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[化工原理]化工原理实验课件.doc

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第二错觉 2017-09-27 评分 0 浏览量 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《[化工原理]化工原理实验课件doc》,可适用于工程科技领域,主题内容包含化工原理化工原理实验课件天津大学化工原理实验部分(授课部分)第章绪论实验课的地位和作用时代发展对实验课的要求世界已经进入知识经济的新时代。这个新时代符等。

化工原理化工原理实验课件天津大学化工原理实验部分(授课部分)第章绪论实验课的地位和作用时代发展对实验课的要求世界已经进入知识经济的新时代。这个新时代的特点是:国家、集体和个人财富的来源主要是知识、信息和智力。在世纪人类获取知识和信息的途径除了书本(含电子音像书刊)和计算机“知识库系统”的软件外主要就是从事科学实验。为了适应世纪化工科技发展的要求应该尽快地将化学、化工知识与计算机技术紧密地结合起来。化工基础实验课中在完成传统的各类单元操作实验的同时应增设计算机数据采集实验、计算机过程控制实验和计算机仿真实验的教学内容。运用新技术在有限的学时数下不仅完成了单元设备的操作型实验还有可能引入简单的化工流程实验和设计型实验。这种将传统的在实验室内进行的“物理”(实物)实验和计算机仿真实验系统协调地结合(或配合)可以扩展实验内容、节省实验时间、提高实验教学人员的综合素质和工作效率而且对提高学生创造性和动手能力都是十分有利的。实验课在人才培养中的作用(,)与课堂教学相比实验课从形式到内容都更加多样化、更加生动活泼。实验前为了搞清楚将要使用的实验装置和仪器仪表的基本原理和操作方法或在实验进行的过程中以及处理实验数据和分析实验结果的时候都会遇到各种各样急待思考和处理的问题。这些问题涉及的知识面很广有化学、化工方面的也有电工电子或数学、物理及机械问题等等其中有理论问题也有实际问题。为了解决问题既要动手、更要动脑如果教师能因势利导地进行启发与学生一起讨论问题则对于学生提出问题、分析问题和解决问题能力的培养是十分有利的。这类独立思考创新意识的训练是课堂教学所无法替代的。(,)与课堂教学相比在一门实验课的全过程之中学生们在教师心目中的表现是比较充分比较全面的。不少学生在实验中始终都是全力以赴有条不紊既注意学又懂得练当然有的做得差些。可见在实验课中存在有大量的素质教育的机会和素材。在实验课进行素质教育所针对的问题主要有:对于科学问题和所负责的工作要有责任感能与他人合作共事办事有条有理严肃认真实事求是不图虚名不浮躁勤奋好学敢于创新。在实验课这种特定的场合下引导学生们在实验课中自觉地修炼提高自己素质水平学生们是能够理解的效果还是比较好的。实际上培养喜欢做实验且实验研究工作能力很强的人也是社会对高校的要求之一。课程的任务、内容和特点课程的任务(目的)(,)让学生在学习“化工过程与设备”课程的基础上验中由于测量仪表和人的观察等方面的原因实验数据总存在一些误差即误差的存在是必然的具有普遍性的。因此研究误差的来源及其规律性尽可能地减小误差以得到准确的实验结果对于寻找事物的规律发现可能存在的新现象是非常重要的。误差估算与分析的目的就是评定实验数据的准确性通过误差估算与分析可以认清误差的来源及其影响确定导致实验总误差的最大组成因数从而在准备实验方案和研究过程中有的放矢地集中精力消除或减小产生误差的来源提高实验的质量。目前对误差应用和理论发展日益深入和扩展涉及内容非常广泛本章只就化工基础实验中常遇到的一些误差基本概念与估算方法作一扼要介绍。实验数据的误差实验数据的测量科学实验总是和测量紧密相联系的这里主要讨论恒定的静态测量一般把它分为两大类。可以用仪器、仪表直接读出数据的测量叫直接测量。例如:用米尺测量长度用秒表计时间用温度计、压力表测量温度和压强等。凡是基于直接测量值得出的数据再按一定函数关系式通过计算才能求得测量结果的测量称为间接测量。例如:测定圆柱体体积时先测量直径和高度再用公式计算出体积就属于间接测量的物理量。化工基础实验中多数测量均属间接测量。实验数据的真值和平均值真值真值是指某物理量客观存在的确定值。对它进行测量时由于测量仪器、测量方法、环境、人员及测量程序等都不可能完美无缺实验误差难于避免故真值是无法测得的是一个理想值。在分析实验测定误差时一般用如下方法替代真值:实际值是现实中可以知道的一个量值用它可以替代真值。如理论上证实的值像平面三角形内角之和为又如计量学中经国际计量大会决议的值像热力学温度单位绝对零度等于,K或将准确度高一级的测量仪器所测得的值视为真值。平均值是指对某物理量经多次测量算出的平均结果用它替代真值。当然测量次数无限多时算出的平均值应该是很接近真值的实际上测量次数是有限的(比如次)所得的平均值只能说是近似地接近真值。平均值在化工领域中常用的平均值有下面几种:算术平均值这种平均值最常用。设、、„、代表各次的测量值代表测量次数则算术平均值为()凡测量值的分布服从正态分布时用最小二乘法原理可证明:在一组等精度的测量中算术平均值为最佳值或最可信赖值。均方根平均值均方根平均值常用于计算气体分子的平均动能,其定义式为()几何平均值几何平均值的定义为()以对数表示为()对一组测量值取对数所得图形的分布曲线呈对称时常用几何平均值。可见几何平均值的对数等于这些测量值的对数的算术平均值。几何平均值常小于算术平均值。对数平均值在化学反应、热量与质量传递中分布曲线多具有对数特性此时可采用对数平均值表示量的平均值。设有两个量、其对数平均值为()两个量的对数平均值总小于算术平均值。若,,时可用算术平均值代替对数平均值引起的误差不超过。以上所介绍的各种平均值都是在不同场合想从一组测量值中找出最接近于真值的量值。平均值的选择主要取决于一组测量值的分布类型在化工实验和科学研究中数据的分布一般为正态分布故常采用算术平均值误差的定义及分类误差的定义误差是实验测量值(包括直接和间接测量值)与真值(客观存在的准确值)之差。误差的大小表示每一次测得值相对于真值不符合的程度。误差有以下含义:误差永远不等于零。