流體流動阻力測定實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、化工原理實(shí)驗(yàn) 輔助講義化工原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 姜少華 編 五邑大學(xué)化工與環(huán)境基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 2006年9月實(shí)驗(yàn)一 流體流動阻力的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握測定流體流經(jīng)直管、管件和閥門時阻力損失的一般實(shí)驗(yàn)方法。 2測定直管摩擦系數(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。 3測定流體流經(jīng)管件、閥門時的局部阻力系數(shù)x。 4學(xué)會無紙記錄儀和渦輪流量計(jì)的使用方法。5識辨組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用。二、基本原理 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，由于粘性剪應(yīng)力和渦流應(yīng)力的存在，要損失一定的機(jī)械能。流體流經(jīng)直管時所造成機(jī)械能損失稱為直管阻力損失。流體通過

2、管件、閥門時因流體運(yùn)動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)的測定 流體在水平等徑直管中穩(wěn)定流動時，阻力損失為： （1）即， （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 直管長度，m；u 流體在管內(nèi)流動的平均流速，m/s。滯流(層流)時， （3） （4）式中：Re 雷諾準(zhǔn)數(shù)，無因次； 流體粘度，kg/(m·s)。湍流時是雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和相對粗糙度（/d）的函數(shù)，須由實(shí)驗(yàn)確定。由式（2）可知，欲測定，需確定l、d，測定、u、等參數(shù)

3、。 l、d為裝置參數(shù)（裝置參數(shù)表格中給出）， 、通過測定流體溫度，再查有關(guān)手冊而得， u通過測定流體流量，再由管徑計(jì)算得到。例如本裝置采用渦輪流量計(jì)測流量，V，m3/h。 (5)可用U型管、倒置U型管、測壓直管等液柱壓差計(jì)測定，或采用差壓變送器和二次儀表顯示。（1）當(dāng)采用倒置U型管液柱壓差計(jì)時 (6)式中：R水柱高度，m。 （2）當(dāng)采用U型管液柱壓差計(jì)時 (7)式中：R液柱高度，m；指示液密度，kg/m3。根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)l、d，指示液密度，流體溫度t0(查流體物性、)，及實(shí)驗(yàn)時測定的流量V、液柱壓差計(jì)的讀數(shù)R，通過式(5)、(6)或(7)、(4)和式(2)求取Re和，再將Re和標(biāo)繪在雙對

4、數(shù)坐標(biāo)圖上。2局部阻力系數(shù)x 的測定 局部阻力損失通常有兩種表示方法，即當(dāng)量長度法和阻力系數(shù)法。 (1) 當(dāng)量長度法 流體流過某管件或閥門時造成的機(jī)械能損失看作與某一長度為的同直徑的管道所產(chǎn)生的機(jī)械能損失相當(dāng)，此折合的管道長度稱為當(dāng)量長度，用符號表示。這樣，就可以用直管阻力的公式來計(jì)算局部阻力損失，而且在管路計(jì)算時可將管路中的直管長度與管件、閥門的當(dāng)量長度合并在一起計(jì)算，則流體在管路中流動時的總機(jī)械能損失 為： (8) (2) 阻力系數(shù)法 流體通過某一管件或閥門時的機(jī)械能損失表示為流體在小管徑內(nèi)流動時平均動能的某一倍數(shù)，局部阻力的這種計(jì)算方法，稱為阻力系數(shù)法。即： (9)故 (10) 式中：x

5、 局部阻力系數(shù)，無因次； 局部阻力壓強(qiáng)降，Pa；（本裝置中，所測得的壓降應(yīng)扣除兩測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。 待測的管件和閥門由現(xiàn)場指定。本實(shí)驗(yàn)采用阻力系數(shù)法表示管件或閥門的局部阻力損失。根據(jù)連接管件或閥門兩端管徑中小管的直徑d，指示液密度，流體溫度t0(查流體物性、)，及實(shí)驗(yàn)時測定的流量V、液柱壓差計(jì)的讀數(shù)R，通過式(5)、(6)或(7)、(10)求取管件或閥門的局部阻力系數(shù)x。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1所示： 1水箱；2進(jìn)口壓力表；3離心泵；

6、4出口壓力表；5渦輪流量計(jì)；6開啟管路球閥；7均壓環(huán)；8連接均壓環(huán)和壓力變送器球閥；9局部阻力管上的閘閥；10壓力變送器；11出水管路閘閥；12水箱放水閥；13寶塔接頭圖1 實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖2.實(shí)驗(yàn)流程實(shí)驗(yàn)對象部分是由貯水箱，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)的長直管，分別為用于測定局部阻力系數(shù)，光滑管直管阻力系數(shù)和粗糙管直管阻力系數(shù)。測定局部阻力部分使用不銹鋼管，其上裝有待測管件(閘閥)；光滑管直管阻力的測定同樣使用內(nèi)壁光滑的不銹鋼管，而粗糙管直管阻力的測定對象為管道內(nèi)壁較粗糙的鍍鋅管。水的流量使用渦輪流量計(jì)測量，管路和管件

