360014.21/(0.00031

48、423600)12.57(m/s)雷諾準(zhǔn)數(shù)Redi=14638(8)作圖、回歸得到準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式NuARemPr0.4中的系數(shù)。(9)重復(fù)(1)-(8)步，處理強(qiáng)化管的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。作圖、回歸得到準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式NuBRem中的系數(shù)。Nu0.0215Re0.788Pr04實(shí)驗(yàn)八、板式塔塔板的水力學(xué)性能測(cè)定、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)了解塔設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和塔板（篩孔、浮閥、泡罩、固舌）的基本結(jié)構(gòu)，觀察氣液兩相在不同類型塔板上氣T夜的流動(dòng)與接觸狀況，加深對(duì)塔性能的解。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通過(guò)冷模實(shí)驗(yàn)可以觀察到實(shí)驗(yàn)塔內(nèi)正常與幾種不正常的操作現(xiàn)象，并進(jìn)行塔板壓降的測(cè)量。?通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得每種塔板的負(fù)荷性能圖。三、主要設(shè)備參數(shù)：板式塔塔高

49、：920mm塔徑：100X5材料為有機(jī)玻璃板間距：180mm空氣孔板流量計(jì)：孔徑17mmC。C。A。d4其中：Q流量（m3/s）C0-孔板流量計(jì)孔流系數(shù)（C0-0.67）d0-流量計(jì)孔流直徑（m2）P-孔板流量計(jì)壓差（Pa）XGB-2旋渦氣泵SZ037水泵四、實(shí)驗(yàn)流程實(shí)驗(yàn)設(shè)備流程示意圖（見圖一），板式塔由下向上,?由塔底流，板式塔由下向上,?由塔底流如圖一所示，空氣由旋渦氣泵經(jīng)過(guò)孔板流量計(jì)計(jì)量后輸送到板式塔塔底的塔板依次是篩板、浮閥、泡罩、舌形塔板液體則由離心泵經(jīng)過(guò)孔板流量計(jì)計(jì)量后由塔頂進(jìn)入塔內(nèi)并與空氣進(jìn)行接觸回水箱內(nèi)。nKzi乩啜流量計(jì)陌ui送壓繪rt寧氣甫.目M圖一、板式曙胚梅示意圖五、實(shí)

50、驗(yàn)方法：首先向水槽內(nèi)放入一定數(shù)量的蒸餾水，將空氣流量調(diào)節(jié)閥放置開的位置，?將離心泵流量調(diào)節(jié)閥關(guān)上。啟動(dòng)旋渦氣泵改變空氣流量分別測(cè)定四塊塔板的干板壓降。將流程圖示下路打開上路關(guān)閉后啟動(dòng)離心泵，分別改變空氣、液體流量，用觀察法測(cè)出篩板的操作負(fù)荷性能圖。將下路打開關(guān)閉上路，分別改變空氣流量、液體流量，測(cè)定其四塊塔板的壓降，同時(shí)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)先關(guān)閉水流量，待塔內(nèi)液體大部分流回到塔底時(shí)再關(guān)閉旋渦氣泵。六、注意事項(xiàng)：為保護(hù)有機(jī)玻璃塔的透明度，實(shí)驗(yàn)用水必須采用蒸餾水。開車時(shí)先開旋渦氣泵后開離心泵，停車反之，？這樣避免板式塔內(nèi)的液體灌入風(fēng)機(jī)中。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每改變空氣流量或水流量時(shí)，必須待其穩(wěn)定后關(guān)察其

51、現(xiàn)象和測(cè)取數(shù)據(jù)。若U型管壓差計(jì)指示液面過(guò)高時(shí)將導(dǎo)壓管取下用吸耳球吸出指示液。水箱必須充滿水，否則空氣壓力過(guò)大易走短路。七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果（參考值）1.干板時(shí)每塊塔板的壓降水流量0（升/時(shí)）溫度14C1234空氣孔板流量計(jì)U型管壓差計(jì)讀數(shù)（毫米水柱）175796200空氣流量（m3/h）0.1570.2880.3740.540篩板壓降及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象491733浮閥壓降及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象11102147泡罩壓降及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象8112873舌形壓降及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象102338752.在空氣流量一定時(shí)每塊塔板的壓降及操作現(xiàn)象從以上實(shí)驗(yàn)可以觀察到實(shí)驗(yàn)塔內(nèi)幾種不正常的操作現(xiàn)象，并得泡罩塔板壓降最大，篩板塔板最空氣孔板流量計(jì)U型管壓差