不管人们主观愿望如何也不管人们在测量过程中怎样精心细致地控制误差还是要产生的不会消除误差的存在是绝对的。误差具有随机性。在相同的实验条件下对同一个研究对象反复进行多次的实验、测试或观察所得到的竟不是一个确定的结果即实验结果具有不确定性。误差是未知的。通常情况下由于真值是未知的。研究误差时一般都从偏差入手。误差的分类根据误差的性质及产生的原因,可将误差分为系统误差、随机误差和粗大误差三种。系统误差由某些固定不变的因素引起的。在相同条件下进行多次测量其误差数值的大小和正负保持恒定或误差随条件改变按一定规律变化。即有的系统误差随时间呈线性、非线性或周期性变化有的不随测量时间变化。产生系统误差的原因有:测量仪器方面的因素(仪器设计上的缺点零件制造不标准安装不正确未经校准等)。环境因素(外界温度湿度及压力变化引起的误差)。测量方法因素(近似的测量方法或近似的计算公式等引起的误差)。测量人员的习惯偏向等。总之系统误差有固定的偏向和确定的规律一般可按具体原因采取相应措施给以校正或用修正公式加以消除。随机误差由某些不易控制的因素造成的。在相同条件下作多次测量其误差数值和符号是不确定的即时大时小时正时负无固定大小和偏向。随机误差服从统计规律其误差与测量次数有关。随着测量次数的增加平均值的随机误差可以减小但不会消除。因此多次测量值的算术平均值接近于真值。研究随机误差可采用概率统计方法。粗大误差与实际明显不符的误差主要是由于实验人员粗心大意如读数错误记录错误或操作失败所致。这类误差往往与正常值相差很大应在整理数据时依据常用的准则加以剔除。请注意:上述三种误差之间在一定条件下可以相互转化。例如:尺子刻度划分有误差对制造尺子者来说是随机误差一旦用它进行测量时这尺子的分度对测量结果将形成系统误差。随机误差和系统误差间并不存在绝对的界限。同样对于粗大误差有时也难以和随机误差相区别从而实验数据的有效数字和记数法有效数字在实验中无论是直接测量的数据或是计算结果到底用几位有效数字加以表示这是一项很重要的事。数据中小数点的位置在前或在后仅与所用的测量单位有关。例如mmcmm这三个数据其准确度相同但小数点的位置不同。另外在实验测量中所使用的仪器仪表只能达到一定的准确度因此测量或计算的结果不可能也不应该超越仪器仪表所允许的准确度范围如上述的长度测量中若标尺的最小分度为mm其读数可以读到mm(估计值)故数据的有效数字是四位。实验数据(包括计算结果)的准确度取决于有效数字的位数而有效数字的位数又由仪器仪表的准确度来决定。换言之实验数据的有效数字位数必须反映仪表的准确度和存在疑问的数字位置。在判别一个已知数有几位有效数字时应注意非零数字前面的零不是有效数字例如长度为m前面的三个零不是有效数字它与所用单位有关若用mm为单位则为mm其有效数字为位。非零数字后面用于定位的零也不一定是有效数字。如是四位还是三位有效数字取决于最后面的零是否用于定位。为了明确地读出有效数字位数应该用科学记数法写成一个小数与相应的的幂的乘积。若的有效数字为位则可写成。有效数字为三位的数可写成可写成。这种记数法的特点是小数点前面永远是一位非零数字“”乘号前面的数字都为有效数字。这种科学记数法表示的有效数字位数就一目了然了。例数有效数字位数可能是位,也可能是位或位当作随机误差来处理。数字舍入规则对于位数很多的近似数当有效位数确定后>,应将多余的数字舍去。舍去多余数字常用四舍五入法。这种方法简单、方便适用于舍、入操作不多且准确度要求不高的场合因为这种方法见>就入易使所得数据偏大。下面介绍新的舍入规则是:若舍去部分的数值大于保留部分的末位的半个单位则末位加>若舍去部分的数值小于保留部分的末位的半个单位则末位不变若舍去部分的数值等于保留部分的末位的半个单位则末位凑成偶数。换言之当末位为偶数时则末位不变当末位为奇数时则末位加>。例将下面左侧的数据保留四位有效数字>>>>>>>直接测量值的有效数字直接测量值的有效数字主要取决于读数时能读到哪一位。如一支ml的滴定管它的最小刻度是ml因读数只能读到小数点后第位如ml时有效数字是四位。若管内液面正好位于ml刻度上,则数据应记为ml,仍然是四位有效数字(不能记为ml)。在此所记录的有效数字中必须有一位而且只能是最后一位是在一个最小刻度范围内估计读出的而其余的几位数是从刻度上准确读出的。由此可知在记录直接测量值时所记录的数字应该是有效数字其中应保留且只能保留一位是估计读出的数字。n如果最小刻度不是(或)个单位如图(a)(b)(c)(d)所示其读数方法可按下面的方法来读:读数绝对误差有效数字位(a)(b)()(c)()(d)(e)非直接测量值的有效数字参加运算的常数π、e的数值以及某些因子如、等的有效数字取几位为宜原则上取决于计算所用的原始数据的有效数字的位数。假设参与计算的原始数据中位数最多的有效数字是位则引用上述常数时宜取位目的是避免常数的引入造成更大的误差。工程上在大多数情况下对于上述常数可取,位有效数字。在数据运算过程中为兼顾结果的精度和运算的方便所有的中间运算结果工程上一般宜取,位有效数字。表示误差大小的数据一般宜取(或)位有效数字必要时还可多取几位。由于误差是用来为数据提供准确程度的信息为避免过于乐观并提供必要的保险故在确定误差的有效数字时也用截断的办法然后将保留数字末位加以使给出的误差值大一些而无须考虑前面所说的数字舍入规则。如误差为可写成或。作为最后实验结果的数据是间接测量值时其有效数字位数的确定方法如下:先对其绝对误差的数值按上述先截断后保留数字末位加的原则进行处理保留,位有效数字然后令待定位的数据与绝对误差值以小数点为基准相互对齐。待定位数据中与绝对误差首位有效数字对齐的数字即所得有效数字仅末位位估计值。最后按前面讲的数字舍入规则将末位有效数字右边的数字舍去。例=,=(单位暂略)取=(截断后末位加取两位有效数字)以小数点为基准对齐故该数据应保留位有效数字。按本章讲的数字舍入原则该数据=。=,=(单位暂略)取==(使和都是)以小数点为基准对齐可见该数据应保留位有效数字。经舍入处理后该数据=。随机误差的正态分布误差的正态分布实验与理论均证明正态分布能描述大多数实验中的随机测量值和随机误差的分布。服从此分布的随机误差如图所示。图中横坐标为随机误差x纵坐标为概率密度函数y。