7、的阻力采用差壓變送器將差壓信號傳遞給無紙記錄儀。3裝置參數(shù)裝置參數(shù)如表1所示。 表1裝置1名稱材質(zhì)管內(nèi)徑（mm）測量段長度（cm）管路號管內(nèi)徑局部阻力閘閥1A20.095光滑管不銹鋼管1B20.0100粗糙管鍍鋅鐵管1C21.0100四、實(shí)驗(yàn)步驟1泵啟動：首先對水箱進(jìn)行灌水，然后關(guān)閉出口閥，打開總電源和儀表開關(guān)，啟動水泵，待電機(jī)轉(zhuǎn)動平穩(wěn)后，把出口閥緩緩開到最大。2. 實(shí)驗(yàn)管路選擇：選擇實(shí)驗(yàn)管路，把對應(yīng)的進(jìn)口閥打開，并在出口閥最大開度下，保持全流量流動510min。3. 排氣：在計(jì)算機(jī)監(jiān)控界面點(diǎn)擊”引壓室排氣”按鈕,則差壓變送器實(shí)現(xiàn)排氣。4引壓：打開對應(yīng)實(shí)驗(yàn)管路的手閥,然后在計(jì)算機(jī)監(jiān)控界面點(diǎn)擊該

8、對應(yīng),則差壓變送器檢測該管路壓差。5流量調(diào)節(jié)：手控狀態(tài),變頻器輸出選擇100,然后開啟管路出口閥，調(diào)節(jié)流量，讓流量從1到4m3/h范圍內(nèi)變化，建議每次實(shí)驗(yàn)變化0.5m3/h左右。每次改變流量，待流動達(dá)到穩(wěn)定后，記下對應(yīng)的壓差值;自控狀態(tài),流量控制界面設(shè)定流量值或設(shè)定變頻器輸出值,待流量穩(wěn)定記錄相關(guān)數(shù)據(jù)即可。6計(jì)算：裝置確定時，根據(jù)和u的實(shí)驗(yàn)測定值，可計(jì)算和，在等溫條件下，雷諾數(shù)Re=du/=Au，其中A為常數(shù)，因此只要調(diào)節(jié)管路流量，即可得到一系列Re的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，從而繪出Re曲線。7實(shí)驗(yàn)結(jié)束：關(guān)閉出口閥，關(guān)閉水泵和儀表電源，清理裝置。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)填寫到下表：實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)

9、驗(yàn)人員： 學(xué)號： 溫度： 裝置號： 直管基本參數(shù)： 光滑管徑 粗糙管徑 局部阻力管徑 序號流量(m3/h)光滑管mmH2O粗糙管mmH2O局部阻力mmH2O左右壓差左右壓差左右壓差六、實(shí)驗(yàn)報告 1根據(jù)粗糙管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出Re曲線，對照化工原理教材上有關(guān)曲線圖，即可估算出該管的相對粗糙度和絕對粗糙度。 2根據(jù)光滑管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對照柏拉修斯方程，計(jì)算其誤差。 3根據(jù)局部阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果，求出閘閥全開時的平均值。 4對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論。 七、思考題 1在對裝置做排氣工作時，是否一定要關(guān)閉流程尾部的出口閥?為什么? 2如何檢測管路中的空氣已經(jīng)被排除干凈? 3以水做介質(zhì)所測得的Re關(guān)系能

10、否適用于其它流體?如何應(yīng)用? 4在不同設(shè)備上(包括不同管徑)，不同水溫下測定的Re數(shù)據(jù)能否關(guān)聯(lián)在同一條曲線上? 5如果測壓口、孔邊緣有毛刺或安裝不垂直，對靜壓的測量有何影響?實(shí)驗(yàn)二 填料塔吸收傳質(zhì)系數(shù)的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解填料塔吸收裝置的基本結(jié)構(gòu)及流程；2掌握總體積傳質(zhì)系數(shù)的測定方法；5了解氣相色譜儀和六通閥的使用方法。二、基本原理氣體吸收是典型的傳質(zhì)過程之一。由于CO2氣體無味、無毒、廉價，所以氣體吸收實(shí)驗(yàn)常選擇CO2作為溶質(zhì)組分。本實(shí)驗(yàn)采用水吸收空氣中的CO2組分。一般CO2在水中的溶解度很小，即使預(yù)先將一定量的CO2氣體通入空氣中混合以提高空氣中的CO2濃度，水中的CO2含量仍然很低，

11、所以吸收的計(jì)算方法可按低濃度來處理，并且此體系CO2氣體的解吸過程屬于液膜控制。因此，本實(shí)驗(yàn)主要測定Kxa和HOL。i. 計(jì)算公式填料層高度Z為式中：L 液體通過塔截面的摩爾流量，kmol / (m2·s)； Kxa 以X為推動力的液相總體積傳質(zhì)系數(shù)，kmol / (m3·s)； HOL 液相總傳質(zhì)單元高度，m； NOL 液相總傳質(zhì)單元數(shù)，無因次。令：吸收因數(shù)A=L/mG   ii. 測定方法（1）空氣流量和水流量的測定本實(shí)驗(yàn)采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測得空氣和水的流量，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件（溫度和壓力）和有關(guān)公式換算成空氣和水的摩爾流量。（2）測定填料層高度Z和塔徑D；（3）測定

