化工原理實(shí)驗(yàn)講義(doc 55頁)

1、化工原理實(shí)驗(yàn)講義化工與環(huán)境學(xué)院化學(xué)工程與控制系化工原理實(shí)驗(yàn)室編寫說明近幾年來，本實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)裝置中的大部分都進(jìn)行了更新或改造。過去編寫的實(shí)驗(yàn)講義已經(jīng)不能適應(yīng)目前的狀況，兄弟院校的相關(guān)實(shí)驗(yàn)教程也由于裝置、內(nèi)容、重點(diǎn)等方面的差異而有一定的局限。所以有必要重新編寫一本適用的實(shí)驗(yàn)講義。這有助于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，改善教學(xué)效果。本實(shí)驗(yàn)講義的大部分內(nèi)容，曾經(jīng)以補(bǔ)充講義電子版的形式提供給2003和2004級(jí)兩個(gè)年級(jí)的本科生700多名同學(xué)試用，取得了比較滿意的效果。此次正式交付印刷，又增補(bǔ)了一些必要的基礎(chǔ)知識(shí)，各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的思考題，以及選修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容。第一、第二章由毋俊生執(zhí)筆，其余章節(jié)由鄧文生，康惠寶執(zhí)筆，

2、全書由劉文芳排版編輯。本次又根據(jù)2011年更換的設(shè)備，對(duì)流體阻力測(cè)定、干燥實(shí)驗(yàn)、雷諾實(shí)驗(yàn)部分進(jìn)行了修訂，并對(duì)其它部分的一些筆誤進(jìn)行了更正。雖然編者都具有較長(zhǎng)期指導(dǎo)本實(shí)驗(yàn)課程的經(jīng)歷，但受知識(shí)結(jié)構(gòu)、理解深度、認(rèn)識(shí)水平等方面的局限，不當(dāng)之處在所難免。期望使用本講義的老師和同學(xué)提出您的意見、建議和指正。 2007年7月 編2012年4月修訂 目 錄第 1 章化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技術(shù)21.1溫度的測(cè)量21.2壓力的測(cè)量31.3流量的測(cè)量5第 2 章實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分布及基本數(shù)據(jù)處理92.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分布92.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基本處理92.3實(shí)驗(yàn)報(bào)告的基本要求10第 3 章化工原理基本實(shí)驗(yàn)123.1流體流動(dòng)阻力的測(cè)定123.

3、2離心泵特性曲線的測(cè)定163.3對(duì)流傳熱系數(shù)的測(cè)定203.4填料塔壓降曲線和吸收系數(shù)的測(cè)定233.5精餾塔效率的測(cè)定283.6干燥速率曲線的測(cè)定323.7擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定353.8液液萃取塔的操作39第 4 章演示實(shí)驗(yàn)424.1雷諾實(shí)驗(yàn)424.2機(jī)械能守恒與轉(zhuǎn)換454.3邊界層形成與分離47第 5 章化工流動(dòng)過程綜合實(shí)驗(yàn)4854 第 1 章 化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技術(shù) 第 1 章 化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技術(shù)1.1 溫度的測(cè)量1. 常用的溫度計(jì)形式（1） 膨脹式溫度計(jì)實(shí)用的膨脹式溫度計(jì)有玻璃管液體溫度計(jì)，雙金屬片溫度計(jì)和壓力表式溫度計(jì)。（2） 玻璃管液體溫度計(jì)玻璃管液體溫度計(jì)利用液體的體積與溫度之間的關(guān)系，用毛細(xì)管內(nèi)

4、液體上升的高度來指示被測(cè)溫度。一般測(cè)量范圍在100 +600。這種溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)量精度較高（0.12.5級(jí)）。工作液體多使用汞和酒精，封裝時(shí)充入惰性氣體，以防止液柱斷開。（3） 雙金屬片溫度計(jì)雙金屬片溫度計(jì)制作成表盤指針形式。雙金屬片結(jié)合成一體，一端固定，另一端自由。由于不同金屬的熱膨脹系數(shù)的差異而產(chǎn)生彎曲變形，帶動(dòng)指針的位移。一般測(cè)量范圍在80 +600。這種溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，但測(cè)量精度不高（12.5級(jí)）。（4） 壓力表式溫度計(jì)壓力表式溫度計(jì)的工作原理與機(jī)械式壓力表相同。被封裝在測(cè)溫元件內(nèi)的液體或氣體，在定容條件下當(dāng)溫度變化時(shí)壓力隨著變化，帶動(dòng)與彈性元件相聯(lián)接的指針的位

5、移。一般測(cè)量范圍在0 +300。這種溫度計(jì)結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，但測(cè)量精度不高（12.5級(jí)）。（5） 熱電偶溫度計(jì)電偶是由兩種不同的導(dǎo)體在兩端相聯(lián)接組成的回路。兩種導(dǎo)體之間的接觸電勢(shì)隨溫度的變化而變化，同一種導(dǎo)體的兩端溫度不同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生溫差電勢(shì)。當(dāng)組成電偶的兩種導(dǎo)體一定時(shí)，回路中的電勢(shì)由電偶兩聯(lián)接點(diǎn)的溫度差決定，在電勢(shì)與溫度差之間建立起確定的關(guān)系。用來測(cè)定溫度差的電偶稱作熱電偶。在熱電偶回路中接入測(cè)量電勢(shì)的儀表就組成熱電偶溫度計(jì)。多數(shù)熱電偶的電勢(shì)與溫度差之間成近似線性關(guān)系。這種溫度計(jì)一般測(cè)量范圍在-200 +1800，精度較高（0.51.0級(jí)）。低溫時(shí)也可使用，但精度較差。使用時(shí)稍微麻煩一點(diǎn)，需要提

6、供一個(gè)冷端參考溫度（恒溫低溫?zé)嵩矗┮约皽y(cè)量電勢(shì)的外加電路。這類溫度計(jì)有的直接輸出電壓值，有的經(jīng)過儀表換算（模數(shù)轉(zhuǎn)換）輸出攝氏溫度值。也可以把電壓信號(hào)輸出到其它模數(shù)轉(zhuǎn)換接口（如微機(jī)接口）進(jìn)行處理或顯示。（6） 熱電阻溫度計(jì)利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值與溫度之間的確定關(guān)系制作的溫度計(jì)。它也需要外加電路來測(cè)量電阻。比如用標(biāo)準(zhǔn)電壓源測(cè)電流或用標(biāo)準(zhǔn)電流源測(cè)電壓。但是不需要提供參考溫度。這種溫度計(jì)一般測(cè)量范圍在200 +650，精度較高（0.53.0級(jí)）。低溫測(cè)量精度高于熱電偶溫度計(jì)。與熱電偶相比，測(cè)溫元件體積較大，響應(yīng)較慢，抗沖擊性較差。這類溫度計(jì)一般經(jīng)過儀表換算（模數(shù)轉(zhuǎn)換）輸出攝氏溫度值。也可以把電壓信號(hào)