()=()=随机误差的基本特性从图中可观察到随机误差具有以下特性:绝对值相等的正负误差出现的概率相等纵轴左右对称称为误差的对称性。绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的概率大曲线的形状是中间高两边低称为误差的单峰性。在一定的测量条件下随机误差的绝对值不会超过一定界限称为误差的有界性。随着测量次数的增加随机误差的算术平均值趋于零称为误差的抵偿性。抵偿性是随机误差最本质的统计特性换言之凡具有抵偿性的误差原则上均按随机误差处理。正态分布数值表和图高斯(Gauss)于年提出了误差正态分布的概率密度函数=()式中标准误差>随机误差(测量值减平均值)概率密度函数(=)表示标准误差可以是某范围内的任意值。以上称为高斯误差分布定律。根据式()画出图中的曲线称为随机误差的概率密度分布曲线。=时式()变为()(=)=系统误差的检验和消除消除系统误差的必要性和重要性在测量中任一误差通常是随机误差和系统误差的组合而随机误差的数学处理和估计是以测量得到的数据不含系统误差为前提的例如前面提到的以平均值接近真值的概念也是如此。所以不研究系统误差的规律性不消除系统误差对数据处理的影响随机误差的估计就会丧失准确度甚至变得毫无意义。系统误差是一种恒定的或按一定规律(如线性、周期性、多项式等)变化的误差。它的出现虽然有其确定的规律性但它常常隐藏在测量数据之中纵然是多次重复测量也不可能降低它对测量准确度的影响这种潜在的危险更要人们用一定的方法和判据及时发现系统误差的存在并设法加以消除确保测量精度。因此发现和消除系统误差在科研和实验工作中是异常重要的。系统误差的简易判别准则观察法若对某物理量进行多次测量得数据列„n算出算术平均值及偏差于是可用以下准则发现系统误差:准则将测得的数据按递增的顺序依次排列如偏差的符号在连续几个测量中均为负号而在另几个连续测量中均为正号(或反之)则测量中含有线性系统误差。如果中间有微小波动则说明有随机误差的影响见例。例在温度测量技术实验中测量壁温时读得的毫伏值如下:序号,,,,,由上表得:准则将测得的数据按递增的顺序依次排列如发现偏差值的符号有规律地交替变化如图则测量中有周期系统误差。若中间有微小波动说明是随机误差的影响。准则如存在某一条件时测量数据偏差基本上保持相同符号当不存在这一条件时(或出现新条件时)偏差均变号如图所示则该测量数列中含有随测量条件而变化的固定系统误差。准则按测定次序测得数据列的前一半偏差之和与后一半偏差之和的差值显著不为零(如例两者差值为,mV)则该测量结果含有线性系统误差。同样如果所测得数据列改变条件前偏差之和与改变条件后偏差之和的差值显著不为零则该数据列含随条件改变的固定系统误差。比较法实验对比法实验中进行不同条件的测量,借以发现系统误差。这种方法适用于发现固定系统误差。数据比较法若对某一物理量进行多组独立测量将得到的结果算出各组的算术平均值和标准误差即有„n则任二组间满足下列不等式()就认为该测量不存在系统误差。式()常作为判别测量中有无系统误差的标准。应当指出前面列举的方法是判别测量中有无系统误差可行的、简便的方法如果要求判据准确和量化可采消除或减小系统误差的方法()根源消除法从事实验或研究的人员在试验前对测量过程中可能产生系统误差的各个环节作仔细分析从产生系统误差的根源上消除,这是最根本的方法。比如努力确定最佳的测试方法合理选用仪器仪表并正确调整好仪器的工作状态或参数等。()修正消除法先设法将测量器具的系统误差鉴定或计算出来做出误差表或曲线然后取与误差数值大小相同符号相反的值作为修正值将实际测得值加上相应的修正值就可以得到不包含系统误差的测量结果。因为修正值本身也含有一定误差因此这种方法不可能将全部系统误差消除掉。()代替消除法在测量装置上对未知量测量后立即用一个标准量代替未知量再次进行测量从而求出未知量与标准量的差值即有未知量=标准量差值这样可以消除测量装置带入的固定系统误差。()异号消除法对被测目标采用正反两个方向进行测量如果读出的系统误差大小相等符号相反时取两次测量值的平均值作为测量结果就可消除系统误差。这方法适用于某些定值系统对测量结果影响带有方向性的测量中。()交换消除法根据误差产生的原因,将某些条件交换,可消除固定系统误差。一个典型例子是在等臂天平上称样重若天平两臂长为和先将被测样重放在臂处标准砝码放在臂处两者调平衡后即有=而后样品和砝码互换位置再称重若则需要更换砝码即=两式相除得=选用一种新砝码便可消除不等臂带入的固定系统误差。()对称消除法在测量时若选定某点为中心测量值并对该点以外的测量点作对称安排如图所示图中为系统误差为被测的量。若以某一时刻为中点则对称于此点的各对系统误差yxy的算术平均值必相等即根据这一性质用对称测量可以很有效地消除线性系统误差。因此对称测量具有广泛的应用范围但须注意相邻两次测量之间的时间间隔应相等否则会失去对称性。()半周期消除法对于周期性误差可以相隔半个周期进行一次测量然后以两次读数的算术平均值作为测量值即可以有效地消除周期性系统误差。例如指针式仪表若刻度盘偏心所引出的误差可采用相隔的一对或几对的指针标出的读数取平均值加以消除。()回归消除法在实验或科研中估计某一因数是产生系统误差的根源但又制作不出简单的修正表也找不到被测值(因变量)与影响因素(自变量)的函数关系此时也可借助回归分析法(详见下一章)得以对该因素所造成的系统误差进行修正。用各类分布检验。系统误差消除程度的判别准则实际上在实验和科研试验中不管采用哪一种消除系统误差的方法只能做到将系统误差减弱到某种程度使它对测量结果的影响小到可以忽略不计。那么残余影响小到什么程度才可以忽略不计呢,应该有一个判别的准则。为此对测量尚有影响的系统误差称为微小系统误差。若某一项微小系统误差或某几项的微小系统误差的代数和的绝对误差不超过测量总绝对误差的最后一位有效数字的按有效数字位舍入原则就可以把它舍弃。若绝对误差取两位有效数字则可忽略的准则为若误差仅由一位有效数字表示时则可忽略的准则为粗大误差的判别与剔除粗大误差的判别准则当着手整理实验数据时,还必须解决一个重要问题,那就是数据的取舍问题。在整理实验研究结果时往往会遇到这种情况即在一组很好的实验数据里发现少数几个偏差特别大的数据。若保留它会降低实验的准确度但要舍去它必须慎重有时实测中出现的异常点常是新发现的源头。