12、塔頂和塔底氣相組成y1和y2；（4）平衡關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)的平衡關(guān)系可寫成y = mx 式中：m 相平衡常數(shù)，m=E/P；E 亨利系數(shù)，Ef(t)，Pa，根據(jù)液相溫度由附錄查得；P 總壓，Pa，取1atm。對清水而言，x2=0,由全塔物料衡算可得x1 。三、實(shí)驗(yàn)裝置1裝置流程 1、2、13球閥； 3氣體流量調(diào)節(jié)閥； 4液體流量調(diào)節(jié)閥；5氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)；6液體轉(zhuǎn)子流量計(jì)；7噴淋頭；8、11填料層；9液體再分布器；10塔底；11支撐板；12壓差計(jì)；14二氧化碳轉(zhuǎn)子流量計(jì)；15氣體混合罐.圖5-1 吸收裝置流程圖本實(shí)驗(yàn)裝置流程：由自來水源來的水送入填料塔塔頂經(jīng)噴頭噴淋在填料頂層。由壓縮機(jī)送來的空氣和由二氧

13、化碳鋼瓶來的二氧化碳混合后，一起進(jìn)入氣體中間貯罐，然后再直接進(jìn)入塔底，與水在塔內(nèi)進(jìn)行逆流接觸，進(jìn)行質(zhì)量和熱量的交換，由塔頂出來的尾氣放空，由于本實(shí)驗(yàn)為低濃度氣體的吸收，所以熱量交換可略，整個實(shí)驗(yàn)過程看成是等溫操作。2主要設(shè)備（1）吸收塔：高效填料塔，塔徑100mm，塔內(nèi)裝有金屬絲網(wǎng)波紋規(guī)整填料或環(huán)散裝填料，填料層總高度2000mm.。塔頂有液體初始分布器，塔中部有液體再分布器，塔底部有柵板式填料支承裝置。填料塔底部有液封裝置，以避免氣體泄漏。（2）填料規(guī)格和特性：金屬絲網(wǎng)波紋規(guī)整填料：型號JWB700Y，規(guī)格100×100mm，比表面積700m2/m3。（3）轉(zhuǎn)子流量計(jì)：測量CO2流

14、量；（4）C1000儀表：顯示水和空氣的流量；（5）空氣風(fēng)機(jī)：型號：旋渦式氣泵（6）二氧化碳鋼瓶；（7）氣相色譜儀分析。四、實(shí)驗(yàn)步驟與注意事項(xiàng) 1實(shí)驗(yàn)步驟（1）熟悉實(shí)驗(yàn)流程及弄清氣相色譜儀及其配套儀器結(jié)構(gòu)、原理、使用方法及其注意事項(xiàng)；（2）打開混合罐底部排空閥，排放掉空氣混合貯罐中的冷凝水；（3）打開儀表電源開關(guān)及空氣壓縮機(jī)電源開關(guān)，進(jìn)行儀表自檢；（4）開啟進(jìn)水閥門，讓水進(jìn)入填料塔潤濕填料，仔細(xì)調(diào)節(jié)液體轉(zhuǎn)子流量計(jì)，使其流量穩(wěn)定在某一實(shí)驗(yàn)值。（塔底液封控制：仔細(xì)調(diào)節(jié)閥門2的開度，使塔底液位緩慢地在一段區(qū)間內(nèi)變化，以免塔底液封過高溢滿或過低而泄氣）；（5）啟動風(fēng)機(jī)，打開CO2鋼瓶總閥，并緩慢調(diào)節(jié)鋼

15、瓶的減壓閥；（6）仔細(xì)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)出口閥門的開度（并調(diào)節(jié)CO2調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量，使其穩(wěn)定在某一值；）（7）待塔中的壓力靠近某一實(shí)驗(yàn)值時，仔細(xì)調(diào)節(jié)尾氣放空閥的開度，直至塔中壓力穩(wěn)定在實(shí)驗(yàn)值；（8）待塔操作穩(wěn)定后，讀取各流量計(jì)的讀數(shù)及通過溫度、壓差計(jì)、壓力表上讀取各溫度、壓力、塔頂塔底壓差讀數(shù)，通過六通閥在線進(jìn)樣，利用氣相色譜儀分析出塔頂、塔底氣相組成；（9）實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉CO2鋼瓶和轉(zhuǎn)子流量計(jì)、水轉(zhuǎn)子流量計(jì)、風(fēng)機(jī)出口閥門，再關(guān)閉進(jìn)水閥門，及風(fēng)機(jī)電源開關(guān)，（實(shí)驗(yàn)完成后我們一般先停止水的流量再停止氣體的流量，這樣做的目的是為了防止液體從進(jìn)氣口倒壓破壞管路及儀器）清理實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)場地。 2）注意事項(xiàng)