52、計(jì)讀數(shù)（mmH2O）28空氣流量（m3/h）0.202水流量（升/時(shí)）204060篩板壓降及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象9（正常）24（正常）34（正常）浮閥壓降及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象45（正常）50（正常）45（正常）泡罩壓降及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象51（正常）60（液泛）64（液泛）舌形壓降及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象43（正常）46（正常）83（液沫夾帶）小,泡罩塔板容易液泛。3.篩塔塔板操作的測(cè)定固定空氣流量，改變液體流量空氣孔板流量計(jì)U型管壓差計(jì)讀數(shù)（mmH2O）20空氣流量0.170（m3/h）水流量（升/時(shí)）1020406080100篩板壓降222528344240實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象正常正常正常正常正常漏液固定液體流量，改變空氣流量水流量40（升/時(shí)）

53、空氣孔板流量計(jì)U型管壓差計(jì)讀數(shù)（mmH20）71100200空氣流量（m3/h）0.3210.3810.540篩板壓降及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象323854實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象正常正常霧沫夾帶固定液體流量，改變空氣流量水流量100（升/時(shí)）空氣孔板流量計(jì)U型管壓差計(jì)讀數(shù)（mmH2O）1660100空氣流量（m3/h）0.1520.2950.381篩板壓降及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象354455實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象正常正常霧沫夾帶為讓實(shí)驗(yàn)的學(xué)生能同時(shí)看到幾種塔板，？本實(shí)驗(yàn)裝置所采用的實(shí)驗(yàn)塔為四種塔板復(fù)合而成它較之采用四個(gè)塔并列裝置，具有流程簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但在設(shè)計(jì)和測(cè)試中卻帶來(lái)了一定困難。由于四塊塔板具有各自的性能，？在同一操作條件下每塊塔板的操作狀況不同

54、且相互影響，？我們所測(cè)篩板塔板的操作負(fù)荷性能圖是用目測(cè)法來(lái)確定的誤差一定會(huì)很大?？諝饬髁?/hA-B為液沫夾帶線B-D為最大液相線C-D為漏液線A-C為最小液相線液體流量（l/h）空氣流量0.54（m3/h）液體流量10（l/h）空氣流量0.15（m3/h）液體流量100（l/h）實(shí)驗(yàn)九、空氣（氨）水填料吸收塔性能測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解填料吸收塔的操作原理和實(shí)驗(yàn)方法；2測(cè)定干填料塔單位填料高度的壓力降A(chǔ)p與空氣氣速的變化關(guān)系；3在一定的水噴淋密度下，測(cè)定濕填料塔單位填料高度的壓力降A(chǔ)p與空氣氣速的變化關(guān)系，并確定泛點(diǎn)速度；4以氨吸收為對(duì)象測(cè)定填料塔的傳質(zhì)單元數(shù)NOG、傳質(zhì)單元高度HOG、總體

55、積吸收系數(shù)KYa.二、實(shí)驗(yàn)原理：（1）液泛現(xiàn)象填料塔的壓力降與填料的性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)無(wú)液體通過(guò)時(shí)，壓力降與空塔氣速成正比，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上為線性關(guān)系。而有一定噴淋密度的液體通過(guò)填料層時(shí)，氣速變化小時(shí)壓力降的變化與空塔一致；當(dāng)氣速增大到某一值，壓力降的變化突然加大，此時(shí)填料表面載液量增多，氣體通過(guò)受阻，達(dá)到了載點(diǎn)；當(dāng)氣速再增大，壓力降變化急劇增大，此時(shí)液體不能順利下流，填料塔充滿液體，產(chǎn)生了液泛現(xiàn)象，塔工作不正常，剛開始產(chǎn)生液泛的速度稱為液泛速度UF。實(shí)際操作氣速u=（0.5-0.8）UF.以轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)空氣、水、氨的體積流量，空氣和氨的體積流量需校正。故必須測(cè)進(jìn)入流量計(jì)的空氣和氨的溫度，再查標(biāo)準(zhǔn)校