7、輸出到其它模數(shù)轉(zhuǎn)換接口（如微機(jī)接口）進(jìn)行處理或顯示。（7） 非接觸式溫度計(jì)非接觸式溫度計(jì)采用檢測(cè)熱輻射強(qiáng)度的方法，用來測(cè)量高溫對(duì)象。又可區(qū)分為檢測(cè)單色輻射或全輻射。由于在被測(cè)對(duì)象和檢測(cè)元件之間的介質(zhì)對(duì)輻射的吸收和反射的影響，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的測(cè)量誤差。測(cè)量精度的分級(jí)（1.01.5級(jí)）并不是很確切。通常用來測(cè)量600 以上的高溫。2. 溫度計(jì)讀數(shù)的校正由溫度計(jì)本身的特點(diǎn)所決定，需要對(duì)讀數(shù)進(jìn)行校正的主要是玻璃管液體溫度計(jì)和熱電偶溫度計(jì)。（1） 玻璃管液體溫度計(jì)玻璃管液體溫度計(jì)的刻度雖然有半浸入、全浸入和整體浸入三種標(biāo)定方式，但最常見的是全浸入標(biāo)定，即溫度計(jì)浸入被測(cè)介質(zhì)的深度正好與毛細(xì)管內(nèi)的液位對(duì)齊。這樣

8、的條件在測(cè)量過程中往往難以滿足，所以在對(duì)溫度測(cè)量精度要求較高時(shí)，需要對(duì)溫度計(jì)讀數(shù)進(jìn)行修正。按照溫度計(jì)測(cè)量原理： V = V0K(t - t0) （11）式中：V 液體在溫度為t時(shí)的體積，V0 溫度為t0時(shí)的體積，K 工作液體相對(duì)于玻璃的體積熱膨脹系數(shù)（液體與玻璃的體積熱膨脹系數(shù)之差）若環(huán)境溫度為t1，則溫度計(jì)示值以下，被測(cè)介質(zhì)界面以上暴露在環(huán)境中的那一段H1（圖中標(biāo)注為N)是處于環(huán)境溫度t1。因?yàn)槊?xì)管的直徑是一定的，所以對(duì)于露出的這一部分，體積比也等于高度比，這時(shí)在溫度計(jì)上讀出的高度就包含了一個(gè)差值H，計(jì)算公式如下：H = H1K(t1 - t) - H1 （12）用H對(duì)溫度計(jì)讀數(shù)進(jìn)行修正，

9、即從溫度計(jì)讀數(shù)減去這個(gè)值。H1由溫度計(jì)的刻度讀取，校正后的溫度：t* = t + H （13）為了提高精度，以上步驟可重復(fù)幾次。（2） 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)需要提供低溫端標(biāo)準(zhǔn)參考溫度，一般都是取水的冰點(diǎn)（水和冰的混合物）0。這個(gè)條件滿足時(shí)，不需要進(jìn)行校正。對(duì)于不便于提供標(biāo)準(zhǔn)參考溫度的場(chǎng)合，低溫端溫度即環(huán)境溫度（或其他方便的設(shè)定溫度）。出廠時(shí)以標(biāo)準(zhǔn)溫度標(biāo)定的分度就需要進(jìn)行校正。從道理上講，如果所用熱電偶的電勢(shì)與溫度差之間是嚴(yán)格的線性關(guān)系，則只需要把指示溫度（或由所測(cè)電勢(shì)計(jì)算得到的溫度）加上冷端溫度與（低溫端標(biāo)準(zhǔn)參考溫度）0之差，就能得到正確的測(cè)量溫度。但是一般熱電偶的電勢(shì)與溫差之間都不是嚴(yán)格

10、的線性關(guān)系，因此就需要先查得所使用的熱電偶冷端溫度與0之差所對(duì)應(yīng)的電勢(shì)，把它加在測(cè)得的電勢(shì)之上，然后再用這個(gè)電勢(shì)的和查得所對(duì)應(yīng)的溫度。這樣的校正工作當(dāng)然是必須知道所用熱電偶的電勢(shì)溫差特性曲線。用公式來表示：E(t,0) = E(t0,0) + E(t,t0) （14）即攝氏溫度 t-0所對(duì)應(yīng)的電勢(shì)等于t0-0所對(duì)應(yīng)的電勢(shì)與 t-t0 所對(duì)應(yīng)的電勢(shì)之和。3. 溫度測(cè)量需要注意的若干問題籠統(tǒng)地說，首先要選擇符合測(cè)量范圍和測(cè)量精度的溫度計(jì)。其次應(yīng)保證溫度計(jì)的熱敏元件與被測(cè)介質(zhì)有良好的接觸。若使用接觸式溫度計(jì)測(cè)量固體壁面的溫度則需要設(shè)置適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，選擇導(dǎo)熱系數(shù)大、熱穩(wěn)定性好的液體作為媒介，在被測(cè)固體與

11、測(cè)溫包之間建立起熱平衡。玻璃溫度計(jì)如果加了護(hù)套，則在被測(cè)介質(zhì)與溫度計(jì)之間達(dá)到熱平衡就需要較長(zhǎng)的時(shí)間。要持續(xù)觀察一段時(shí)間，確信指示值已不再變化。使用配備標(biāo)準(zhǔn)冷端的熱電偶溫度計(jì)時(shí)，確保電極浸泡在冰水混合物中。在使用玻璃水銀溫度計(jì)時(shí)應(yīng)多加小心，萬一破碎了要立即進(jìn)行處理，用硫粉覆蓋灑出的水銀，并輕輕翻動(dòng)以促進(jìn)其反應(yīng)。將反應(yīng)后的硫化汞及剩余的硫粉回收，交廢藥廢液回收站處理，以免污染環(huán)境，損害健康。1.2 壓力的測(cè)量我們通常所說的壓力是指壓強(qiáng)，與英文中的pressure相對(duì)應(yīng)。在化工領(lǐng)域一般都是指流體的壓力。1. 常見的壓力測(cè)量方法客觀條件決定了我們?cè)跍y(cè)量流體的壓力時(shí)，一般都是測(cè)出實(shí)際的絕對(duì)壓力與大氣壓力

12、的差值，稱之為表壓。大氣的壓力并不是一個(gè)定值，隨著海拔高度、所處的緯度以及溫度的改變而改變。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓是緯度45度海平面上攝氏0度時(shí)大氣的壓力。對(duì)于測(cè)量表壓來說標(biāo)準(zhǔn)大氣壓并沒有什么幫助。不過，在需要時(shí)，我們可以用水銀氣壓計(jì)方便地測(cè)出所在地大氣的壓力，然后得到準(zhǔn)確的絕對(duì)壓力。（1） 液柱測(cè)壓方法像托里斥利實(shí)驗(yàn)?zāi)菢拥难b置基本上可以認(rèn)為是垂直單管測(cè)壓裝置，現(xiàn)在使用的氣壓計(jì)仍然是這種結(jié)構(gòu)。單管測(cè)壓裝置也可以把直管傾斜放置，以提高測(cè)量精度。最常用的還是U形管壓差計(jì)，包括正U形管和倒U形管。U形管也可以通過串聯(lián)以擴(kuò)大量程。根據(jù)流體靜力學(xué)原理，由管內(nèi)液柱的高度差計(jì)算得到管兩端的壓力差，是最原始也是最可靠的方

13、法。只是由于在要求大的測(cè)量范圍時(shí)，工作介質(zhì)要用水銀，對(duì)環(huán)境和健康有害。所以除非必要，一般應(yīng)避免使用水銀。（2） 彈性元件測(cè)壓方法實(shí)際應(yīng)用中最常見的壓力表就屬于彈性元件測(cè)壓方法。彈性元件中最常用的是單圈和多圈彈簧管，可以用于測(cè)量低壓、中壓、高壓和真空度。單圈彈簧管測(cè)量范圍可以從0 0.1kPa直到0 105 kPa。但是由于壓力表在測(cè)量下限和上限附近的測(cè)量精度都不高，所以推薦的使用范圍是在測(cè)量上限的1/3到2/3之間。即使用范圍只是壓力表量程的1/3。壓力表的精度等級(jí)范圍很大，從0.01直到2.5。對(duì)于特定的介質(zhì)必須要使用規(guī)定的專用壓力表，如氧氣壓力表、氨氣壓力表、耐腐蝕壓力表等。壓力表的指示值

