流体流动阻力的测定课件

化工原理实验流动阻力测定实验一、实验目的（1）掌握直管与阀门阻力损失的测定方法；（2）测定摩擦系数与雷诺数、管壁粗糙度之间的关系；（3）测定阀门的阻力系数与开度之间关系；（4）学会倒U形压差计和转子流量计的使用方法。二、基本原理（1）直管阻力摩擦系数测定原理流体在圆形管内作层流流动时=64/Re，湍流流动时与雷诺数和相对粗糙度有关，要实验测定，本实验要验证不同管路与雷诺数之间的关系。m直管阻力的计算可用范宁公式实验是对一定长度l和管径d的水平管路进行测定，在一定流量下，利用U形压差计测出对应的压强差，由于管道为水平等径管，压强差在数值上就等于压强降pf。由范宁公式就可求得某一雷诺数下的摩擦系数值。

本实验要分别对光滑管和粗糙管进行测定。（2）局部阻力测定原理局部阻力计算有当量长度和阻力系数两种方法，当量长度和阻力系数均要进行实验测定，本实验仅测定阀门在不同开度的阻力系数。局部阻力可由下式进行计算实验流程四、实验步骤及注意事项熟悉系统流程——启动离心泵——管道系统排气（包括测压导管排气）——系统流体静止时，倒U形压差计两臂指示液液位是否相等——打开阀门，调节流量为1、1.5、2.0……5.0m3/h（8~9点），测定光滑管和粗糙管的阻力（由对应的压差计读得，单位为mmH2O），注意调节好流量后，要等一段时间再读数——测定闸阀全开时阻力系数（流量设定为2，3，4m3/h，测得3个阻力，以确定平均阻力系数）——关闭系统阀门——停泵——关闭所有仪表电源——记录下流体的温度、装置号。实验前要画好实验数据记录表。结束后实验记录要交指导老师审阅后，才能离开现场。987654321闸阀阻力mmH2O粗糙管阻力mmH2O光滑管阻力mmH2O流量m3/h序号实验数据记录表五、实验报告编写（一）实验目的（二）实验原理（三）实验装置（四）实验数据记录表（五）实验数据处理（六）思考题897654321

ReRe闸阀阻力系数粗糙管光滑管流量m3/h序号数据处理结果表全开闸阀阻力系数实验数据处理：根据流量、管径确定流速，根据该流量下所对应的闸阀阻力（mH2O）代入下式，确定阻力系数。计算三个流量下的阻力系数，并将其平均得全开闸阀平均阻力系数。式中由此可见只要测得t1、t2、tw、流量Vs、换热管内径以及管长L，再由流体的平均温度确定流体的密度，分别求得Q，Si，（tw-t）m，代入牛顿冷却定律即可求得给热系数i。然后再由下式计算其理论值进行比较。再由已知的t1、t2、Q，Si，并根据测得的加热蒸汽温度T，确定传热平均温度差tm，代入传热速率方程即可确定Ki，与所测到的给热系数i进行比较，分析管内流体给热热阻占总热阻的比例。若将管壁热阻忽略，也可求出水蒸气冷凝的给热系数o。三、给热系数测定实验装置与流程四、实验步骤与注意事项

（一）水蒸气~空气体系1、打开总电源开关，仪表电源开关（由老师启动蒸汽发生器和打开蒸汽总阀6；2、开启变频器，启动旋涡气泵；全开气泵出口阀10；3、排尽蒸汽管内原积存的冷凝水，排尽后，关闭冷凝水排放阀8，打开蒸汽调节阀7，再打开换热器冷凝水排放阀9，使冷凝水不断地排进地沟，打开不凝气排放阀。4、调节蒸汽调节阀7，使蒸汽压力稳定在0.05MPa以下（也可用不凝气排放阀微调），蒸汽压力稳定的条件下，由大到小调节阀10改变空气流量，测定3~6组数据，为了保证所测数据的准确性，每组数据之间稳定时间不得低于5min。记录数据列表。5、停车，首先关闭阀7，停气泵、关闭发生器、仪表、电源。（二）水蒸气~水体系1、打开总电源开关，仪表电源开关（由老师启动蒸汽发生器和打开蒸汽总阀6）；2、启动泵，开泵出口阀，使水进入管内以排除管内空气；3、排尽蒸汽管内原积存的冷凝水，排尽后，关闭冷凝水排放阀8，打开蒸汽调节阀7，再打开换热器冷凝水排放阀9，使冷凝水不断地排进地沟，打开不凝气排放阀。4、调节蒸汽调节阀7，使蒸汽压力稳定在0.05MPa以下（也可用不凝气排放阀微调），蒸汽压力稳定的条件下，由大到小调节阀10改变水流量，测定3~6组数据，为了保证所实验数据处理由所测得的Vs，t1、t2，确定流体密度，计算Q由所测得的t1、t2、tw，计算，（tw-t）m由所讲义提供的换热管长、管径确定Si确定该流量下的给热系数i由t1、t2，确定流体密度、黏度、导热系数、普兰特准数，计算i的理论值。由t1、t2、T确定平均温度差tm

