食工原理实验指导书汇总

食品 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 原理实验讲义许昌学院化学化工学院化工教研室目录流体流动阻力测定实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1离心泵性能测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5流化床干燥器的操作及其干燥速率曲线的测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7板式精馏塔的操作及其性能评定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9能量转化实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15雷诺实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18气-汽对流传热综合实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯22流量计流量的校正实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯27填料吸收塔的操作及其Kya的测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯34一、流体流动阻力测定实验一、实验目的1．了解流体流动阻力的测定原理及方法；2．测定流体流过直管时的摩擦阻力,并确定摩擦系数与雷诺数的关系；3．测定流体流过管件时的局部阻力,并求出阻力系数；4．了解与本实验有关的各种流量测量仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 、压差测量仪表的结构特点和安装方式，掌握其测量原理、学会正确使用。二、实验原理流体在管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地会引起压强损耗。这种损耗包括流体经过直管的沿程阻力以及因流体运动方向改变或因管子大小形状改变所引起的局部阻力。1．直管摩擦系数与雷诺数Re的测定直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即f(Re,/d)，对一定的相对粗糙度而言，f(Re)。流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路阻力引起的能量损失为：P1P2Pfhf（1）又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式）hfPflu2d（2）2整理（1）（2）两式得2dPf（3）lu2Redu（4）式中：d管径，m；Pf直管阻力引起的压强降，Pa；管长，m；流速，m/s；流体的密度，kg/m3；2流体的粘度，N·s/m。1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△Pf与流速（u流量V）之间的关系。根据实验数据和式（3）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（4）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。2．局部阻力系数的测定流体通过某一管件或阀门的阻力损失用流体在管路中的动能系数来表示。由于管件两侧距测压孔间的直管长度很短，引起的摩擦阻力与局部阻力相比，可以忽略不计，因此动能系数之值可应用伯努利方程由压差计读数求出。