16、（1）固定好操作點(diǎn)后，應(yīng)隨時注意調(diào)整以保持各量不變。（2）在填料塔操作條件改變后，需要有較長的穩(wěn)定時間，一定要等到穩(wěn)定以后方能讀取有關(guān)數(shù)據(jù)。五、實(shí)驗(yàn)報告1) 將原始數(shù)據(jù)列表。2）在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪圖表示二氧化碳解吸時體積傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)單元高度與氣體流量的關(guān)系。3）列出實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算示例。六、思考題1本實(shí)驗(yàn)中，為什么塔底要有液封？液封高度如何計(jì)算？2測定Kxa有什么工程意義？3為什么二氧化碳吸收過程屬于液膜控制？4當(dāng)氣體溫度和液體溫度不同時，應(yīng)用什么溫度計(jì)算亨利系數(shù)？實(shí)驗(yàn)二 管道流量分配規(guī)律設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握測定流體流經(jīng)直管、管件和閥門時阻力損失的一般實(shí)驗(yàn)方法。 2設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以得到管道流

17、量的分配規(guī)律。3學(xué)會通過壓降反算流量的方法。二、基本原理 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，由于粘性剪應(yīng)力和渦流應(yīng)力的存在，要損失一定的機(jī)械能。流體流經(jīng)直管時所造成機(jī)械能損失稱為直管阻力損失。流體通過管件、閥門時因流體運(yùn)動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)的測定 流體在水平等徑直管中穩(wěn)定流動時，阻力損失為： （1）即， （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 直管長度，m；u 流體在管內(nèi)流動的平均流

18、速，m/s。滯流(層流)時， （3） （4）式中：Re 雷諾準(zhǔn)數(shù)，無因次； 流體粘度，kg/(m·s)。湍流時是雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和相對粗糙度（/d）的函數(shù)，須由實(shí)驗(yàn)確定。由式（2）可知，欲測定，需確定l、d，測定、u、等參數(shù)。 l、d為裝置參數(shù)（裝置參數(shù)表格中給出）， 、通過測定流體溫度，再查有關(guān)手冊而得， u通過測定流體流量，再由管徑計(jì)算得到。例如本裝置采用渦輪流量計(jì)測流量，V，m3/h。 (5)可用U型管、倒置U型管、測壓直管等液柱壓差計(jì)測定，或采用差壓變送器和二次儀表顯示。（1）當(dāng)采用倒置U型管液柱壓差計(jì)時 (6)式中：R水柱高度，m。 （2）當(dāng)采用U型管液柱壓差計(jì)時 (7)式中：

19、R液柱高度，m；指示液密度，kg/m3。根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)l、d，指示液密度，流體溫度t0(查流體物性、)，及實(shí)驗(yàn)時測定的流量V、液柱壓差計(jì)的讀數(shù)R，通過式(5)、(6)或(7)、(4)和式(2)求取Re和，再將Re和標(biāo)繪在雙對數(shù)坐標(biāo)圖上。2局部阻力系數(shù)x 的測定 局部阻力損失通常有兩種表示方法，即當(dāng)量長度法和阻力系數(shù)法。 (3) 當(dāng)量長度法 流體流過某管件或閥門時造成的機(jī)械能損失看作與某一長度為的同直徑的管道所產(chǎn)生的機(jī)械能損失相當(dāng)，此折合的管道長度稱為當(dāng)量長度，用符號表示。這樣，就可以用直管阻力的公式來計(jì)算局部阻力損失，而且在管路計(jì)算時可將管路中的直管長度與管件、閥門的當(dāng)量長度合并在一起計(jì)

20、算，則流體在管路中流動時的總機(jī)械能損失 為： (8) (4) 阻力系數(shù)法 流體通過某一管件或閥門時的機(jī)械能損失表示為流體在小管徑內(nèi)流動時平均動能的某一倍數(shù)，局部阻力的這種計(jì)算方法，稱為阻力系數(shù)法。即： (9)故 (10) 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，所測得的壓降應(yīng)扣除兩測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。 待測的管件和閥門由現(xiàn)場指定。本實(shí)驗(yàn)采用阻力系數(shù)法表示管件或閥門的局部阻力損失。根據(jù)連接管件或閥門兩端管徑中小管的直徑d，指示液密度

21、，流體溫度t0(查流體物性、)，及實(shí)驗(yàn)時測定的流量V、液柱壓差計(jì)的讀數(shù)R，通過式(5)、(6)或(7)、(10)求取管件或閥門的局部阻力系數(shù)x。3管道流體流量的分布規(guī)律 管道的流量分配與管道阻力相關(guān)，阻力越大流量越小。三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程 2 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示： 1水箱；2進(jìn)口壓力表；3離心泵；4出口壓力表；5渦輪流量計(jì)；6開啟管路球閥；7均壓環(huán)；8連接均壓環(huán)和壓力變送器球閥；9局部阻力管上的閘閥；10壓力變送器；11出水管路閘閥；12水箱放水閥；13寶塔接頭圖1 實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖2.實(shí)驗(yàn)流程實(shí)驗(yàn)對象部分是由貯水箱，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