对于此类数据的保留与舍弃其逻辑根据在于随机误差理论的应用需用比较客观的可靠判据作为依据。判别粗大误差常用的准则有以下几个:准则该准则又称拉依达(PaйTa)准则。它是常用的也是判别粗大误差最简单的准则。但它是以测量次数充分多为前提的在一般情况下测量次数都比较少因此准则只能是一个近似准则。对于某个测量列(,)若各测量值只含有随机误差根据随机误差正态分布规律其偏差落在以外的概率约为。如果在测量列中发现某测量值的偏差大于亦即,则可认为它含有粗大误差应该剔除。当使用拉依达的准则时允许一次将偏差大于的所有数据剔除然后再将剩余各个数据重新计算并再次用判据继续剔除超差数据。拉依达的准则偏于保守。在测量次数较少时粗大误差出现的次数极少。由于测量次数不大粗大误差在求方差平均值过程中将会是举足轻重的会使标准差估值显著增大。也就是说在此情况下有个别粗大误差也不一定能判断出来。检验准则由数学统计理论已证明在测量次数较少时随机变量服从t分布即t分布不仅与测量值有关还与测量次数n有关当n>时t分布就很接近正态分布了。所以当测量次数较少时依据分布原理的t检验准则来判别粗大误差较为合理。检验准则的特点是先剔除一个可疑的测量值而后再按分布检验准则确定该测量值是否应该被删除。设对某物理量作多次测量得测量列(,)若认为其中测量值为可疑数据将它剔除后计算平均值为(计算时不包括)并求得测量列的标准误差(不包括=,)=根据测量次数和选取的显著性水平即可由表中查得检验系数若(),则认为测量值含有粗大误差剔除是正确的否则就认为不含有粗大误差应当保留。表检验系数表显著性水平显著性水平格拉布斯(Grubbs)准则设对某量作多次独立测量得一组测量列(,)当服从正态分布时计算可得=为了检验数列(,)中是否存在粗大误差将按大小顺序排列成顺序统计量即若认为可疑则有=()若认为可疑则有=()取显著性水平=、、,可得表的格拉布斯判据的临界值。表格拉布斯判椐表显著性水平显著性水平在取定显著水平后若随机变量和大于或者等于该随机变量临界值时即()即判别该测量值含粗大误差应当剔除。例对某物理量进行次测量测得的值列于表。若设这些值已消除了系统误差试分别用准则、检验准则和格拉布斯准则来判别该测量列中是否含有粗大误差的测量值。解:在这几种判别准则中都需要计算算术平均值和标准误差现将中间计算结果也列于下表中。按准则判别:由表可算出算术平均值和标准误差分别为表测量值及算术平均值与偏差计算结果表序号计算结果于是根据准则,第八个测得值的偏差为=,=则测量值含有粗大误差,故应将此数据剔除。再将剩余的个测得值重新计算得=由于==由表可知,剩余的个测得值的偏差均满足,故可以认为这些剩下的测量值不再含有粗大误差。按检验准则判别:根据检验准则首先怀疑第八个测得值含有粗大误差将其剔除。然后再将剩下的个测量值分别算出其算术平均值和标准误差为若选取显著性水平=已知=查表得=则有==由表知=于是,故第八个测量值含有粗大误差应该剔除。然后以同样的方法对剩余的个测量值进行判别最后可得知这些测量值不再含有粗大误差了。按格拉布斯准则判别:按测量值的大小作顺序排列可得=,=此两个测量值都应列为可疑对象但,=,=,=,=故应首先怀疑是否含有粗大误差。根据式()并代入相应数据得=选取显著性水平=且由于=查表得=由于=,=故第八个测量值含有粗大误差应该剔除。剩下个数据再重复以上步骤判别是否也含有粗大误差。由于=,=根据式()算得=同样取显著水平=再根据'==由表中查得(,)=故可判别不含有粗大误差而剩下的测量值的统计量都小于故可认为其余的测量值也不含有粗大误差。判别粗大误差注意事项合理选用判别准则:在上面介绍的准则中准则适用于测量次数较多的数列。一般情况下测量次数都比较少因此用此方法判别其可靠性不高但由于它使用简便又不需要查表故在要求不高时还是经常使用。对测量次数较少、而要求又较高的数列应采用检验准则或格拉布斯准则。当测量次数很少时可采用检验准则。采用逐步剔除方法:按前面介绍判别准则若判别出测量数列中有两个以上测量值含有粗大误差时只能首先剔除含有最大误差的测量值然后重新计算测量数列的算术平均值及其标准差再对剩余的测量值进行判别依此程序逐步剔除直至所有测量值都不再含有粗大误差时为止。显著水平值不宜选得过小:上面介绍的判别粗大误差的三个准则除准则外都涉及选显著水平值。如果把值选小了把不是粗大误差判为粗大误差的错误概率固然是小了但反过来把确实混入的粗大误差判为不是粗大误差的错误概率却增大了这显然也是不允许的。直接测量值的误差估算一次测量值的误差估算如果在实验中由于条件不许可或要求不高等原因对一个物理量的直接测量只进行一次这时可以根据具体的实际情况对测量值的误差进行合理的估计。下面介绍如何根据所使用的仪表估算一次测量值的误差。给出准确度等级类的仪表(如电工仪表、转子流量计等)准确度的表示方法这些仪表的准确度常采用仪表的最大引用误差和准确度等级来表示。仪表的最大引用误差的定义为最大引用误差,()式中仪表示值的绝对误差值是指在规定的正常情况下被测参数的测量值与被测参数的标准值之差的绝对值的最大值。对于多档仪表不同档次示值的绝对误差和量程范围均不相同。式()表明若仪表示值的绝对误差相同则量程范围愈大最大引用误差愈小。我国电工仪表的准确度等级有七种:、、、、、、。一般来说如果仪表的准确度等级为级则说明该仪表最大引用误差不会超过而不能认为它在各刻度点上的示值误差都具有的准确度。测量误差的估算设仪表的准确度等级为级则最大引用误差为。设仪表的量程范围为仪表的示值为则由式()得该示值的误差为绝对误差()相对误差()式()和()表明:(a)若仪表的准确度等级和量程范围已固定则测量的示值愈大测量的相对误差愈小。(b)选用仪表时不能盲目地追求仪表的准确度等级。因为测量的相对误差还与有关。应该兼顾仪表的准确度等级和两者。例今欲测量大约V的电压实验室有级,V和级,V的电压表问选用哪一种电压表测量较好解:用级,V的电压表测量V时的最大相对误差为=p==而用级,V的电压表测量V时的最大相对误差为==此例说明如果选择恰当用量程范围适当的级仪表进行测量能得到比用量程范围大的级仪表更准确的结果。因此在选用仪表时要纠正单纯追求准确度等级"越高越好"的倾向而应根据被测量的大小兼顾仪表的级别和测量上限合理地选择仪表。