，进而确定传热系数Ki。t1t2TtW1321ptW2流量m3/h序号实验数据记录表实验值理论值K321流量m3/h序号数据处理结果表精馏塔塔板效率测定实验一、实验目的（一）了解连续精馏塔的基本结构及流程；（二）掌握连续精馏塔的操作方法；（三）学会板式精馏塔全塔效率的测定方法；（四）了解气相色谱仪的使用方法。二、基本原理全塔效率ET=NT/NP，NT为所需理论塔板数，它可通过物系的平衡关系、通过实验测定的塔顶馏出液组成xD、料液组成xF、热状态q、残液组成xW以及回流比R用图解法求得。NP为塔内实际塔板数，可见各套装置的铭牌。四、实验步骤与注意事项（一）实验步骤1、配制16%~19%（质量分数）的酒精料液加入塔釜中，加入量到液位计2/3处。2、检查各阀门的位置是否处于关闭状态，启动仪表电源，再启动电加热电源（开始电压为150V），使釜液缓慢升温。打开冷却水进口阀控制流量在400~500L/h，以冷凝塔内上升的蒸汽，并将回流阀全开，以实现全回流操作。当回流管内有液体流动时，可将电压调到180V。3、当塔顶温度、回流量和塔釜温度稳定后，分别在塔顶和塔底取样进行色谱分析，以获得馏出液和残液组成。4、获得准确xD和xW后，先关闭电加热电源，再停掉仪表电源，待到塔板上没有液体流动时，关闭冷却水阀，关闭所有阀门，实验结束。（二）注意事项1、塔顶放空阀一定要打开；2、料液加到塔釜液位计2/3处才能开始加热，否则回由于釜液位太低而烧坏电加热丝。五、实验报告编写（一）实验目的（二）实验原理（三）实验装置（四）实验数据记录（列表）

包括：实验装置号；实际塔板数NP；色谱分析所得塔顶和塔底组成aD和aW测定值（质量分数）。（五）实验数据处理（六）思考题实验数据处理1、将所得塔顶和塔底组成换算为摩尔分数xD和xW；2、在教科书上查取在101.3kPa压力下乙醇~水物系的平衡数据；3、在x~y图上画出乙醇~水物系的平衡曲线，并画图求出在全回流操作条件下，分离要求为xD和xW情况时所需的理论塔板数NT（不包括塔釜）。4、利用ET=NT/NP

求出塔板效率ET。xDxWNPNTET装置号aWaD吸收系数测定实验一、实验目的1、了解填料塔装置的基本结构及流程；2、熟悉填料塔的操作控制；3、掌握总体积吸收系数的测定方法；4、了解气体空塔速度和液体喷淋密度对总体积吸收系数的影响；5、了解气相色谱仪的使用方法。二、基本原理本实验采用用水吸收空气中的CO2，混合气中CO2的浓度控制在10%以下，可按低浓度吸收处理。又CO2在水中溶解度很小，过程可看为液膜控制过程。本实验主要测定HOL和KXa。

Z=HOLNOL要求得体积吸收总系数KXa，就必须先求HOL，在已知填料层高度Z的条件下，若要求得HOL，NOL应为已知，NOL与L/V、Y1、X1、X2、m等参数有关，实验过程要设法测定这些参数。三、实验装置四、实验步骤1、打开仪表电源和风机电源开关；2、打开进水总阀，供水量控制在500L/h左右，让水进入塔内使填料充分润湿；3、控制塔底出水阀开度，使塔底液位稳定在一个位置，以防止塔底液封过高溢满或过低而泄气；4、打开CO2钢瓶的总阀，调节减压阀并使其压力稳定在200kPa5、打开尾气阀、打开空气进气阀，调节空气流量在2m3/h，并打开二氧化碳进气阀，调节流量在100mL/h；6、调节尾气阀开度，使塔内压力稳定在实验值；7、操作稳定后，读取各流量计的数值，以及操作温度、压力等参数，通过六通阀在线取样，利用色谱分析出塔顶、塔底气相组成aW2、aW1；8、增大水量到700~800L/h，重复5、6、7步骤。9、实验完毕，先关闭CO2钢瓶的总阀，再关闭风机电源开关，关闭仪表电源开关，清理场地。五、注意事项1、操作过程中要注意调整并保持各操作参量稳定不变；2、操作条件改变后，要有一个较长的稳定时间，一定要稳定后才能读取有关数据。六、实验报告编写（一）实验目的（二）实验原理（三）实验装置（四）实验数据记录实验数据包括：实验装置号、填料层高度、塔径、吸收剂（水）流量、操作温度、压强、空气流量、CO2流量、色谱分析所得塔顶和塔底气相组成测定值（质量分数）。（五）实验数据处理（六）思考题实验装置号