22、計(jì)等所組成的。管路部分有三段并聯(lián)的長直管，分別為用于測定局部阻力系數(shù)，光滑管直管阻力系數(shù)和粗糙管直管阻力系數(shù)。測定局部阻力部分使用不銹鋼管，其上裝有待測管件(閘閥)；光滑管直管阻力的測定同樣使用內(nèi)壁光滑的不銹鋼管，而粗糙管直管阻力的測定對象為管道內(nèi)壁較粗糙的鍍鋅管。水的流量使用渦輪流量計(jì)測量，管路和管件的阻力采用差壓變送器將差壓信號傳遞給無紙記錄儀。3裝置參數(shù)裝置參數(shù)如表1所示。 表1裝置1名稱材質(zhì)管內(nèi)徑（mm）測量段長度（cm）管路號管內(nèi)徑局部阻力閘閥1A20.095光滑管不銹鋼管1B20.0100粗糙管鍍鋅鐵管1C21.0100四、實(shí)驗(yàn)步驟（自行設(shè)計(jì)）五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理（自行設(shè)計(jì)）六、實(shí)驗(yàn)報

23、告（自行設(shè)計(jì)） 實(shí)驗(yàn)三 離心泵特性曲線測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解離心泵結(jié)構(gòu)與特性，熟悉離心泵的使用；2. 掌握離心泵特性曲線測定方法；3.了解電動調(diào)節(jié)閥的工作原理和使用方法。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依據(jù)之一，其特性曲線是在恒定轉(zhuǎn)速下泵的揚(yáng)程H、軸功率N及效率與泵的流量Q之間的關(guān)系曲線，它是流體在泵內(nèi)流動規(guī)律的宏觀表現(xiàn)形式。由于泵內(nèi)部流動情況復(fù)雜，不能用理論方法推導(dǎo)出泵的特性關(guān)系曲線，只能依靠實(shí)驗(yàn)測定。1揚(yáng)程H的測定與計(jì)算取離心泵進(jìn)口真空表和出口壓力表處為1、2兩截面，列機(jī)械能衡算方程： （11）由于兩截面間的管長較短，通?？珊雎宰枇?xiàng)，速度平方差也很小故可忽略，則有

24、（12）式中： ，表示泵出口和進(jìn)口間的位差，m；和 流體密度，kg/m3 ；g重力加速度 m/s2；p1、p2分別為泵進(jìn)、出口的真空度和表壓，Pa；H1、H2分別為泵進(jìn)、出口的真空度和表壓對應(yīng)的壓頭，m； u1、u2分別為泵進(jìn)、出口的流速，m/s； z1、z2分別為真空表、壓力表的安裝高度，m。由上式可知，只要直接讀出真空表和壓力表上的數(shù)值，及兩表的安裝高度差，就可計(jì)算出泵的揚(yáng)程。2軸功率N的測量與計(jì)算 （W） （13）其中，N電為電功率表顯示值，k代表電機(jī)傳動效率，可取。3效率的計(jì)算泵的效率是泵的有效功率Ne與軸功率N的比值。有效功率Ne是單位時間內(nèi)流體經(jīng)過泵時所獲得的實(shí)際功，軸功率N是單位

25、時間內(nèi)泵軸從電機(jī)得到的功，兩者差異反映了水力損失、容積損失和機(jī)械損失的大小。泵的有效功率Ne可用下式計(jì)算： （14） 故泵效率為 （15）4轉(zhuǎn)速改變時的換算泵的特性曲線是在定轉(zhuǎn)速下的實(shí)驗(yàn)測定所得。但是，實(shí)際上感應(yīng)電動機(jī)在轉(zhuǎn)矩改變時，其轉(zhuǎn)速會有變化，這樣隨著流量Q的變化，多個實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)速n將有所差異，因此在繪制特性曲線之前，須將實(shí)測數(shù)據(jù)換算為某一定轉(zhuǎn)速n¢下（可取離心泵的額定轉(zhuǎn)速2900rpm）的數(shù)據(jù)。換算關(guān)系如下：流量 （16）揚(yáng)程 （17）軸功率 （18）效率 （19）三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程離心泵特性曲線測定裝置流程圖如下：1水箱；2進(jìn)口壓力表；3離心泵；4出口壓力表；5渦淪流量計(jì)；6

26、開啟管路球閥；7均壓環(huán)；8連接均壓環(huán)和壓力變送器球閥；9局部阻力管上的閘閥；10壓力變送器；11出水管路閘閥；12水箱放水閥；13寶塔接頭；14溫度傳感器；15泵的管路閥；16旁路閥；17電動調(diào)節(jié)閥；圖1 實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖四、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)（一）實(shí)驗(yàn)步驟： 1.清洗水箱，并加裝實(shí)驗(yàn)用水。給離心泵灌水，排出泵內(nèi)氣體。 2.檢查電源和信號線是否與控制柜連接正確，檢查各閥門開度和儀表自檢情況，試開狀態(tài)下檢查電機(jī)和離心泵是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 3.實(shí)驗(yàn)時，逐漸打開調(diào)節(jié)閥以增大流量，待各儀表讀數(shù)顯示穩(wěn)定后，讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)。（離心泵特性實(shí)驗(yàn)部分，主要獲取實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：流量Q、泵進(jìn)口壓力p1、泵出口壓力p2、電機(jī)