不给出准确度等级类的仪表(如天平类等)准确度的表示方法这些仪表的准确度用以下式子表示:仪表的准确度()名义分度值是指测量仪表最小分度所代表的数值。如TGA型天平其名义分度值(感量)为毫克测量范围为,克则其准确度==若仪器的准确度已知也可用式()求得其名义分度值。测量误差的估算使用这类仪表时测量值的误差可用下式来确定:绝对误差D(x)相对误差E(x)名义分度值()=()从这两类仪表看当测量值越接近于量程上限时其测量准确度越高测量值越远离量程上限时其测量准确度越低。这就是为什么使用仪表时尽可能在仪表满刻度值以上量程内进行测量的缘由所在。多次测量值的误差估算如果一个物理量的值是通过多次测量得出的那么该测量值的误差可通过标准误差来估算。设某一量重复测量了次各次测量值为、、„、n,该组数据的平均值=,标准误差σ=则值的绝对误差和相对误差按式()和式()估算。间接测量值的误差估算间接测量值是由一些直接测量值按一定的函数关系计算而得如雷诺准数Re=就是间接测量值由于直接测量值有误差因而使间接测量值也必然有误差。怎样由直接测量值的误差估算间接测量值的误差这就涉及误差的传递问题。误差传递的一般公式设有一间接测量值是直接测量值的函数即分别代表直接测量值的由绝对误差引起的增量代表由引起的的增量。则()由泰勒(Talor)级数展开并略去二阶以上的量得到()或()在数学上式中和均可正可负。但在误差估算中常常又无法确定它们是正是负因此上式无法直接用于误差的估算。绝对值相加合成法的一般公式从最坏的情况出发不考虑各个直接测量值的绝对误差对的绝对误差的影响实际上有抵消的可能则可取间接测量值的最大绝对误差为()式中误差传递系数直接测量值的绝对误差间接测量值的最大绝对误差最大相对误差的计算式为:()几何合成法的一般公式绝对值相加合成法求得的是误差的最大值它近似等于误差实际值的概率是极小的。根据概率论采用几何合成法则较符合事物固有的规律。()间接测量值值的绝对误差为()间接测量误差值的相对误差为()从式(),()可以看出间接测量值的误差不仅取决于直接测量值的误差还取决于误差传递系数。误差传递公式的应用加、减函数式例解:由公式()得例解:由式()可得绝对误差为相对误差为由此可见,和、差的绝对误差的平方等于参与加减运算的各项的绝对误差的平方之和。而常数与变量乘积的绝对误差等于常数的绝对值乘以变量的绝对误差。例解:绝对误差为相对误差为由上式知差值愈小相对误差愈大有时可能在差值计算中将原始数据所固有的准确度全部损失掉。如=若原始数据的绝对误差等于其相对误差小于但差值的绝对误差为=而相对误差等于=是原始数据相对误差的倍。故在实际工作中应尽力避免出现此类情况。一旦遇上难于避免时一般采用两种措施一是改变函数形式如设法转换为三角函数另一方法是若和不是直接测量值而是中间计算结果则可人为多取几位有效数字位以尽可能减小差的相对误差。乘、除函数式例传递系数由式()可得相对误差绝对误差例由式()可得相对误差绝对误差为由上可知积和商的相对误差的平方等于参与运算的各项的相对误差的平方之和。而幂运算结果的相对误差等于其底数的相对误差乘其方次的绝对值。因此乘除法运算进行得愈多计算结果的相对误差也就愈大。对于乘除运算式先计算相对误差再计算绝对误差较方便。对于加减运算式则正好相反。现将计算函数误差的各种关系式列于表。表某些函数误差几何合成法的简便公式函数式误差几何合成法的简便公式绝对误差相对误差====================以上误差的估算是根据几何合成法计算的。但为保险起见最大误差法也常被采用。误差分析的应用举例应用举例(一)根据各项直接测量值的误差和已知的函数关系计算间接测量值的误差确定实验的准确度找到误差的主要来源及每一因素所引起的误差大小从而可以改进研究方法和方案。例用体积法标定流量计时通常待标流量计的流量按下式计算式中:体积流量ms用计量桶接收液体的时间s在s时间内计量桶内液面的升高量m计量桶内的水平截面积m计量桶矩形水平截面的长和宽m。已测得的数据为:=m=m=m=s。、、测量用的标尺的最小刻度为mm计时采用数字式秒表读数可读到s。试估算和分析体积流量值的误差。解:()各直接测量值误差的估算(a)=m绝对误差=m(最小刻度值的倍)相对误差=(b)同理=m=m=(c)=m=m=m=(d)=s尽管秒表的读数可读到s但计时有个开停秒表操作必须会给的测量值带来较大的随机误差。现取=s=s=s()中间计算结果数据误差的估算==m==m()最后计算结果数据误差的估算=ms====ms所以待标定流量计的流量测定结果可表示为:==()ms或=()ms当然取值不同也会发生变化各测量值的误差占总误差中的比例也会不同如下面表所示。表各测量值的误差占误差的比例(s)()()误差主要原因及其对策的分析由以上计算可见:(a)尽管选用的秒表精度较高但操作中当开停秒表的时间超过秒后在所给定实验数据的情况下造成体积流量误差的主要因素是值的测量。在值无法再减小的情况下减小值的唯一办法是增大值为此在设计时应让计量桶有足够大的容量在操作时应让接液(水)的时间足够长。(b)当操作中使开停秒表的时间尽量缩短一旦接近秒表可读值秒时则造成误差的主要因素变为是值的测量要提高测量的准确度必须在设计时让计量桶的截面积足够大。由误差估算与分析得知用体积法标定液体流量计时要提高流量测量的准确度必须从装置设计和严格操作要求同时入手。应用举例(二)在规定被测量总误差要求的前提下如何确定每一单项被测量的误差进而对实验设计加以分析以便对实验方案和选用的仪表提出有益的建议。例管道内的流动介质是水时管道直管摩擦系数λ可用下式表示式中()被测量段前后的压力差(假设)mHO流量ms被测量段长度m管道内径m。要测定层流状态下内径=m的管道的摩擦系数希望在Re=时的相对误差小于应如何确定实验设备的尺寸和选用仪表,解:按几何合成法确定估算关系式中各项的误差值=因为在确定后和均随而变为简化问题按惯用的等作用原则进行误差分配。即假设所以===流量项的分误差估计由上知=按测量要求===Re==ms即=lh若目前实验室采用的是准确度等级为级、量程为(,)lh的流量计其误差为,显然不符合测量要求。(a)如果仍用量程范围为(,)lh的流量计来测量流量那应选哪个准确度等级的流量计呢设流量计的准确度等级为p。