P'fu2hf（5）22P'f（6）u2式中：局部阻力系数，无因次；Pf'局部阻力引起的压强降，Pa；h'f局部阻力引起的能量损失，J／kg。图1局部阻力测量取压口布置图局部阻力引起的压强降Pf'可用下面的方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在其上、下游开两对测压口a-a’和b-b＇，见图3，使ab＝bc；a＇b＇＝b＇c＇则△Pf，ab＝△P；△P=△Pf，bcf，a＇b＇f，b＇c＇－Pa＇△f，ab△f，a＇b＇△＇（7）在a~a＇之间列柏努利方程式：=2PfPaP+2P+在b~b＇之间列柏努利方程式：b－Pb＇=△f，bc△f，b＇c＇△＇fPP+P+P＇（8）=△Pfab+△Pfab+△Pf，，＇＇联立式（7）和（8），则：Pf'＝2（Pb－Pb＇）－（Pa－Pa＇）为了实验方便，称（Pb－Pb＇）为近点压差，称（Pa－Pa＇）为远点压差。用差压传感器来测量。2三、实验装置图实验流程示意图见图1。水泵2将储水槽1中的水抽出，送入实验系统，首先经玻璃转子流量计15、16测量流量，然后送入被测直管段测量流体在光滑管或粗糙管的流动阻力，或经10测量局部阻力后回到储水槽，水循环使用。被测直管段流体流动阻力△p可根据其数值大小分别采用变送器12或空气-水倒置∪型管22来测量。图2流动阻力实验流程示意图1-水箱；2-离心泵；3、4-放水阀；5、13-缓冲罐；6-局部阻力近端测压阀；7、15-局部阻力远端测压阀；8、20-粗糙管测压回水阀；9、19-光滑管测压阀；10-局部阻力管阀；11-U型管进水阀；12-压力传感器；14-流量调节阀；15、16-水转子流量计；17-光滑管阀；18-粗糙管阀；21-倒置U型管放空阀；22-倒置U型管；23-水箱放水阀；24-放水阀；四、实验步骤1．向储水槽内注水，直到水满为止(有条件最好用蒸馏水，以保持流体清洁)。2．大流量状态下的压差测量系统，应先接电预热10～15分钟，调好数字表的零点。3．关闭泵的出口阀门，开电源、启动循环水泵开关。4．打开各阀门，包括测压阀，流量调到最大，排尽管道内空气，以免影响U型管压差计读数。5．测定不同开度下（全开，1/2开，1/3开，1/4开，开度不同，阻力不同）球形阀的流量及压降。注意：全开时阻力小，用U型管压差计测量，其余用压力传感器读数。记录水温，如有变化，记录初值和结束值，取平均值。6．光滑管阻力测定⑴将光滑管阀17及测压点9、19全开，其余阀门关闭。⑵倒U管调零3⑶该装置两个转子流量计并联连接，根据流量大小选择不同量程的流量计测量流量。⑷差压变送器与倒置U型管也是并联连接，用于测量直管段的压差，小流量时用倒置∪型管压差计测量，大流量时用差压变送器测量。0—100L/h范围取10个点；100—700L/h范围取15个点，前密后疏。7．粗糙管阻力测定方法同光滑管8．局部阻力测定关闭阀门17和18，测定不同开度下（全开，1/2开，1/3开，1/4开，开度不同，阻力不同）球形阀的流量及压降。远点、近点压差的测量使用同一差压变送器。当测量远点压差时，要把通向近点压差的阀门关闭；同样当近点压差时，要把通向远点压差的阀门关闭。9．测取水箱水温。10．待数据测量完毕，关闭流量调节阀，停泵。五、使用实验设备应注意的事项1．启动或关闭离心泵之前，以及从光滑管阻力测量过渡到其它测量之前，都必须检查所有流量调节阀是否关闭。2．利用压力传感器测量大流量下△P时，应切断空气—水倒置∪型玻璃管的阀门18、20否则影响测量数值。3．在实验过程中每调节一个流量之后应待流量和直管压降的数据稳定以后方可记录数据。4．较长时间未做实验，启动离心泵之前应先盘轴转动，否则易烧坏电机。六、思考题预习报告思考题：1．本次实验在安全方面需要注意哪些问题？2．本实验涉及到哪些测量仪器？如何读数？3．本实验的三个实验数据记录表有何区别？实验报告思考题：1．本次实验中，使用的倒U型管和压力传感器有哪些相同点？又有何区别？