27、功率N電、泵轉(zhuǎn)速n，及流體溫度t和兩測壓點(diǎn)間高度差H0。） 4.測取10組左右數(shù)據(jù)后，可以停止泵，同時記錄下設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)（如離心泵型號，額定流量、揚(yáng)程和功率等）。（二）注意事項(xiàng)： 1.一般每次實(shí)驗(yàn)前，均需對泵進(jìn)行灌泵操作，以防止離心泵氣縛。同時注意定期對泵進(jìn)行保養(yǎng)，防止葉輪被固體顆粒損壞。 2.泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，勿觸碰泵主軸部分，因其高速轉(zhuǎn)動，可能會纏繞并傷害身體接觸部位。五、數(shù)據(jù)處理（1）記錄實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)如下表1：實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn)人員： 學(xué)號： 裝置號： 離心泵型號 ，額定流量 ，額定揚(yáng)程 ，額定功率泵進(jìn)出口測壓點(diǎn)高度差H0= ，流體溫度t 實(shí)驗(yàn)次數(shù)流量Q m3/h泵進(jìn)口壓力p1 kPa泵出口

28、壓力p2 kPa電機(jī)功率N電 kW泵轉(zhuǎn)速n r/m （2）根據(jù)原理部分的公式，按比例定律校合轉(zhuǎn)速后，計(jì)算各流量下的泵揚(yáng)程、軸功率和效率，如表2：實(shí)驗(yàn)次數(shù)流量Q m3/h揚(yáng)程H m軸功率N kW泵效率 %六、實(shí)驗(yàn)報告1分別繪制一定轉(zhuǎn)速下的HQ、NQ、Q曲線2分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，判斷泵最為適宜的工作范圍。七、思考題1. 試從所測實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，離心泵在啟動時為什么要關(guān)閉出口閥門？2. 啟動離心泵之前為什么要引水灌泵？如果灌泵后依然啟動不起來，你認(rèn)為可能的原因是什么？3. 為什么用泵的出口閥門調(diào)節(jié)流量？這種方法有什么優(yōu)缺點(diǎn)？是否還有其他方法調(diào)節(jié)流量？4. 泵啟動后，出口閥如果不開，壓力表讀數(shù)是否會逐漸上升？

29、為什么？5. 正常工作的離心泵，在其進(jìn)口管路上安裝閥門是否合理？為什么？6. 試分析，用清水泵輸送密度為1200Kg/的鹽水，在相同流量下你認(rèn)為泵的壓力是否變化？軸功率是否變化？實(shí)驗(yàn)四 干燥操作與干燥速度曲線的測定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 理解測定物料干燥速度曲線的工程意義2、 掌握物料干燥速度曲線的測定方法3、 了解影響干燥速度曲線的因素提示：干燥特性曲線，簡稱干燥曲線若將濕物料量于一定的干燥條件下，例如一定的溫度、濕度和速度的空氣流中，測定被干燥物料的重量和溫度隨時間的變化關(guān)系，則得下圖所示曲線，即物料含水量-時間曲線及物料溫度-時間曲線，即干燥曲線。干燥過程分為三個階段：、物料預(yù)熱階段；、恒

30、速干燥階段和、降速干燥階段。圖中AB段為物料預(yù)熱階段，物料處于預(yù)熱階段，空氣中部分熱量用來加熱物料，故物料含水量隨時間變化不大。在隨后的第階段BC，由于物料表面存有自由水分，物料表面溫度等于空氣濕球溫度tw，傳入的熱量只用來蒸發(fā)物料表面的水分，物料含水量隨時間成比例減少，干燥速率恒定且較大。到了第階段，物料中含水量減少到某一臨界含水量時，由于物料內(nèi)部水分的擴(kuò)散慢于物料表面的蒸發(fā)，不足以維持物料表面保持潤濕，則物料表面將形成干區(qū)，干燥速率開始降低，含水量越小，速率越慢，干燥曲線CD逐漸達(dá)到平衡含水量X*而終止。在降速階段，隨著水分汽化量的減少，傳入的濕熱較汽化帶出的潛熱為多，熱空氣中部分熱量用于

31、加熱物料。物料溫度開始上升，與交點(diǎn)處的含水量稱為物料的臨界含水量Xo，在圖中物料含水量曲線對時間的斜率就是干燥速率u。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 測定流化干燥速度曲線2、 了解熱空氣流速對干燥速率的影響，即保持熱空氣的溫度、測定時間不變，改變熱空氣流量，看熱空氣流量與物料含水量的關(guān)系3、 了解熱空氣溫度對干燥速率的影響，即保持熱空氣流量、測定時間不變，改變熱空氣溫度，看熱空氣溫度與物料含水量的關(guān)系4、 保持熱空氣的溫度、流量不變，改變測定時間，繪制測定時間橫軸與物料含水量縱軸的關(guān)系圖三、實(shí)驗(yàn)裝置及流程1、 干燥塔體 165×8 mm 優(yōu)質(zhì)高壓玻璃2、 轉(zhuǎn)子流量計(jì) LZB250-253、 溫度計(jì)