由前已知满足测量要求的==满足测量要求的==令=(量程上限,量程下限)=(,)===应该选用准确度等级为级量程为(,)lh的流量计。(b)如果用体积法测量流量用满刻度为ml筒量经核对水量测量的随机误差约为ml开停秒表的随机误差估计为秒当Re=时每次测量水量()约为ml需时间()秒左右。因为所以流量测量的相对误差==,能满足流量测量误差的要求。管内径分误差的估计由前已知满足测量要求的==如果用最小分度为mm的游标卡尺测量直径绝对误差为m,则相对误差为=,能满足流量测量误差的要求。管长和压差分误差项:压差用分度为mm的尺测量读数随机误差=m压差测量值与两测压点间的距离之间的关系:根据Re=可求出流速u=ms=表随的变化mmHO由上式算出的()等数据在=m时其随值的变化情况见表。由表可见当=m用体积法测流量时总误差为:===,应补充指出的是:为避免常数介入对计算结果造成不良的影响它们的有效数字位数应取足够多一般可取~位即取==。当某一项的实际误差值总是远大于要求的误差值很难满足要求时可适当地改变原定的关于误差分配的假设(如上例假设按等作用原则分配)增大它们要求的误差值同时减小比较容易满足误差要求的某一项所要求的误差值。因此本例的计算结果随误差分配的假设而变不是唯一的。通过以上误差分析,可以得到的结论是:(a)为实验装置中两测点的距离的选定提供了依据(b)当所用流量计测得的体积流量测量误差过大时应采用设计合理的体积法来测量流量或采用准确度等级比较高的流量计来测量流量(c)直径的误差因传递系数较大(等于)对总误差影响大所以在制作该实验装置时必须设法提高其测量准确度。本章符号表英文字母:真值正态分布置信系数常数绝对误差d偏差管道内径mE相对误差rn测量次数误差值出现的次数m误差值出现在,d范围内的概率误差值出现在,范围内的概率仪表等级测量值测量的随机误差算术平均值均方根平均值对数平均值几何平均值的增量测量值概率密度测量值的函数y函数值的增量y误差传递系数希腊字母:算术平均误差标准误差显著性水平(实验部分)流体阻力测定实验实验一、实验目的学习直管摩擦阻力P、直管摩擦系数l的测定方法。f掌握直管摩擦系数l与雷诺数Re之间关系及其变化规律。学习压强差的几种测量方法和技巧。掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。二、实验内容测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数l。测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数l与雷诺数Re之间关系曲线和关系式。三、实验原理流体在管道内流动时由于流体的粘性作用和涡流的影响会产生阻力。流体在直管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和管道摩擦系数有关它们之间存在如下关系。h==()fλ=()Re=()式中:管径m直管阻力引起的压强降Pa管长m流速ms流体的密度kgm流体的粘度Nsm。直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间有一定的关系这个关系一般用曲线来表示。在实验装置中直管段管长l和管径d都已固定。若水温一定则水的密度ρ和粘度μ也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降P与流速u(流量V)之间的关系。f根据实验数据和式()可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ用式()计算对应的Re从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系绘出λ与Re的关系曲线。实验离心泵性能测定实验一、实验目的熟悉离心泵的操作方法。掌握离心泵特性曲线的测定方法、表示方法加深对离心泵性能的了解。二、实验内容练习离心泵的操作。测定某型号离心泵在一定转速下H(扬程)、N(轴功率)、h(效率)与Q(流量)之间的特性曲线。三、实验原理离心泵是最常见的液体输送设备。在一定的型号和转速下离心泵的扬程H、轴功率及效率η均随流量Q而改变。通常通过实验测出HQ、NQ及ηQ关系并用曲线表示之称为特性曲线。特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用泵的重要依据。泵特性曲线的具体测定方法如下:H的测定在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程上式中是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力(不包括泵体内部的流动阻力所引起的压头损失)当所选的两截面很接近泵体时与柏努利方程中其它项比较值很小故可忽略。于是上式变为:将测得的和的值以及计算所得的uu代入上式即可求得H的值。入出N的测定功率表测得的功率为电动机的输入功率。由于泵由电动机直接带动传动效率可视为所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。即:泵的轴功率N,电动机的输出功率kW电动机的输出功率,电动机的输入功率电动机的效率。泵的轴功率,功率表的读数电动机效率kw。η的测定kw式中η泵的效率N泵的轴功率kwNe泵的有效功率kwH泵的压头mQ泵的流量msρ水的密度kgm实验流量计性能测定实验一、实验目的了解几种常用流量计的构造、工作原理和主要特点。掌握流量计的标定方法(例如标准流量计法)。了解节流式流量计流量系数C随雷诺数Re的变化规律流量系数C的确定方法。学习合理选择坐标系的方法。二、实验内容通过实验室实物和图像了解孔板、园喷嘴、文丘里及涡轮流量计的构造及工作原理。测定节流式流量计(孔板或园喷嘴或文丘里)的流量标定曲线。测定节流式流量计的雷诺数Re和流量系数C的关系。三、实验原理流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差它与流量的关系为:式中:被测流体(水)的体积流量ms流量系数无因次流量计节流孔截面积m流量计上、下游两取压口之间的压强差Pa被测流体(水)的密度kg,m。