2．本次实验中，管路阀门、转子流量计阀门及离心泵开关，在启动时三者顺序如何？关闭时三者的顺序又如何？4二、离心泵性能测定一、实验目的1．了解离心泵的构造与特性，掌握离心泵的操作方法；2．测定并绘制离心泵在恒定转速下的特性曲线。二、实验原理离心泵的压头H、轴功率N及功率η与流量Q之间的对应关系，若以曲线H～Q、N～Q、η～Q表示，则称为离心泵的特性曲线，可由实验测定。实验时，在泵出口阀全关至全开的范围内，调节其开度，测得一组流量及对应的压头、轴功率和效率，即可测定并绘制离心泵的特性曲线。泵的扬程He有下式计算：Heh0u22u12p2p1hf2gg＝；＝而泵的有效功率Ne与泵效率η的计算式为：NeQHegηNe/N测定时，流量Q可用涡轮流量计或孔板流量计来计量。轴功率N可用马达－天平式测功器或功率来表测量。离心泵的性能与其转速有关。其特性曲线是某一恒定的给定转速（一般nl＝2900PRM）下的性能曲线。因此，如果实验中的转速n与给定转速nl有差异，应将实验结果换算成给定转速下的数值，并以此数值绘制离心泵的特性曲线。换算公式如下：nn1He1He(n1)2N1N(n1)31Q1He1g当20%时，Q1Qnn2nnN1三、实验装置图图1离心泵性能测定实验流程示意图1-离心泵；2-水箱;3-进水阀；4-入口真空表；5-出口压力表；56-智能流量调节阀；7-涡轮流量计；8-温度计；9-放水阀；水泵1将水槽2内的水输送到实验系统，用流量调节阀6调节流量，流体经涡轮流量计7计量后，流回储水槽。四、操作步骤1．熟悉实验装置及仪器仪表等设备，做好启动泵前的准备工作；将泵盘车数转，关闭泵出口阀。2．全开泵进口阀，待泵内灌满水后启动离心泵，并逐渐打开离心泵出口阀以调节流量。在操作过程稳定条件下，在流量为零和最大值之间，进行20次测定。3．在每次测定流量时，应同时记录流量计、温度、真空计、压力表、功率测定器示值。数据取全后，先关闭泵出口阀，再停泵。五、实验注意事项1．该装置电路采用五线三相制配电，实验设备应良好地接地。2．使用变频调速器时要注意FWD指示灯亮，切忌按FWDREV键REV指示灯亮，电机反转。3．开关离心泵前要关出口阀门。启动离心泵前，关闭压力表和真空表的开关以免损坏压强表。六、思考题1．离心泵开启前，为什么要先灌水排气？2．启动泵前，为什么要先关闭出口阀，待启动后再逐渐开大？而停泵时也要先关闭出口阀。3．离心泵的特性曲线是否与连结的管路系统有关？4．离心泵流量愈大，则泵入口处的真空度愈大，为什么？5．离心泵的流量可由泵出口阀调节，为什么？6三、流化床干燥器的操作及其干燥速率曲线的测定一、实验目的1．掌握测定物料干燥速率曲线的工程意义；2．熟悉实验干燥设备的流程、工作及实验组织方法；3．了解影响干燥速率曲线的因素。二、实验原理干燥原理是利用加热的方法使水分或其它溶剂从湿物料中汽化，除去固体物料中湿分的操作。干燥的目的是使物料便于运输、贮藏、保质和加工利用。本实验的干燥过程属于对流干燥，干燥曲线和干燥速率曲线的关系：含水率C：单位干物料Gc中所带的水分量W定义：C=－W（kg水／kg干）（1）Gc含水率随时间的变化作图，见图1：图1干燥曲线图干燥过程分为三个阶段：.物料预热阶段；Ⅱ.恒速干燥阶段；Ⅲ.降速干燥阶段。干燥速率NA的定义表示：单位干物料在单位时间内所汽化的水量即：NA=－dW(kg水／kg干．s)＇Gcd图2干燥速率曲线图(2)7对(1)式求导得：dW＝－GcdC(3)所以，NA＇=－dW=－dC(4)Gcdd也就是说，在干燥曲线图中含水率随时间变化曲线上的任何一点切线的斜率值即为干燥速率值，将这些斜率的变化值对应于含水率作图即为干燥速率曲线图，见图2。每隔一段时间读取湿物料的重量，然后将湿物料重减去干物料的重，从而就测得了C与τ的关系。三、实验装置图四、实验步骤1．在实验操作前从加水斗加入220~300ml水2．按下变频器RUN，通过旁路阀10调节流量至14－18m3/h任何一恒定值。