32、 0150 ，02504、 實(shí)驗(yàn)用干燥物料：3040 目變色硅膠5、 DC-4 微音氣泵四、影響物料干燥速率的因素除了干燥塔的結(jié)構(gòu)外：1、 物料的性質(zhì)和形狀2、 物料本身的溫度3、 物料本身的含水量4、 干燥介質(zhì)熱風(fēng)的溫度和濕度5、 干燥介質(zhì)熱風(fēng)的流向和流速五、操作步驟及注意事項(xiàng)1、 開啟微音氣泵并調(diào)節(jié)風(fēng)量至1214M3 保持不變，使流化床處于良好的流化狀態(tài)2、 將取樣器拉出，向加水器加適量水視空氣相對濕度而定（300450ml）,加水過程中，調(diào)節(jié)加水器活塞，勿使水流過大3、 接通加熱器電源，調(diào)節(jié)加熱器電壓一般110V,使進(jìn)入干燥器的空氣溫度在98100，并使其恒定4、 在進(jìn)氣量和進(jìn)氣溫度恒定

33、的條件下，每隔5分鐘紀(jì)錄床層溫度一次；每隔10分鐘紀(jì)錄溫度并采集樣品一次。每次采樣約23g/次。采樣時將取樣棒推進(jìn)隨即拉出即可。采樣后，快速將樣品放入已干燥、已稱重的空玻璃稱量瓶中。5、 保持進(jìn)氣量不變，調(diào)節(jié)加熱器電壓,使進(jìn)入干燥器的空氣溫度在90，并使其恒定6、 調(diào)節(jié)微音氣泵并調(diào)節(jié)風(fēng)量分別至12、13、14M3 ，使流化床處于良好的流化狀態(tài)。調(diào)節(jié)被加熱的空氣溫度在100，在進(jìn)氣量和進(jìn)氣溫度恒定的條件下，每隔5分鐘紀(jì)錄床層溫度一次；每隔10分鐘紀(jì)錄溫度并采集樣品一次。每次采樣約23g/次。采樣時將取樣棒推進(jìn)隨即拉出即可。7、 將采集的樣品分別稱重，然后揭開蓋子，置于120烘箱內(nèi)，烘1.52.0

34、小時，蓋好稱量瓶蓋子，拿出，稱重，至恒重為止。8、 實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到物料溫度明顯上升，硅膠變藍(lán)為止9、 實(shí)驗(yàn)完成后先斷開加熱電源，待空氣溫度在50以下時，再關(guān)微音氣泵實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 班 干燥實(shí)驗(yàn) 原始數(shù)據(jù)記錄表 氣溫（干球）： ；濕球溫度： 大氣壓： Kpa；塔內(nèi)壓降： H2O學(xué) 號測定時：分熱風(fēng)溫度熱風(fēng)流量/ m3·H-1床層溫度空瓶重/ w瓶空瓶w瓶濕物w11st烘干后總重/ w22nd烘干后總重/ w33rd烘干后總重/ w4干物料重/ Gc2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果表：學(xué) 號符 號稱量瓶重g /W1W1W1+濕物料重 /W2W2烘干后，W1+干物料重W3W3-W1 =GcGcX=

35、(W2-W1)/GcXKg水/（干料·min）X/4、 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，繪制測定時間橫軸與物料含水量縱軸的關(guān)系圖直角坐標(biāo)5、 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，標(biāo)繪干燥曲線直角坐標(biāo)和干燥速率曲線圖直角坐標(biāo)六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理提示測定恒定條件下干燥速度曲線和干燥曲線1、 物料的含水量，一般用相對于物料總重量的水分量，即以濕物料為基準(zhǔn)的水分含量，用符號W表示。 但是，干燥過程中物料總重量在變化，所以以干物料為基準(zhǔn)的含水率C表示較為方便。 W和C之間的關(guān)系如下： 2、 干燥速率是單位時間內(nèi)，從被干燥物料的單位面積上、所汽化的水分量?？杀硎緸椋菏街校篘A 干燥速率, kg/(m2·s) A 流化干燥時，被干

36、燥物料的表面積，即被干燥物料的汽化表面積，一般很難測定。m2 W 從被干燥物料汽化的水分量，kg 干燥時間，sec以物料的干基含水量kg水/kg干物料為橫軸，干燥速率kg/(m2·h)為縱軸，按實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)繪即得干燥速度曲線。3、 干燥曲線是表示 物料含水量Ckg水/kg干物料及物料表面溫度T 與干燥時間 的關(guān)系曲線。即同一張圖上有兩條曲線:一條是以物料含水量C為縱軸，干燥時間為橫軸的關(guān)系曲線；另一條是以物料表面溫度T為縱軸，時間為 橫軸的關(guān)系曲線。換言之，物料含水量(C)與時間的關(guān)系曲線及物料溫度與時間的關(guān)系曲線為干燥曲線。物料含水量與時間關(guān)系曲線的斜率即為干燥速率。將干燥速率對物料