14、是表壓（與環(huán)境大氣壓的差值）。（3） 電信號(hào)測(cè)量方法電信號(hào)測(cè)壓儀表由壓力傳感器和顯示器組成。在化工上常用的是差壓變送器，它的測(cè)量對(duì)象是壓力差。它是一種電感式差壓傳感器，變送器有兩個(gè)測(cè)壓接口，一個(gè)接高壓，一個(gè)接低壓。兩個(gè)測(cè)壓室之間是一個(gè)撓性膜片，隨著壓差的變化而移動(dòng)。膜片上方的金屬片起銜鐵的作用，它與馬蹄形鐵芯之間的空隙隨壓差的變化而變化?？障洞髸r(shí)磁阻增大，空隙小時(shí)磁阻減小。鐵芯上線圈的電感隨磁阻的增大而減小。若把線圈的電阻看作定值，則線圈的阻抗隨電感的增大而增大。對(duì)于簡(jiǎn)單的電感式壓差傳感器，對(duì)線圈電路施加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電流源，則電壓隨阻抗線性變化。經(jīng)過標(biāo)定之后，可以用電壓表顯示壓差，也可以輸出到其它

15、接口。對(duì)于較為復(fù)雜的差動(dòng)式壓差傳感器，工作原理是相同的，只是由兩個(gè)開口相對(duì)的對(duì)稱鐵芯組成，銜鐵位于兩個(gè)鐵芯之間，發(fā)生偏移時(shí)，距一個(gè)鐵芯的空隙增大，而距另一個(gè)鐵芯的空隙減小。兩個(gè)電感電路與兩個(gè)電阻電路組成電橋。為電感電路施加一個(gè)電壓源，橋路上的輸出電壓隨銜鐵與兩個(gè)鐵芯之間的空隙的變化而變化，在輸出電壓與被測(cè)壓差之間建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，測(cè)量精度高于單電感傳感器。這類傳感器的輸出電壓與壓差之間成近似線性關(guān)系，測(cè)量范圍較小時(shí)，線性關(guān)系較好。2. 壓力測(cè)量需要注意的若干問題彈性元件和電信號(hào)測(cè)壓方法都是屬于間接的測(cè)量方法，因此它們都需要標(biāo)定。壓力表是標(biāo)準(zhǔn)化的，在出廠時(shí)都經(jīng)過標(biāo)定。若有疑問，可用標(biāo)準(zhǔn)壓力核對(duì)。差壓

16、變送器在出廠時(shí)也經(jīng)過標(biāo)定，但是它的工作穩(wěn)定性比不上壓力表，一般在安裝以后需要進(jìn)行再標(biāo)定。它本身提供零點(diǎn)調(diào)節(jié)和比例調(diào)節(jié)。使用一段時(shí)間之后可能產(chǎn)生新的偏差，因此需要經(jīng)常進(jìn)行核對(duì)。對(duì)于同時(shí)配置U形管壓差計(jì)（測(cè)量小壓差）和壓差變送器（測(cè)量大壓差）的場(chǎng)合，可用U形管壓差計(jì)的讀數(shù)來校正壓差變送器的顯示讀數(shù)。細(xì)心地觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)，在小壓差范圍，傳感器的精度非常差。所以建議用U形管壓差計(jì)的最大量程校正傳感器測(cè)量值的偏移。對(duì)于有腐蝕性的被測(cè)介質(zhì)，應(yīng)選用隔離型結(jié)構(gòu)的變送器，測(cè)壓室充入工作液體，由隔膜與被測(cè)介質(zhì)隔開。無論使用何種形式的測(cè)壓儀表，在被測(cè)的最大壓力與儀表的最大量程之間必須留有充分的余地，一般不應(yīng)超過最大量

17、程的2/3。用水作工作介質(zhì)的U形管壓差計(jì)要求可以適當(dāng)放寬。在需要測(cè)量準(zhǔn)確的絕對(duì)壓力時(shí)，可以用氣壓計(jì)測(cè)出準(zhǔn)確的當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γc測(cè)得的表壓相加。1.3 流量的測(cè)量流體的流量計(jì)量總體上可分為累積量和瞬時(shí)量。在商業(yè)活動(dòng)中，一般都是累積量，像水表、燃?xì)獗?、加油站的汽油（柴油）表等。累積量的測(cè)量都是采用容積式的測(cè)量方法。生產(chǎn)過程中使用的多為瞬時(shí)量，即我們通常所說的氣體流量計(jì)和液體流量計(jì)。我們這里介紹的是瞬時(shí)量的測(cè)量。在體積流量和質(zhì)量流量之間只差簡(jiǎn)單的密度因子，因此這里只討論體積流量，即單位時(shí)間內(nèi)通過某一流動(dòng)截面的體積量。1. 常見的流量測(cè)量方法現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室常用的有節(jié)流式流量計(jì)（也稱變壓頭流量計(jì)），變截面流量

18、計(jì)，渦輪式流量計(jì)（葉輪式流量計(jì)的一種）和用于小流量氣體流量測(cè)量的皂膜流量計(jì)。（1） 變壓頭流量計(jì)孔板式流量計(jì)和文丘里管流量計(jì)是基本的變壓頭流量計(jì)，在生產(chǎn)過程中大量使用，目前實(shí)驗(yàn)室仍在使用。這種流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，適用范圍廣，工作可靠。但是需要有一個(gè)壓差計(jì)測(cè)量?jī)蓚€(gè)已知流動(dòng)截面之間的壓差，再經(jīng)過計(jì)算得到體積流量。工作原理是機(jī)械能守恒，在不考慮機(jī)械能損失時(shí)計(jì)算得到的體積流量稱為理論流量。穩(wěn)定流動(dòng)過程的連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒）： （15）和機(jī)械能守恒（不包括重力位能）的微分方程： （16）對(duì)該式進(jìn)行積分時(shí)，對(duì)于不可壓縮流體和可壓縮流體得到不同的結(jié)果。不可壓縮流體：若流體的密度不隨壓力變化（所有液體

19、都看作是不可壓縮的），得到不含位能的柏努利方程（節(jié)流部件水平安裝時(shí)沒有位能改變，垂直安裝時(shí)忽略位能改變）： （17）代入連續(xù)性方程（），得到 （18）理論體積流量 （19）記，并用管道直徑比代替面積比（），記，不可壓縮流體的理論體積流量可表示為 （110）實(shí)際流量可表示為流量系數(shù)C乘以理論流量 （111）可壓縮流體：對(duì)于可壓縮流體，采用理想氣體在絕熱可逆過程中壓力與密度之間的函數(shù)關(guān)系（把流體微元看作移動(dòng)的封閉體系，稱為絕熱指數(shù)）。對(duì)機(jī)械能守恒的微分方程進(jìn)行積分，得到如下方程： （112）代入連續(xù)性方程（），經(jīng)過整理得到： （113）理論體積流量： （114）實(shí)際流量按公式（1-11）計(jì)算。傳統(tǒng)