用涡轮流量计和转子流量计作为标准流量计来测量流量V。每一个流量在压差计上都有一S对应的读数将压差计读数P和流量V绘制成一条曲线即流量标定曲线。同时用上式整理数s据可进一步得到CRe关系曲线。实验传热综合实验一、实验目的通过对空气水蒸气简单套管换热器的实验研究掌握对流传热系数的测定方法m加深对其概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法确定关联式Nu=ARePr中常数A、m的值。通过对管程内部插有螺旋线圈的空气水蒸气强化套管换热器的实验研究测定其准数m关联式Nu=BRe中常数B、m的值和强化比NuNu了解强化传热的基本理论和基本方式。二、实验内容实验测定~个不同流速下简单套管换热器的对流传热系数。m对的实验数据进行线性回归求关联式中常数、的值。Nu=ArePrAm实验测定~个不同流速下强化套管换热器的对流传热系数。m对的实验数据进行线性回归求关联式Nu=BRe中常数B、m的值。同一流量下按实验一所得准数关联式求得计算传热强化比。NuNuNu实验五精馏实验一、实验目的()充分利用计算机采集和控制系统具有的快速、大容量和实时处理的特点进行精馏过程多实验方案的设计并进行实验验证得出实验结论。以掌握实验研究的方法。()学会识别精馏塔内出现的几种操作状态并分析这些操作状态对塔性能的影响。()学习精馏塔性能参数的测量方法并掌握其影响因素。()测定精馏过程的动态特性提高学生对精馏过程的认识。二、实验内容本实验为设计型实验学生应在教师的协助下独立设计出完整的实验方案并自主实施。必须进行的实验内容为(),()可供选做的实验内容为(),()最少从中选做一个。(研究开车过程中精馏塔在全回流条件下塔顶温度等参数随时间的变化情况。()测定精馏塔在全回流、稳定操作条件下塔体内温度和浓度沿塔高的分布。()测定精馏塔在全回流和某一回流比连续精馏时稳定操作后的全塔理论塔板数、总板效率。()在全回流、稳定操作条件下测定塔顶物料浓度、总板效率随塔釜蒸发量的变化情况。()在部分回流、稳定操作条件下测定总板效率随回流比的变化情况。()在部分回流、稳定操作条件下测定总板效率随进料流量的变化情况。()在部分回流、稳定操作条件下测定总板效率随进料组成的变化情况。()在部分回流、稳定操作条件下测定总板效率随进料热状态的变化情况。)研究间歇精馏操作过程中在保证塔顶馏出液浓度不低于给定值的条件下,回流比随时(间的变化过程。()研究间歇精馏操作过程中固定回流比情况下塔顶温度随时间的变化情况。三、实验原理对于二元物系如已知其汽液平衡数据则根据精馏塔的原料液组成进料热状况操作回流比及塔顶馏出液组成塔底釜液组成可以求出该塔的理论板数N。按照式()可以得到总板效T率E其中N为实际塔板数。TP()部分回流时进料热状况参数的计算式为()式中:t进料温度。Ft进料的泡点温度。BPC进料液体在平均温度(tt)下的比热kJ(kmol()。pmFPr进料液体在其组成和泡点温度下的汽化潜热kJkmol。mC=CMxCMxkJ(kmol()()pmppr=rMxrMxkJkmol()m式中:CC分别为纯组份和组份在平均温度下的比热kJ(kg()。pprr分别为纯组份和组份在泡点温度下的汽化潜热kJkg。MM分别为纯组份和组份的质量kgkmol。xx分别为纯组份和组份在进料中的分率。实验填料吸收塔实验一、实验目的了解填料吸收塔的结构并练习操作。学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法。二、实验内容固定液相流量和入塔混合气氨的浓度在液泛速度以下取两个相差较大的气相流量分别测量塔的传质能力(传质单元数和回收率)和传质效率(传质单元高度和体积吸收总系数)。三、实验原理吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数而实验测定是获取吸收系数的根本途径。对于相同的物系及一定的设备(填料类型与尺寸)吸收系数将随着操作条件及气液接触状况的不同而变化。本实验所用气体混合物中氨的浓度很低(摩尔比为)所得吸收液的浓度也不高。可认*为气液平衡关系服从亨利定律可用方程式Y=mX表示。又因是常压操作相平衡常数m值仅是温度的函数。N、H、K、φ可依下列公式进行计算OGOGYaA()()()()()式中:Z填料层的高度mH气相总传质单元高度mOGN气相总传质单元数无因次OGY、Y进、出口气体中溶质组分的摩尔比DY所测填料层两端面上气相推动力的平均值mDY、DY分别为填料层上、下两端面上气相推动力DY=YmXDY=YmXX、X进、出口液体中溶质组分的摩尔比m相平衡常数无因次Ka气相总体积吸收系数kmol(mh)YV空气的摩尔流率kmol(B)hΩ填料塔截面积m。混合气中氨被吸收的百分率(吸收率)无因次。操作条件下液体喷淋密度的计算()最小喷淋密度经验值为m(mh)实验脉冲填料萃取塔实验一、实验目的了解脉冲填料萃取塔的结构。掌握脉冲填料萃取塔性能的测定方法。了解填料萃取塔传质效率的强化方法。二、实验内容观察有无脉冲时塔内液滴变化情况和流动状态固定两相流量测定有无脉冲时萃取塔的传质单元数、传质单元高度及总传质系数。三、实验原理填料萃取塔是石油炼制、化学工业和环境保护等部门广泛应用的一种萃取设备具有结构简单、便于安装和制造等特点。塔内填料的作用可以使分散相液滴不断破碎与聚合以使液滴的表面不断更新还可以减少连续相的轴向混合。萃取塔的分离效率可以用传质单元高度或理论级当量高度表示。影响脉冲填料萃取塔分离效率的因素主要有填料的种类、轻重两相的流量及脉冲强度等。对一定的实验设备(几何尺寸一定填料一定)在两相流量固定条件下脉冲强度增加传质单元高度降低塔的分离能力增加。本实验以水为萃取剂从煤油中萃取苯甲酸苯甲酸在煤油中的浓度约为(质量)。水相为萃取相(用字母E表示在本实验中又称连续相、重相)煤油相为萃余相(用字母R表示在本实验中又称分散相)。在萃取过程中苯甲酸部分地从萃余相转移至萃取相。萃取相及萃余相的进出口浓度由容量分析法测定之。考虑水与煤油是完全不互溶的且苯甲酸在两相中的浓度都很低可认为在萃取过程中两相液体的体积流量不发生变化。