3．待加入的水充分均匀地分散在硅胶表面后，打开加热开关。4．仔细观察进口温度与床层温度的变化，待床层温度升至39℃，即开始取第一个样品，此时的时间设定为0。5．按照原始数据的时间间隔取样，总共采集14组数据。五、实验注意事项1．加入水后待硅胶吹散后再打开加热开关。82．开始两个数据间隔时间较短，提前做好充分的准备采样。9四、板式精馏塔的操作及其性能评定一、实验目的1．了解板式塔的结构及精馏流程2．理论联系实际，掌握精馏塔的操作二、实验原理塔釜加热，液体沸腾，在塔内产生上升蒸汽，上升蒸汽与沸腾液体有着不同的组成，这种不同组成来自轻重组份间有不同的挥发度，由此塔顶冷凝，只需要部分回流即可达到塔顶轻组份增浓和塔底重组份提浓的目的。部分凝液作为轻组份较浓的塔顶产品，部分凝液作为回流，形成塔内下降液流，下降液流的浓度自塔顶而下逐步下降，至塔底浓度合格后，连续或间歇地自塔釜排出部分釜液作为重组份较浓的塔底产品。在塔中部适当位置加入待分离料液，加料液中轻组份浓度与塔截面下降液流浓度最接近，该处即为加料的适当位置。因此，加料液中轻组分浓度愈高，加料位置也愈高，加料位置将塔分成上下二个塔段，上段为精馏段，下段为提馏段。在精馏段中上升蒸汽与回流之间进行物质传递，使上升蒸汽中轻组份不断增浓，至塔顶达到要求浓度。在提馏段中，下降液流与上升蒸汽间的物质传递使下降液流中的轻组份转入汽相，重组份则转入液相，下降液流中重组份浓度不断增浓，至塔底达到要求浓度。1．评价精馏的指标—全塔效率η由于全回流下的全塔效率和部分回流下的全塔效率相差不大，在工程处理时，可以用全回流下的全塔效率代替部分回流下的全塔效率，定义式如下：图1精馏原理图NT1（1）NNT：全回流下的理论板数；N：精馏塔实际板数。2．维持正常精馏的设备因素和操作因素图2正常操作时的气液接触状况精馏塔的结构应能提供所需的塔板数和塔板上足够的相间传递面积。塔底加热（产生上升蒸汽）、塔顶冷凝（形成回流）是精馏操作的主要能量消耗；回流比愈大，塔顶冷凝量愈大，塔底加热量也必须愈大。回流比愈大，相间物质10传递的推动力也愈大。①设备因素合理的塔板数和塔结构为正常精馏达到指定分离任务提供了质量保证，塔板数和塔板结构为汽液接触提供传质面积。塔板数愈少，塔高愈矮，设备投资愈省。塔板数多少和被分离的物系性质有关，轻重组份间挥发度愈大，塔板数愈少。反之，塔板数愈多。塔结构合理，操作弹性大，不易发生液沫夹带、漏液、溢流液泛。反之，会使操作不易控制，塔顶塔底质量难以保证。为有效地实现汽液两相之间的传质，为了使传质具有最大的推动力， 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 良好的塔结构能使操作时的板式精馏塔（如图2所示）应同时具有以下两方面流动特征：⑴汽液两相总体逆流；⑵汽液两相在板上错流。塔结构设计不合理和操作不当时会发生以下三种不正常现象：严重的液沫夹带现象由于开孔率太小，而加热量过大，导致汽速过大，塔板上的一部分液体被上升汽流带至上层塔板，这种现象称为液沫夹带。液沫夹带是一种与液体主流方向相反的流动，属返混现象，使板效率降低，严重时还会发生夹带液图3过量的液沫夹带现象泛，破坏塔的正常操作（见图3所示）。这种现象可通过P釜显示，由于：P釜＝P顶＋∑板压降（2）此时板压降急剧上升，表现P釜读数超出正常范围的上限。严重的漏液现象由于开孔率太大，加上加热量太小，导致汽速过小，部分液体从塔板开孔处直接漏下，这种现象称为漏液。漏液造成液体与气体在板上无法错流接触，传质推动力降低。严重的漏液，将使塔板上不能积液而无法正常操作，上升的蒸汽直接从降液管里走，板压降几乎为0，见图4所示。此时釜顶。图4塔内漏液示意图P≈P综上所述现象都与塔釜加热量直接有关。塔釜加热量愈大，汽液负荷愈大，表现为操作压力P釜也愈大。P釜过大，液沫夹带将发生，P釜过小，漏液将出现。