20、上，液體流量計(jì)都采用水銀作為壓差計(jì)的工作液體，用現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)來衡量，環(huán)保性能不佳，可以采用其它的測(cè)壓方法（如壓差傳感器）?？装搴臀那鹄锕芏家呀?jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，安裝之后可以不經(jīng)過標(biāo)定直接使用。雖然流量計(jì)內(nèi)部的機(jī)械能損失可以關(guān)聯(lián)為隨雷諾數(shù)變化的曲線，即所謂的流量系數(shù)C，其實(shí)使用起來并不方便。更常見的是通過標(biāo)定，擬合出選定條件下流量（體積或質(zhì)量）與壓差之間的代數(shù)方程。但在非標(biāo)定條件下使用時(shí)就比較麻煩，密度校正容易做，粘度校正就很難。粘度在理論流量計(jì)算公式中并不出現(xiàn)，而存在于流量系數(shù)C中。（2） 變截面流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)是基本的變截面流量計(jì)，比節(jié)流式流量計(jì)使用起來要方便得多?；竟ぷ髟硎歉∽釉阱F形筒中處于靜力平

21、衡時(shí)，浮子下方的流體流速始終保持定值。流量較大時(shí)，浮子處于錐形筒中過流截面較大的位置；流量較小時(shí)，浮子處于錐形筒中過流截面較小的位置。設(shè)浮子的體積為Vf，橫截面積為S，浮子的密度為f，流體在標(biāo)定條件下的密度為0，可以寫出浮子的靜力平衡條件： （115）即流體流過浮子時(shí)的局部壓降（）方向是向上的。流速 （116）體積流量可表示為流速乘以環(huán)隙面積： （117）其中，轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及重力加速度g都是常數(shù)，流體的密度隨溫度和壓力變化，局部阻力系數(shù)可與雷諾數(shù)關(guān)聯(lián)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)在出廠時(shí)已經(jīng)用標(biāo)準(zhǔn)介質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)條件下標(biāo)定出體積流量刻度。缺點(diǎn)是通常的玻璃筒轉(zhuǎn)子流量計(jì)耐壓性能受到限制。高壓時(shí)不使用玻璃筒，增加浮子位

22、置變換機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。盡管如此，在中、低壓和溫度不是很高時(shí)，仍不失為一種比較理想的測(cè)量方法。氣體流量計(jì)的標(biāo)定介質(zhì)是空氣，液體流量計(jì)的標(biāo)定介質(zhì)是清水，標(biāo)定條件都是20和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。所以在標(biāo)定條件下用于非標(biāo)定介質(zhì)的測(cè)量時(shí)，需要對(duì)密度進(jìn)行校正。在非標(biāo)定條件下測(cè)量標(biāo)定介質(zhì)時(shí)，需要對(duì)溫度和壓力的影響進(jìn)行校正。在非標(biāo)定條件下測(cè)量非標(biāo)定介質(zhì)時(shí)，則需要進(jìn)行雙重的校正。好在連續(xù)生產(chǎn)過程中，溫度和壓力都是相對(duì)恒定的。在實(shí)驗(yàn)室，情況會(huì)比較復(fù)雜一些。（3） 渦輪式流量計(jì)渦輪式流量計(jì)的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，是一個(gè)整體的組件。包括渦輪和兩端的軸承，以及渦輪轉(zhuǎn)速的測(cè)速裝置。有流體流經(jīng)渦輪時(shí)，受到四個(gè)力矩的共同作用，即流動(dòng)的流體施加

23、到渦輪葉片上的主動(dòng)力矩、流體的粘滯作用阻止渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力矩、軸承的機(jī)械摩擦產(chǎn)生的阻力矩、以及（由于測(cè)速機(jī)構(gòu)電磁組件的存在）渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)感生的渦流與測(cè)速組件之間的電磁阻力矩。其動(dòng)力學(xué)方程為： （118）式中：J 渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， 角速度，T 主動(dòng)力矩，T1、T2、T3 相應(yīng)的阻力矩。主動(dòng)力矩與阻力矩都隨著流量的增大而增大，當(dāng)合力矩為零時(shí)，角加速度為零，渦輪作等速轉(zhuǎn)動(dòng)。渦輪的角速度與流體體積流量之間的關(guān)系可由下式表示： （119）式中：qv 體積流量， 與組件的結(jié)構(gòu)、流體的特性、流動(dòng)狀態(tài)都有關(guān)，一般稱為渦輪流量計(jì)的轉(zhuǎn)換系數(shù)，a1、a2 分別與電磁阻力矩、機(jī)械摩擦阻力矩以及組件結(jié)構(gòu)和流體特性有關(guān)。當(dāng)體

24、積流量大到一定程度時(shí)，上述公式可近似為 （120）同時(shí)也可以看出，在 a1時(shí)渦輪并不轉(zhuǎn)動(dòng)。流量計(jì)組件出廠時(shí)，根據(jù)標(biāo)定介質(zhì)、操作條件和測(cè)量范圍得到的平均值，給出體積流量和渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率之間的標(biāo)定關(guān)系式： （121）頻率f與角速度之間的關(guān)系是 （122）因此C = 2 （123）在總體上，渦輪流量計(jì)的測(cè)量精度較高，但在流量很小時(shí)精度不高。2. 流量測(cè)量需要注意的若干問題在非標(biāo)定條件下使用流量計(jì)時(shí)，一般需要進(jìn)行校正。另外玻璃筒轉(zhuǎn)子流量計(jì)常因使用不當(dāng)，受撞擊而損壞，應(yīng)特別注意。下面分別敘述。（1） 變壓頭流量計(jì)同一種介質(zhì)，操作條件下的體積流量Q與標(biāo)定條件下的體積流量Q0的關(guān)系，在忽略粘度影響時(shí)，可簡(jiǎn)化為

25、： （124）其中，下標(biāo)0表示標(biāo)定條件下的參數(shù)，下同。改變測(cè)量介質(zhì)時(shí)，流量計(jì)應(yīng)重新標(biāo)定。使用U形管壓差計(jì)時(shí)，注意在流量控制閥處于最小開度時(shí)啟動(dòng)泵或者風(fēng)機(jī)，以免U形管中的指示液在啟動(dòng)時(shí)被沖出，影響實(shí)驗(yàn)。（2） 轉(zhuǎn)子流量計(jì)操作條件下的體積流量Q與標(biāo)定條件下的體積流量Q0的關(guān)系，在忽略粘度影響時(shí)，對(duì)于氣體，可簡(jiǎn)化為（1-24）式，對(duì)同一種介質(zhì)（近似為理想氣體）， （125）對(duì)于不同的介質(zhì)，還需要對(duì)分子量進(jìn)行較正（密度的單位是質(zhì)量密度而非摩爾密度）： （126）式中：M 被測(cè)氣體的分子量M0 標(biāo)定氣體的分子量對(duì)于液體，可簡(jiǎn)化為： （127）在使用玻璃筒轉(zhuǎn)子流量計(jì)時(shí)，必須在流量計(jì)控制閥關(guān)閉或最小開度時(shí)（