按萃取相计算的传质单元数计算公式为:()式中:Y苯甲酸在进入塔顶的萃取相中的质量比组成kg苯甲酸,kg水Et本实验中Y,。EtY苯甲酸在离开塔底萃取相中的质量比组成kg苯甲酸,kg水EbY苯甲酸在塔内某一高度处萃取相中的质量比组成kg苯甲酸,kg水E*Y与苯甲酸在塔内某一高度处萃余相组成X成平衡的萃取相中的质量比ER组成kg苯甲酸,kg水。用YX图上的分配曲线(平衡曲线)与操作线可求得Y关系。再进行图ERE解积分或用辛普森积分可求得N。OE按萃取相计算的传质单元高度()式中:H萃取塔的有效高度m按萃取相计算的传质单元高度m。按萃取相计算的体积总传质系数()式中:S萃取相中纯溶剂的流量kg水h萃取塔截面积m按萃取相计算的体积总传质系数。同理本实验也可以按萃余相计算N、H及Ka。ORORXR实验干燥速率曲线测定实验一、实验目的掌握干燥曲线和干燥速率曲线的测定方法。学习物料含水量的测定方法。加深对物料临界含水量Xc的概念及其影响因素的理解。学习恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数的测定方法。学习用误差分析方法对实验结果进行误差估算。二、实验内容每组在某固定的空气流量和某固定的空气温度下测量一种物料干燥曲线、干燥速率曲线和临界含水量。测定恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数。三、实验原理当湿物料与干燥介质相接触时物料表面的水分开始气化并向周围介质传递。根据干燥过程中不同期间的特点干燥过程可分为两个阶段。第一个阶段为恒速干燥阶段。在过程开始时由于整个物料的湿含量较大其内部的水分能迅速地达到物料表面。因此干燥速率为物料表面上水分的气化速率所控制故此阶段亦称为表面气化控制阶段。在此阶段干燥介质传给物料的热量全部用于水分的气化物料表面的温度维持恒定(等于热空气湿球温度)物料表面处的水蒸汽分压也维持恒定故干燥速率恒定不变。第二个阶段为降速干燥阶段当物料被干燥达到临界湿含量后便进入降速干燥阶段。此时物料中所含水分较少水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的气化速率干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。故此阶段亦称为内部迁移控制阶段。随着物料湿含量逐渐减少物料内部水分的迁移速率也逐渐减少故干燥速率不断下降。恒速段的干燥速率和临界含水量的影响因素主要有:固体物料的种类和性质固体物料层的厚度或颗粒大小空气的温度、湿度和流速空气与固体物料间的相对运动方式。恒速段的干燥速率和临界含水量是干燥过程研究和干燥器设计的重要数据。本实验在恒定干燥条件下对帆布物料进行干燥测定干燥曲线和干燥速率曲线目的是掌握恒速段干燥速率和临界含水量的测定方法及其影响因素。干燥速率的测定()式中:干燥速率kg(mh)干燥面积m(实验室现场提供)时间间隔h时间间隔内干燥气化的水分量kg。物料干基含水量()式中:物料干基含水量kg水kg绝干物料固体湿物料的量kg绝干物料量kg。恒速干燥阶段物料表面与空气之间对流传热系数的测定()()式中:恒速干燥阶段物料表面与空气之间的对流传热系数W(m)恒速干燥阶段的干燥速率kg(mh)干燥器内空气的湿球温度干燥器内空气的干球温度下水的气化热Jkg。干燥器内空气实际体积流量的计算由节流式流量计的流量公式和理想气体的状态方程式可推导出:()式中:干燥器内空气实际流量ms流量计处空气的温度常压下t时空气的流量ms干燥器内空气的温度。()()式中:C=流量计流量系数CA节流孔开孔面积md节流孔开孔直径d=mΔP节流孔上下游两侧压力差Paρ孔板流量计处时空气的密度kgm。实验正交试验法在过滤研究实验中的应用一、实验目的掌握恒压过滤常数、、的测定方法加深对、、的概念和影响因素的理解。学习滤饼的压缩性指数s和物料常数的测定方法。学习一类关系的实验确定方法。学习用正交试验法来安排实验达到最大限度地减小实验工作量的目的。学习对正交试验法的实验结果进行科学的分析分析出每个因素重要性的大小指出试验指标随各因素变化的趋势了解适宜操作条件的确定方法。二、实验内容设定试验指标、因素和水平。因课时限制分个小组合作共同完成一个正交表。故统一规定试验指标为恒压过滤常数设定的因素及其水平如表所示。并假定各因素之间无交互作用。为便于处理实验结果统一选择正交表表头设计见表(A)所示。(A)的表头设计填入与各因素水平对应的数据使它变成直观的“实验方案”按表表格。分小组进行实验测定每个实验条件下的过滤常数、、。对试验指标进行极差分析和方差分析指出各个因素重要性的大小讨论随其影响因素的变化趋势以提高过滤速度为目标确定适宜的操作条件。实验多相搅拌实验一、实验目的掌握搅拌功率曲线的测定方法。了解影响搅拌功率的因素及其关联方法。二、实验内容羧甲基纤维素纳(CMC)水溶液测定液液相搅拌功率曲线。CMC水溶液和空气测定气液相搅拌功率曲线。三、实验原理搅拌操作是重要的化工单元操作之一它常用于互溶液体的混合、不互溶液体的分散和接触、气液接触、固体颗粒在液体中的悬浮、强化传热及化学反应等过程搅拌聚合釜是高分子化工生产的核心设备。搅拌过程中流体的混合要消耗能量即通过搅拌器把能量输入到被搅拌的流体中去。因此搅拌釜内单位体积流体的能耗成为判断搅拌过程好坏的依据之一。由于搅拌釜内液体运动状态十分复杂搅拌功率目前尚不能由理论得出。只能由实验获得它和多变量之间的关系以此作为搅拌操作放大过程中确定搅拌规律的依据。液体搅拌功率消耗可表达为下列诸变量的函数:式中N搅拌功率WK无量钢系数n搅拌转数rsd搅拌器直径m流体密度kgm流体粘度pasg重力加速度ms由因次分析法可得下列无因次数群的关联式:()令称为功率无量纲数称为搅拌雷诺数F称为搅拌佛鲁德数r()则令称为功率因数则()对于不打旋的系统重力影响极小可忽略F的影响即。r则()因此在对数坐标纸上可标绘出与的关系。本实验中搅拌功率采用下式得到:()式中I搅拌电机的电枢电流AV搅拌电机的电枢电压VR搅拌电机的内阻见实验现场给出的数据n搅拌电机的转数rsK常数见实验现场给出的数据
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