56、正曲線（見說(shuō)明書），確定實(shí)際流量。以U型管壓差計(jì)測(cè)填料層壓力降A(chǔ)p（mmH2O）。（2）吸收操作濃度計(jì)算：以清水逆流吸收Air（NH3）中的氨氣，清水中X2=0；原料氣Air（NH3）中氨含量Y1靠流量計(jì)控制，VNH3/VAir=0.0151=實(shí)際VNH3與實(shí)際VAir之比。塔頂尾氣中氨含量Y2通過(guò)預(yù)先裝有5ml、0.005M的硫酸吸收瓶來(lái)分析，靠量氣管量取達(dá)到終點(diǎn)所需尾氣的體積V量，若量氣管溫度為T量，則：Y2=2MH2SO4*VH2SO4/（V量*273/T量）/22.4塔底吸收液的濃度Xi靠滴定分析，移取10ml塔底吸收液，加2滴甲基橙，再以0.05M的硫酸滴定至橙紅色。記錄所消耗的體積

57、V硫酸，則：M1=2MH2SO4*V硫酸/10,X1=18M1/1000（3）NOG、HOG、Kva.的計(jì)算測(cè)出吸收液的溫度，從相平衡曲線上查出相平衡常數(shù)m.AY1=丫1-Y1*=丫1-mX1,AY=丫2-丫2*=丫2-mX2則平均推動(dòng)力為：AYm=（AY1-AY2）/ln（A1/YAY2）,NOG=（丫1-丫2）/AmY填料層高度Z=HogNog,Hog=（V空氣*273）/（22.4*T空氣）/KYa*Q,-塔橫截面積。Z已知，則可求Hog，最后求出總體積吸收系數(shù)KYa。三、實(shí)驗(yàn)儀器與試劑：填料吸收裝置一套，配有空氣鼓風(fēng)機(jī)、氨氣鋼瓶及減壓表。塔系硼酸玻璃管，裝10*10*1.5瓷拉西環(huán)，填

58、料層高度Z=0.4m,塔內(nèi)徑D=0.075m分析：50ml酸式滴定管一支，鐵架臺(tái)，5ml、10ml移液管各一支，250ml錐形瓶2個(gè)，吸耳球一個(gè)，0.05M、0.005M硫酸各500ml,甲基橙指示劑一瓶。（新）填料塔的塔體為100X5mm有機(jī)玻璃管制成，填料層高度學(xué)生自行測(cè)取20.水四、實(shí)驗(yàn)步驟：1空氣旁路閥全開，只啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，調(diào)空氣流量由小到大，依次讀取壓力降轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)、和空氣溫度。標(biāo)繪p/Zu的曲線。2先將空氣流量調(diào)至0,打開水保持噴淋量為4OL/h,慢慢調(diào)空氣流量，直到觀察到液泛現(xiàn)象，并確定液泛氣速。讀數(shù)同1,并記錄。3將水流量調(diào)到301/h,控制原料氣中氨濃度，氨流量選為0.02

59、(m3/h),靠減壓閥控制。在空氣、氨氣和水的流量基本穩(wěn)定后，記錄各流量計(jì)讀數(shù)以及空氣、氨氣溫度，塔底排出液溫度；并分析塔頂尾氣及塔底吸收液的濃度。4尾氣分析：(見說(shuō)明書)5吸收液分析：接取200ml的吸收液加蓋。再取10ml進(jìn)行滴定分析。6實(shí)驗(yàn)結(jié)束，先關(guān)氨氣、再關(guān)水，最后關(guān)空氣。五、數(shù)據(jù)記錄與處理：1干填料層p/Z-u關(guān)系Z=0.4m,D=0.075m序號(hào)填料壓降A(chǔ)p(mmH2O)Ap/ZmmH2O/m空氣流量讀數(shù)(m3/h)空氣溫度C校正后空氣流量(m3/h)空塔氣速(m/s)1234567892噴淋量為401/h時(shí)，p/Z-u關(guān)系Z=0.4m,D=0.075m序號(hào)填料壓降A(chǔ)p(mmH2O

60、)Ap/ZmmH2O/m空氣流量讀數(shù)(m3/h)空氣溫度C校正后空氣流量(m3/h)空塔氣速(m/s)塔內(nèi)操作現(xiàn)象1塔內(nèi)正常3在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上作出p/Z-u變化曲線23456789開始積液:10塔內(nèi)積液11液泛12嚴(yán)重液泛:134氨吸收傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算；氣體：空氣一氨混合氣；吸收劑：水；10*10*1.5瓷拉西環(huán)，填料層高度Z=0.4m,塔內(nèi)徑D=0.075m思考題：如何提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性?實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)結(jié)果空氣流量空氣流量計(jì)讀數(shù)（m3/h）空氣在流量計(jì)處溫度C校正后空氣流量（m3/h）氨氣流里氨轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)（m3/h）氨的溫度C校正后氨的體積流量（m3/h）水的流量（L/h）30.0塔頂