26、如氣體流量的分路調(diào)節(jié)）啟動(dòng)泵或者風(fēng)機(jī)。玻璃筒受金屬轉(zhuǎn)子撞擊時(shí)，破碎的幾率很高。所以一定要牢記，以免造成財(cái)產(chǎn)損失和人身傷害。（3） 渦輪式流量計(jì)對(duì)于同一種介質(zhì)，操作條件偏離標(biāo)定條件不遠(yuǎn)時(shí)，可以不必校正（事實(shí)上，因?yàn)闄C(jī)理復(fù)雜，很難校正）；改變測(cè)量介質(zhì)時(shí)，流量計(jì)需要重新標(biāo)定。 第 2 章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分布及基本數(shù)據(jù)處理 第 2 章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分布及基本數(shù)據(jù)處理2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分布在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以在一定范圍內(nèi)任意改變的變量稱為實(shí)驗(yàn)控制變量。比如溫度、壓力、流量等。在以流量或者雷諾數(shù)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合的自變量（橫坐標(biāo)）的實(shí)驗(yàn)中，流量是主要的控制變量。一般情況下，都希望實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠均勻分布。在可調(diào)節(jié)范圍一定時(shí)

27、，應(yīng)該取多少組數(shù)據(jù)是另外一個(gè)問題。按照對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸處理的要求，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)不少于回歸模型中回歸系數(shù)的個(gè)數(shù)的5倍到10倍。在實(shí)驗(yàn)時(shí)還應(yīng)留有一定的余地（可能會(huì)剔除異常數(shù)據(jù)）。比如，若用二次曲線擬合離心泵的揚(yáng)程與流量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，則回歸模型中有三個(gè)待定參數(shù)（回歸系數(shù)），有效實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)不少于15組。先獲得離心泵的最大流量（調(diào)節(jié)閥全開），取流量間隔進(jìn)行調(diào)節(jié)得到N+1組數(shù)據(jù)。在此例中，N應(yīng)取16或17。在擬合時(shí)需要先取對(duì)數(shù)的場(chǎng)合，最好是對(duì)直接控制變量的對(duì)數(shù)進(jìn)行平均分割。比如強(qiáng)制對(duì)流傳熱的準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式或直管中的摩擦因子與雷諾數(shù)之間的關(guān)系，雷諾數(shù)中除流速外，其他參數(shù)相對(duì)恒定（或變化不大，如密度、粘度）。取

28、流量間隔進(jìn)行調(diào)節(jié)比較適宜。2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基本處理數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容包括：回歸模型的合理選擇；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的辨識(shí)和判斷；回歸計(jì)算及簡(jiǎn)單的誤差分析；列表及繪圖等。1. 回歸模型的合理選擇對(duì)于驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，回歸模型的選擇通常已經(jīng)是很明確的。但是在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐當(dāng)中，同學(xué)還是會(huì)經(jīng)常犯一些低級(jí)的錯(cuò)誤。主要原因是缺少獨(dú)立和認(rèn)真的思考，沒有養(yǎng)成在理解的基礎(chǔ)上再進(jìn)行理性處理的好習(xí)慣。比如，氣體吸收實(shí)驗(yàn)中，填料塔的流體力學(xué)性能測(cè)定。在噴淋量恒定時(shí)，逐步加大氣體流量，直到產(chǎn)生液泛。已經(jīng)知道液泛前后的填料壓降與空塔氣速之間的關(guān)系遵循不同的規(guī)律，因此在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)該以液泛點(diǎn)為界分兩段處理。再比如液體在直管

29、內(nèi)流動(dòng)時(shí)，摩擦因子與雷諾數(shù)之間的關(guān)系，在層流區(qū)域和湍流區(qū)域也是遵從不同的規(guī)律，應(yīng)該在雷諾數(shù)小于2000的范圍內(nèi)適合于層流的擬合模型；對(duì)于雷諾數(shù)大于2000（包括過渡流階段）的部分采用適合湍流的擬合模型。干燥實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較明確地顯示出等速干燥階段和降速干燥階段，數(shù)據(jù)處理理應(yīng)分段進(jìn)行擬合。但是多數(shù)人都把干燥速率隨干基含水率的變化擬合成為一條像拋物線模樣的曲線。再比如，相當(dāng)多的同學(xué)在傳熱實(shí)驗(yàn)中用套管進(jìn)出口空氣的平均密度計(jì)算質(zhì)量流量，而流量計(jì)測(cè)定的明明是進(jìn)口處的體積流量。諸如此類的問題，只要經(jīng)過認(rèn)真思考，都是可以避免的。2. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的辨識(shí)和判斷通常先把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)在坐標(biāo)紙上或者制作簡(jiǎn)單的屏幕圖形

30、，習(xí)慣上把它叫做散點(diǎn)圖。在散點(diǎn)圖上對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步觀察，如有異常數(shù)據(jù)，一般都是顯而易見的。對(duì)于異常數(shù)據(jù)，一是應(yīng)該認(rèn)真分析出現(xiàn)異常的原因，并且在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中進(jìn)行說明；二是在進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合時(shí)把它剔除。否則就會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)數(shù)據(jù)擬合的質(zhì)量，無法反映實(shí)驗(yàn)變量之間的真實(shí)的規(guī)律性。比如，可能是由于稱重使用的電子秤或者鼓風(fēng)機(jī)的周期性波動(dòng)，干燥速率曲線在數(shù)據(jù)比較密集時(shí)，表現(xiàn)出一種基本上是恒定振幅的周期性震蕩，就像矩形脈沖波，很明顯是不真實(shí)的。2.3 實(shí)驗(yàn)報(bào)告的基本要求針對(duì)近幾年同學(xué)在提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)出現(xiàn)的一些不好的現(xiàn)象，在此鄭重多說一句?；ハ嗲写枋且环N美德，互相抄襲是一種應(yīng)該受到譴責(zé)的惡習(xí)，于學(xué)習(xí)無益，于情操有損。

31、實(shí)驗(yàn)報(bào)告是一份反映實(shí)驗(yàn)工作的完整的文件，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告也是從事實(shí)驗(yàn)研究工作的一項(xiàng)基本訓(xùn)練。它分為兩個(gè)部分。1. 實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)第一部分是實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)操作以前完成。主要包括以下內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容：以簡(jiǎn)潔的文字和必要的公式說明本次實(shí)驗(yàn)的目的和內(nèi)容。不要大段大段地抄實(shí)驗(yàn)講義。用自己的語言，說清楚就好。千萬不要認(rèn)為寫的越多，水平就越高。寫得過多說明理解得不好，或者沒有掌握重點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖：用什么工具作圖并不重要。重要的是它所反映的一定是做實(shí)驗(yàn)所使用的真實(shí)的裝置。切忌東抄西抄。實(shí)驗(yàn)報(bào)告中時(shí)常會(huì)看到早已被淘汰的幾十年前曾經(jīng)使用過的實(shí)驗(yàn)裝置。一種可能是報(bào)告人心不在焉，糊弄過去，應(yīng)付差事，沒有好心情對(duì)待

32、學(xué)習(xí)的事；另一種可能是，別人寫好報(bào)告后復(fù)制一份或者復(fù)印一份，想都不想。如果把學(xué)習(xí)當(dāng)作是一件認(rèn)真的事，畫實(shí)驗(yàn)裝置圖最基本的要求是實(shí)事求是，不造假。重要性排序：真、善、美。實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)原理特別強(qiáng)調(diào)邏輯的嚴(yán)密和概念的準(zhǔn)確。文字要簡(jiǎn)潔，不能以多取勝。寫得過多說明理解得不好，或者沒有掌握重點(diǎn)。比如強(qiáng)制對(duì)流傳熱系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式關(guān)聯(lián)參數(shù)的驗(yàn)證（或稱對(duì)流傳熱系數(shù)的測(cè)定），基本原理只有幾條（可能的表述方式之一，肯定不是最好的表述，不值得效法 ）：. 根據(jù)熱量守恒計(jì)算傳熱速率; . 由牛頓冷卻定律 計(jì)算出; . ，對(duì)應(yīng)的雷諾數(shù)和普蘭特準(zhǔn)數(shù)，, 流速由體積流量和過流面積求得，其他參數(shù)取定性溫度下的值; . 由回歸計(jì)