塔径

D

填料层高度

Z

。空气流量

Vhm3/hCO2流量mL/h水流量

Lh

m3/h塔底气相组成aW1塔底气相组成aW2温度TK压强pkPa实验数据处理将塔底、塔顶气相质量分率换算为摩尔比将气、液相体积流量换算为摩尔摩尔流量kmol/hkmol/hX2=0，由物料衡算确定X1由操作温度到教科书附录查取CO2在水中溶解的亨利系数E值，由操作压力确定相平衡常数m，再进一步确定吸收因子A值根据填料层高度确定液相传质单元高度HOL确定液相传质单元数NOL由液相传质单元高度HOL确定体积吸收总系数KXa计算结果列表实验装置号

塔径

D

填料层高度

Z

。空气流量

Vkmol/h水流量

L

kmol/h塔底气相组成Y1塔底气相组成Y2温度TK压强pkPaKXakmol/m3h离心泵性能特性曲线测定实验

一、实验目的了解离心泵结构与特性，学会离心泵的操作；测定恒定转速条件下离心泵的有效扬程(H)、轴功率(N)、以及总效率（η）与有效流量(Q)之间的曲线关系；学会马达天平法测定离心泵轴功率的方法；了解压力传感器和变频器的工作原理和使用方法；学会化工原理实验软件库（组态软件MCGS和VB实验数据处理软件系统）的使用。二、基本原理离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下扬程H、轴功率N及效率η与流量Q之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的外部表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用数学方法计算这一特性曲线，只能依靠实验测定。1)流量Q的测定与计算采用涡轮流量计测量流量，智能流量积算仪显示流量值Qm3/h。2)扬程H的测定与计算在泵进、出口取截面列柏努利方程：

(1)p1,p2：分别为泵进、出口的压强N/m2,Pa ρ：液体密度kg/m3u1,u2：分别为泵进、出口的流速m/s g：重力加速度m/s2当泵进、出口管径一样，且压力表和真空表安装在同一高度，上式简化为：

(2)由式（2）可知：只要直接读出真空表和压力表上的数值，就可以计算出泵的扬程。本实验中，还采用压力传感器来测量泵进口、出口的真空度和压力，由巡检仪显示真空度和压力值。3)轴功率N的测量与计算轴功率可按下式计算：N=Mω=M（3）式中，N—泵的轴功率，WM—泵的转矩，N.mω—泵的旋转角速度，1/sn—泵的转速，r/minP—测功臂上所加砝码的质量,KgL—测功臂长，m；L=0.4867m（马达天平法）由式（3）可知：要测定泵的轴功率，需要同时测定泵轴的转矩M和转速n，泵轴的转矩采用马达天平法测量，泵轴的转速由转速传感器、转速表直接读出。4）效率η的计算泵的效率η为泵的有效功率Ne与轴功率N的比值。有效功率Ne是流体单位时间内自泵得到的功，轴功率N是单位时间内泵从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。泵的有效功率Ne可用下式计算：Ne=HQρg（4）故η=Ne/N=HQρg/N（5）三、实验装置流程图离心泵性能特性曲线测定实验仪控柜面板图

四、实验步骤1）仪表上电：打开总电源开关，打开仪表电源开关；打开三相空气开关，把离心泵电源转换开关旋到直接位置，即为由电源直接启动，这时离心泵停止按钮灯亮。2）打开离心泵出口阀门，打开离心泵灌水阀，对水泵进行灌水，注意在打开灌水阀时要慢慢打开，不要开的太大，否则会损坏真空表的。灌好水后关闭泵的出口阀与灌水阀门。3）实验软件的开启：打开“离心泵性能特性曲线测定实验.MCG”组态软件，，进入组态环境，按“F5”键进入软件运行环境。按提示输入班级、姓名、学号、装置号后按“确定”进入“离心泵性能特性测定实验软件”界面，点击“恒定转速下的离心泵性能特性曲线测定”按钮，进入实验界面。4）当一切准备就绪后，按下离心泵启动按钮，启动离心泵，这时离心泵启动按钮绿灯亮。启动离心泵后把出水阀开到最大，开始进行离心泵实验。5）流量调节：（1）手动调节：通过泵出口闸阀调节流量；（2）自动调节：通过四、实验步骤仪控柜面板中流量自动调节仪表来调节电动调节阀的开度，以实现流量的手自动控制：①仪表手动调节：在仪表面板上进行，按照万迅仪表说明书第20页的操作方式将仪表调到手动操作模式，按上下键（^、v）进行调节，输出信号的增大或减小来控制调节阀开度的增大或减小，达到调节流量的目的；②仪表自动调节：在“恒定转速下的离心泵性能特性曲线测定”实验界面中，单击“电动调节阀开度”，输入调节阀开度值即可自动由调节阀控制流量。6）手动调节实验方法：调节出口闸阀开度，使阀门全开。等流量稳定时，在马达天平上添加砝码使平衡臂与准星对准读取砝码重量p。在仪表台上读出电机转速n，流量v，水温t，真空表读数p1和出口压力表读数p2并记录；关小阀门减小流量，重复以上操作，测得另一流量下对应的各个数据，一般重复8~9个点为宜。四、实验步骤7）自动调节实验做法：关闭流量手动调节阀门，打开电动调节阀前面的阀门，打开电动调节阀电源开关，给电动调节阀上电；流量自动调节仪的使用：仪表自动调节：在软件