37、含水量作圖，即為干燥速率曲線。4、 干燥速度曲線 是表示 干燥速率 NAkg水/（m2·h）與物料含水量Ckg水/kg物料的關(guān)系曲線。5、 因?yàn)楸桓稍镂锪系膯挝幻娣e指被干燥物料的表面積m2，才是流化干燥時被干燥物料的表面積很難測量，所以干燥速率也可用單位重量干物料、在單位時間內(nèi)所汽化的水分量表示； Kg/（kg·s） 式中：Gc 干物料的質(zhì)量，kg因?yàn)?dW=GC·d所以 NA=因此干燥曲線圖中，含水分率對時間的斜率即是NA。若將NA或者NA為縱軸，對Ckg水/kg干物料為橫軸，標(biāo)繪成直角坐標(biāo)圖，即是干燥速度曲線。6、 所謂恒定條件是指空氣的溫度、濕度、流速、與物

38、料的接觸方式等不變。因此隨空氣而定的空氣至物料表面的傳熱膜系數(shù)kW/（m2·）和KH ,以濕度差為推動力的傳質(zhì)系數(shù)kg/（m2·s·H）也保持恒值。七、結(jié)果與討論用溫度計(jì)掛在室外或室內(nèi)測得的溫度稱為干球溫度。將溫度計(jì)的溫泡扎上潤濕的紗布，并將紗布的下端浸于充水容器中，就成為濕球溫度計(jì)了。將濕球溫度計(jì)置于通風(fēng)處，使空氣不斷流通，此時該溫度計(jì)讀數(shù)為濕球溫度。實(shí)驗(yàn)五 填料塔吸收傳質(zhì)系數(shù)的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解填料塔吸收裝置的基本結(jié)構(gòu)及流程；2掌握總體積傳質(zhì)系數(shù)的測定方法；5了解氣相色譜儀和六通閥的使用方法。二、基本原理氣體吸收是典型的傳質(zhì)過程之一。由于CO2氣體無味、無

39、毒、廉價，所以氣體吸收實(shí)驗(yàn)常選擇CO2作為溶質(zhì)組分。本實(shí)驗(yàn)采用水吸收空氣中的CO2組分。一般CO2在水中的溶解度很小，即使預(yù)先將一定量的CO2氣體通入空氣中混合以提高空氣中的CO2濃度，水中的CO2含量仍然很低，所以吸收的計(jì)算方法可按低濃度來處理，并且此體系CO2氣體的解吸過程屬于液膜控制。因此，本實(shí)驗(yàn)主要測定Kxa和HOL。iii. 計(jì)算公式填料層高度Z為式中：L 液體通過塔截面的摩爾流量，kmol / (m2·s)； Kxa 以X為推動力的液相總體積傳質(zhì)系數(shù)，kmol / (m3·s)； HOL 液相總傳質(zhì)單元高度，m； NOL 液相總傳質(zhì)單元數(shù)，無因次。令：吸收因數(shù)A

40、=L/mG   iv. 測定方法（1）空氣流量和水流量的測定本實(shí)驗(yàn)采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測得空氣和水的流量，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件（溫度和壓力）和有關(guān)公式換算成空氣和水的摩爾流量。（2）測定填料層高度Z和塔徑D；（3）測定塔頂和塔底氣相組成y1和y2；（4）平衡關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)的平衡關(guān)系可寫成y = mx 式中：m 相平衡常數(shù)，m=E/P；E 亨利系數(shù)，Ef(t)，Pa，根據(jù)液相溫度由附錄查得；P 總壓，Pa，取1atm。對清水而言，x2=0,由全塔物料衡算可得x1 。三、實(shí)驗(yàn)裝置1裝置流程 1、2、13球閥； 3氣體流量調(diào)節(jié)閥； 4液體流量調(diào)節(jié)閥；5氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)；6液體轉(zhuǎn)子流量計(jì)；7噴淋頭；8、11

41、填料層；9液體再分布器；10塔底；11支撐板；12壓差計(jì)；14二氧化碳轉(zhuǎn)子流量計(jì)；15氣體混合罐.圖5-1 吸收裝置流程圖本實(shí)驗(yàn)裝置流程：由自來水源來的水送入填料塔塔頂經(jīng)噴頭噴淋在填料頂層。由壓縮機(jī)送來的空氣和由二氧化碳鋼瓶來的二氧化碳混合后，一起進(jìn)入氣體中間貯罐，然后再直接進(jìn)入塔底，與水在塔內(nèi)進(jìn)行逆流接觸，進(jìn)行質(zhì)量和熱量的交換，由塔頂出來的尾氣放空，由于本實(shí)驗(yàn)為低濃度氣體的吸收，所以熱量交換可略，整個實(shí)驗(yàn)過程看成是等溫操作。2主要設(shè)備（1）吸收塔：高效填料塔，塔徑100mm，塔內(nèi)裝有金屬絲網(wǎng)波紋規(guī)整填料或環(huán)散裝填料，填料層總高度2000mm.。塔頂有液體初始分布器，塔中部有液體再分布器，塔底部有柵板式填料支承裝置。填料塔底部有液封裝置，以避免氣體泄漏。（2）填料規(guī)格和特性：金屬絲網(wǎng)波紋規(guī)整填料：型號JWB700Y，規(guī)格100×100mm，比表面積700m2/m3。（3）轉(zhuǎn)子流量計(jì)：測量CO2流量；（4）