33、算出a , b并與前人得到的結(jié)果進(jìn)行比較。主要的實(shí)驗(yàn)操作步驟：所有的操作過程細(xì)節(jié)不大可能事先描述的十分完整，但是，基本的實(shí)驗(yàn)工作順序和主要的操作步驟必須事先心中有數(shù)。不能到了現(xiàn)場(chǎng)才琢磨。包括：設(shè)備啟動(dòng)之前需要檢查哪些項(xiàng)目；變量調(diào)節(jié)的范圍、調(diào)節(jié)方法和順序；數(shù)據(jù)分布方案；特別需要注意的問題（尤其是安全問題）；測(cè)量的項(xiàng)目及時(shí)機(jī)；需要記錄的項(xiàng)目等。2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄及后處理實(shí)驗(yàn)結(jié)束后所做的工作構(gòu)成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的第二部分。主要包括以下內(nèi)容： 驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理：實(shí)驗(yàn)過程中記錄的數(shù)據(jù)一般都不夠規(guī)范，所以實(shí)驗(yàn)結(jié)束后需要重新進(jìn)行整理。一般是列成表格，既簡(jiǎn)潔又整齊。對(duì)于過多的原始數(shù)據(jù)（如干燥實(shí)驗(yàn)，采樣頻率低可能會(huì)喪失觀察

34、升溫階段或開始減速階段的機(jī)會(huì)，采樣較密，又會(huì)在等速階段積累過多的重復(fù)數(shù)據(jù)），也可以先經(jīng)過預(yù)處理，合理地壓縮數(shù)據(jù)量。數(shù)據(jù)處理及結(jié)果的整理：在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，首先要交待清楚處理的方法、依據(jù)以及所用到的計(jì)算公式，并選取一組數(shù)據(jù)作為示例，闡述完整的計(jì)算過程。然后把全部計(jì)算結(jié)果以表格的形式列出。畫出散點(diǎn)圖進(jìn)行觀察，辨別和剔除異常數(shù)據(jù)。完成最后的回歸計(jì)算，繪制相應(yīng)的擬合曲線圖。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)必須在圖上作出標(biāo)記。實(shí)驗(yàn)總結(jié)及評(píng)價(jià)：對(duì)實(shí)驗(yàn)的全過程進(jìn)行必要的總結(jié)，對(duì)由實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果與前人的結(jié)論進(jìn)行比較，作出實(shí)事求是的評(píng)價(jià)。這是實(shí)驗(yàn)報(bào)告中非常重要的一部分。每一個(gè)人在工作中或多或少都會(huì)有失誤，甚至?xí)鲥e(cuò)。但是不應(yīng)該重復(fù)同

35、樣的錯(cuò)誤。通過認(rèn)真總結(jié)，期望每一次實(shí)驗(yàn)之后都會(huì)有所提高。對(duì)于結(jié)果中不完善的地方，要進(jìn)行理性的分析，找出造成失誤的原因，作出合理的解釋。 第 3 章 化工原理基本實(shí)驗(yàn) 第 3 章 化工原理基本實(shí)驗(yàn)3.1 流體流動(dòng)阻力的測(cè)定1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諟y(cè)定流體流經(jīng)直管、管件和閥門時(shí)阻力損失的一般實(shí)驗(yàn)方法。測(cè)定直管摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的關(guān)系，驗(yàn)證在一般湍流區(qū)內(nèi)與Re的關(guān)系曲線。測(cè)定流體流經(jīng)管件、閥門時(shí)的局部阻力系數(shù)x。學(xué)會(huì)流量計(jì)和壓差計(jì)的使用方法。識(shí)辨組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用。2. 實(shí)驗(yàn)原理流體通過由直管、管件（如三通和彎頭等）和閥門等組成的管路系統(tǒng)時(shí)，由于粘性剪應(yīng)力和渦流應(yīng)力的存在，要損失一

36、定的機(jī)械能。流體流經(jīng)直管時(shí)所造成機(jī)械能損失稱為直管阻力損失。流體通過管件、閥門時(shí)因流體運(yùn)動(dòng)方向和速度大小改變所引起的機(jī)械能損失稱為局部阻力損失。 1直管阻力摩擦系數(shù)的測(cè)定 流體在水平等徑直管中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，阻力損失為： （3-1）即， （3-2）式中： 直管阻力摩擦系數(shù)，無因次； d 直管內(nèi)徑，m；流體流經(jīng)l米直管的壓力降，Pa；單位質(zhì)量流體流經(jīng)l米直管的機(jī)械能損失，J/kg； 流體密度，kg/m3；l 直管長(zhǎng)度，m；u 流體在管內(nèi)流動(dòng)的平均流速，m/s。層流時(shí)， （3-3）湍流時(shí)是雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和相對(duì)粗糙度（/d）的函數(shù)，須由實(shí)驗(yàn)確定。由式（3-2）可知，欲測(cè)定，需確定l、d，測(cè)定、u、等參數(shù)。

37、 l、d為裝置參數(shù)（裝置參數(shù)表格中給出）， 、通過測(cè)定流體溫度，再查有關(guān)手冊(cè)而得， u通過測(cè)定流體流量，再由管徑計(jì)算得到?？捎肬型管、倒置U型管、測(cè)壓直管等液柱壓差計(jì)測(cè)定，或采用差壓變送器和二次儀表顯示。求取Re和后，再將Re和標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上。2局部阻力系數(shù)x 的測(cè)定 局部阻力損失通常有兩種表示方法，即當(dāng)量長(zhǎng)度法和阻力系數(shù)法。本實(shí)驗(yàn)采用阻力系數(shù)法。 流體通過某一管件或閥門時(shí)的機(jī)械能損失表示為流體在小管徑內(nèi)流動(dòng)時(shí)平均動(dòng)能的某一倍數(shù)，局部阻力的這種計(jì)算方法，稱為阻力系數(shù)法。即： (3-4)故 (3-5) 式中：x 局部阻力系數(shù)，無因次； 局部阻力壓強(qiáng)降，Pa；（本裝置中，所測(cè)得的壓降應(yīng)扣除兩

38、測(cè)壓口間直管段的壓降，直管段的壓降由直管阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果求取。） 流體密度，kg/m3； g 重力加速度，9.81m/s2；u 流體在小截面管中的平均流速，ms。 根據(jù)連接閥門兩端管徑d，流體密度，流體溫度t0(查流體物性、)，及實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)定的流量V、壓差計(jì)讀數(shù)，通過式(5)求取閥門的局部阻力系數(shù)x。3. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)粗糙管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出Re曲線，對(duì)照化工原理教材上有關(guān)曲線圖，即可估算出該管的相對(duì)粗糙度和絕對(duì)粗糙度。 根據(jù)光滑管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)照柏拉修斯方程，計(jì)算其誤差。測(cè)定閘閥在不同開度時(shí)的阻力系數(shù)。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論。4. 實(shí)驗(yàn)裝置與流程（1） 實(shí)驗(yàn)裝置流程圖 圖3-1 流體流

39、動(dòng)阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖1水箱； 2管道泵；3渦輪流量計(jì)；4進(jìn)口閥；5均壓閥；6閘閥；7引壓閥；8壓力變送器；9出口閥；10排水閥；11電氣控制箱（2） 流程簡(jiǎn)介如圖3-1所示，實(shí)驗(yàn)對(duì)象部分是由貯水箱，離心泵，不同管徑、材質(zhì)的水管，各種閥門、管件，渦輪流量計(jì)和倒U型壓差計(jì)等所組成的。管路部分有三段并聯(lián)的長(zhǎng)直管，分別為用于測(cè)定局部阻力系數(shù)，光滑管直管阻力系數(shù)和粗糙管直管阻力系數(shù)。測(cè)定局部阻力部分使用不銹鋼管，其上裝有待測(cè)管件(閘閥)；光滑管直管阻力的測(cè)定同樣使用內(nèi)壁光滑的不銹鋼管，而粗糙管直管阻力的測(cè)定對(duì)象為管道內(nèi)壁較粗糙的鍍鋅管。水的流量使用渦輪流量計(jì)測(cè)量，管路和管件的阻力采用差壓變送器將

40、差壓信號(hào)傳遞給無紙記錄儀。（3） 設(shè)備的主要技術(shù)數(shù)據(jù) 測(cè)光滑直管段：管徑d=0.020 m，測(cè)壓點(diǎn)間距離L=1.00 m，材料為不銹鋼。被測(cè)粗糙直管段：管徑d=0.021 m，測(cè)壓點(diǎn)間距離L=1.00 m，材料為鍍鋅鐵。被測(cè)局部阻力直管段：管徑d=0.020 m, 長(zhǎng)度0.95 m。壓差傳感器：型號(hào)為3351DP4E22B3，測(cè)量范圍為015 kPa。離心泵：型號(hào)為MS60/37SS，流量為3.6 m3/h，揚(yáng)程為14.6 m，電機(jī)功率為370W，轉(zhuǎn)速2850rpm。渦輪流量計(jì)：型號(hào)為L(zhǎng)WGY20。5. 實(shí)驗(yàn)方法及步驟 檢查儲(chǔ)水槽內(nèi)水位是否正常，若缺水須加水至滿，實(shí)驗(yàn)中注意保持水體清潔。檢查所

41、有閥門并將閥門關(guān)緊。打開總電源和儀表開關(guān)，啟動(dòng)水泵至自動(dòng)檔，待電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后，把出口閥開到最大。排氣：選擇實(shí)驗(yàn)管路，把對(duì)應(yīng)的進(jìn)口閥，引壓閥和差壓變送器8的兩個(gè)閥門打開，并在出口閥最大開度下，保持全流量流動(dòng)5min左右，直至連接差壓變送器的透明管路內(nèi)氣泡為止。關(guān)閉差壓變送器8的兩個(gè)閥門，在計(jì)算機(jī)監(jiān)控界面點(diǎn)擊該對(duì)應(yīng)管路，則差壓變送器開始檢測(cè)該管路壓差。流量調(diào)節(jié)：手動(dòng)狀態(tài)，調(diào)節(jié)流量，讓流量從15m3/h范圍內(nèi)變化，建議每次實(shí)驗(yàn)變化0.250.3 m3/h。每次改變流量，待流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，記下對(duì)應(yīng)的壓差值，溫度，流量。依次選擇光滑管、粗糙管以及局部阻力管路進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)測(cè)量完畢，關(guān)閉所有閥門，關(guān)閉水泵

42、和儀表電源。6. 思考題以水為工作流體所測(cè)得的關(guān)系能否適用于其他種類的牛頓型流體？請(qǐng)說明原因。如果要增加雷諾數(shù)的范圍，可采取哪些措施？測(cè)出的直管摩擦阻力與直管的放置狀態(tài)有關(guān)嗎？請(qǐng)說明原因。離心泵啟動(dòng)前，出口閥處于什么狀態(tài)？為什么？關(guān)閉離心泵時(shí)，出口閥處于什么狀態(tài)？為什么？3.2 離心泵特性曲線的測(cè)定1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆针x心泵特性曲線的測(cè)定方法。了解離心泵的構(gòu)造、安裝、使用與操作。2. 實(shí)驗(yàn)原理離心泵的特性受泵的結(jié)構(gòu)，葉輪形式與轉(zhuǎn)速的影響，特性參數(shù)包括流量、揚(yáng)程H、功率N、效率h，對(duì)確定的泵，在一定的轉(zhuǎn)速下，H、N、h 都隨流量的改變而變化，以曲線形式表示這些參數(shù)之間的關(guān)系就是離心泵的特性曲線。離

43、心泵的特性曲線能清楚的反映離心泵的操作性能，是選用離心泵和確定泵的適宜操作條件的主要依據(jù)。對(duì)任意一臺(tái)離心泵的特性曲線不能用解析法進(jìn)行計(jì)算，只能通過實(shí)驗(yàn)來測(cè)定。（1） 流量的測(cè)定通過離心泵的流量采用渦流流量計(jì)測(cè)量，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中流量計(jì)讀數(shù)與實(shí)際流量間的關(guān)系式為： （31）式中： 流量， 渦輪轉(zhuǎn)數(shù)， 流量計(jì)校正系數(shù)，（2） 揚(yáng)程H的測(cè)定在泵的吸入口和排出口之間列柏努利方程： （32） （33）上式中是泵的吸入口和壓出口之間管路內(nèi)的流體流動(dòng)阻力，與柏努利方程式中其它項(xiàng)比較，值很小，可以忽略，上式變?yōu)椋?（34）式中： 離心泵的揚(yáng)程， 出口、入口處壓強(qiáng)， 出口、入口處流速， 出口、入口測(cè)壓點(diǎn)高度， 流體

44、密度， 重力加速度，將測(cè)得的和的值以及計(jì)算所得的代入上式即可求得H的數(shù)值。（3） 功率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，泵由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，傳動(dòng)效率可視為1，電動(dòng)機(jī)的輸出功率等于泵的軸功率，即： （35） （36）所以 （37）式中： 電動(dòng)機(jī)效率，無因次（4） 泵效率 的測(cè)定 （38） （39）式中： 泵的效率 泵的有效功率，（5） 轉(zhuǎn)速的測(cè)定3. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測(cè)定單級(jí)離心泵在不同轉(zhuǎn)速下的特性參數(shù)，繪制離心泵特性曲線。圖3-2 離心泵性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置流程圖1-離心泵 2-真空表 3-壓力表 4-變頻器 5-功率表 6流量調(diào)節(jié)閥 7-實(shí)驗(yàn)管路8-溫度計(jì) 9-渦輪流量計(jì) 10-實(shí)驗(yàn)水箱 11

45、-放水閥 12-頻率計(jì)4. 實(shí)驗(yàn)裝置與流程（1） 實(shí)驗(yàn)裝置流程圖（見圖3-2）（2） 流程簡(jiǎn)介如圖3-2所示，水泵1將水槽10內(nèi)的水輸送到實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，用流量調(diào)節(jié)閥6調(diào)節(jié)流量，流體經(jīng)渦輪流量計(jì)9計(jì)量后，流回儲(chǔ)水槽。（3） 設(shè)備的主要技術(shù)數(shù)據(jù)離心泵：流量，揚(yáng)程，軸功率。真空表測(cè)壓位置管內(nèi)徑。壓強(qiáng)表測(cè)壓位置管內(nèi)徑。真空表與壓強(qiáng)表測(cè)壓口之間的垂直距離。實(shí)驗(yàn)管路內(nèi)徑 。電機(jī)效率為60%。渦輪流量計(jì)儀表常數(shù)：第1套77.910次/升，第2套77.920次/升。功率表型號(hào)為 PS-139，精度1.0級(jí)。泵吸入口真空表：測(cè)量范圍0.10MPa，精度1.5級(jí)。泵出口壓力表：測(cè)量范圍00.25MPa，精度1.5級(jí)。

46、5. 實(shí)驗(yàn)方法及步驟向儲(chǔ)水槽10內(nèi)注入清水。檢查流量調(diào)節(jié)閥6，壓力表3及真空表2的開關(guān)是否關(guān)閉(應(yīng)關(guān)閉)。啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置總電源，用變頻調(diào)速器上、及鍵設(shè)定頻率后，按run鍵啟動(dòng)離心泵，緩慢打開調(diào)節(jié)閥6至全開。待系統(tǒng)內(nèi)流體穩(wěn)定，打開壓力表和真空表的開關(guān)，方可測(cè)取數(shù)據(jù)。測(cè)取數(shù)據(jù)的順序可從最大流量至0，或反之，一般測(cè)1020組數(shù)據(jù)。每次在穩(wěn)定的條件下同時(shí)記錄流量、壓力表、真空表、功率表的讀數(shù)及流體溫度。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵，切斷電源。6. 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)該裝置電路采用五線三相制配電，實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)良好地接地。使用變頻調(diào)速器時(shí)一定注意FWD指示燈亮，切忌按FWD REV鍵REV指示燈亮，電機(jī)會(huì)反轉(zhuǎn)。

47、啟動(dòng)離心泵前，關(guān)閉壓力表和真空表的開關(guān) 以免損壞壓力表。7. 思考題測(cè)定離心泵的特性曲線并繪出曲線圖時(shí)為什么要注明轉(zhuǎn)速數(shù)值？隨著離心泵流量的增大，進(jìn)口真空表和出口壓力表指示的數(shù)值怎么變化？功率表讀數(shù)如何變化？離心泵怎樣啟動(dòng)？為什么？離心泵啟動(dòng)后，如不打開出口閥會(huì)有什么結(jié)果？為什么離心泵可用出口閥來調(diào)節(jié)流量？3.3 對(duì)流傳熱系數(shù)的測(cè)定1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諏?duì)流傳熱系數(shù)的測(cè)定方法，測(cè)定空氣在圓形直管內(nèi)的強(qiáng)制對(duì)流傳熱系數(shù)，驗(yàn)證準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。 了解套管換熱器的結(jié)構(gòu)及操作，掌握強(qiáng)化傳熱的途徑。 學(xué)習(xí)熱電偶測(cè)量溫度的方法。2. 實(shí)驗(yàn)原理冷熱流體在間壁兩側(cè)換熱時(shí)，傳熱基本方程及熱衡算方程為： （310）換熱器的總

48、傳熱系數(shù)可表示為： （311）式中： 換熱量， 總傳熱系數(shù)， 換熱面積， 平均溫度差， 比熱， 質(zhì)量流量， 換熱器壁厚，、 內(nèi)、外流體對(duì)流傳熱系數(shù)，依據(jù)牛頓冷卻定律，管外蒸汽冷凝，管內(nèi)空氣被加熱，換熱量亦可表示為： （312）式中：、 管內(nèi)（冷側(cè)）、管外（熱側(cè)）壁溫，、 管內(nèi)（冷側(cè)）、管外（熱側(cè)）流體溫度，測(cè)定空氣流量、進(jìn)出口溫度、套管換熱面積，并測(cè)定蒸汽側(cè)套管壁溫，由于管壁導(dǎo)熱系數(shù)較大且管壁較薄，管內(nèi)壁溫與外壁溫近似相等，根據(jù)上述數(shù)據(jù)即可得到管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)，由于換熱器總傳熱系數(shù)近似等于關(guān)內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)，所以亦可得到套管換熱器的總傳熱系數(shù)。流體在圓形直管強(qiáng)制對(duì)流時(shí)滿足下述準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式: （31

49、3）式中： 努塞爾特準(zhǔn)數(shù)，無因次 雷諾準(zhǔn)數(shù)，無因次 普蘭特準(zhǔn)數(shù)，無因次測(cè)定不同流速條件下的對(duì)流傳熱系數(shù)，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中標(biāo)繪-關(guān)系得到一條直線，直線斜率應(yīng)為0.8。3. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測(cè)定不同空氣流量下空氣和水蒸汽在套管換熱器換熱時(shí)內(nèi)管空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)，推算總傳熱系數(shù)。 在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中標(biāo)繪-關(guān)系，驗(yàn)證準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。4. 實(shí)驗(yàn)裝置與流程（1） 實(shí)驗(yàn)裝置流程圖107圖3-3 傳熱實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖1蒸汽發(fā)生器 2水位指示管 3風(fēng)機(jī) 4風(fēng)量調(diào)節(jié)閥 5孔板 6U型管 7空氣進(jìn)口溫度計(jì) 8空氣出口溫度計(jì) 9熱電偶測(cè)量系統(tǒng)10冷凝回水管 11外管 12內(nèi)管13411591026812（2） 流程簡(jiǎn)介如圖3-3所示

50、，鼓風(fēng)機(jī)將空氣送入換熱器內(nèi)管，風(fēng)量由閥門4進(jìn)行調(diào)節(jié)，并采用孔板流量計(jì)5計(jì)量流量，進(jìn)出換熱器的溫度分別由進(jìn)出口的溫度計(jì)7、8讀出；蒸汽發(fā)生器1將產(chǎn)生的蒸汽送入套管，套管壁溫采用熱電偶溫度測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。5. 實(shí)驗(yàn)方法及步驟向電加熱釜加水至接近液位計(jì)上端紅線。向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。將空氣流量旁路調(diào)節(jié)閥4全開，電壓調(diào)節(jié)電位器旋至最小值（逆時(shí)針方向）。檢查數(shù)字電壓表的測(cè)量訊號(hào)線是否接好，接通電源，至少預(yù)熱5分鐘。順時(shí)針方向緩慢旋轉(zhuǎn)電壓調(diào)節(jié)電位器，使電壓表的示值為180V，待水沸騰，水蒸氣進(jìn)入玻璃套管。 加熱約10分鐘后，啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，待空氣入口溫度穩(wěn)定后開始測(cè)試。 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（注意旁路閥全開時(shí)，空氣流量為最小值，全關(guān)時(shí)為最大值）。 待玻璃套管中充滿蒸汽并有適量冷凝液時(shí)算起，約5分鐘后可讀取數(shù)值。 重復(fù)步驟7、8，分別取10個(gè)以上空氣流量值（應(yīng)包括最大和最小流量值）。 測(cè)試結(jié)束后，將加熱電壓調(diào)節(jié)電位器旋至最左端（逆時(shí)針方向），使電壓表、電流表的示值為零；約5分鐘后關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)，并將旁路閥全開，切斷總電源，停止實(shí)驗(yàn)。6. 實(shí)驗(yàn)注