若液沫夹带量和漏液量各超过10%，被称为严重的不正常现象。所以正常的精馏塔，操作压力P釜应有合适的范围即操作压力区间。(iii)溢流液泛图5溢流液泛示意图由于降液管通过能力的限制，当气液负荷增大，降液管通道截面积11太小，或塔内某塔板的降液管有堵塞现象时降液管内清液层高度增加，当降液管液面升至堰板上缘时（见图5所示），降液管内的液体流量为其极限通过能力，若液体流量超过此极限值，板上开始积液，最终会使全塔充满液体，引起溢流液泛，破坏塔的正常操作。②操作因素⑴适宜回流比的确定回流比是精馏的核心因素。在设计时，存在着一个最小回流比，低于该回流比即使塔板数再多，也达不到分离要求。在精馏塔的设计时存在一个经济上合理的回流比，使设备费用和能耗得到兼顾。在精馏塔操作时，存在一个回流比的允许操作范围。处理量恒定时，若汽液负荷（回流比）超出塔的通量极限时，会发生一系列不正常的操作现象，同样会使塔顶产品不合格。加热量过大，会发生严重的雾沫夹带和液泛；加热量过小，会发生漏液，液层过薄，塔板效率降低。⑵物料平衡F=D+W（3）Fxf=DxD+WxW（4）总物料的平衡：F=D+W若F>D+W，塔釜液位将会上升，从而发生淹塔；若F 流程图 破产流程图 免费下载数据库流程图下载数据库流程图下载研究框架流程图下载流程图下载word 四．实验方法及步骤：实验前，先缓慢开启进水阀，将水充满稳压溢流水槽，并保持有适量溢流水流出，使槽内液面平稳不变。最后应设法排出设备内的气泡。实验步骤：将低位槽灌有一定数量的蒸馏水，关闭离心泵出口调节阀门及实验测试导管出口调节阀门观察和测量液体处于静止状态下各测压点（A、B、C、D）的压强，而后启动离心泵。逐步开大离心泵出口调节阀当高位槽溢流管有液体溢流后，调节导管出口调节阀为全开位置。流体稳定后读取A、B、C、D截面静压头和冲压头并记录数据。关小导管出口调节阀重复步骤。分析讨论流体流过不同位置处的能量转换关系并得出结果。关闭离心泵，实验结束。五．使用实验设备应注意的事项：1．不要将离心泵出口调节阀开得过大以免使水流冲击到高位槽外面，同时导致高位槽液面不稳定。2．当导管出口调节阀开大应检查一下高位槽内的水面是否稳定，当水面下降时应适当开大泵出口调节阀。．导管出口调节阀须缓慢地关小以免造成流量突然下降测压管中的水溢出管外。．实验前一定要将实验管道内的气泡排除干净，否则影响实验结果的准确性。．离心泵不要空转和出口阀门全关的条件下工作。6．实验过程中需根据测压管量程范围，确定最小和最大的流量。18六、雷诺实验一、实验目的和要求1.观察水流的层流和紊流的运动现象。2.学习测量圆管中雷诺数的方法。3.点绘沿程水头损失hf与雷诺数Re的关系，求出下临界雷诺数。4.通过实验分析层流和紊流两种流动型态下沿程水头损失随流速或雷诺数的变化规律。二、雷诺实验的原理实际流体中存在着两种不同的流动型态，即层流和紊流。1885年，雷诺（Reynolds）曾用实验揭示了实际液体运动中层流和紊流的不同本质。层流的特点是当流速较小时流体的质点互不混掺成线状运动，运动现象不呈脉动现象。紊流的特点是液体中的质点互相混掺，其运动轨迹曲折混乱，运动要素发生脉动现象。介于之间的是层流想紊流的过渡流动状态，称为层流向紊流的过渡。雷诺实验还证实了层流与紊流的沿程水头损失规律也不同。层流是沿程水头损失与流速的一次方程比例，紊流时沿程水头损失与流速的n次方成比例，如图1所示。用公式表示为hfkvn（1）式中，hf为沿程水头损失；v为流速；n为指数；k为比例系数。层流时n1.0，紊流时n1.75~2.0。由此可见，要确定水头损失必须先确定流动型态。如图2所示，若在管道的两个断面1-1和2-2上各安装一根测压管，可测量出断面1-1至断面2-2间的水头损失。lghfDCBhfA层流区过渡段紊流区vkvklgv图1图2由能量方程得19p11v12p22v22Z1Z2hf2g2g式中，v1v2，取12，则hf(Z1p1)(Z2p2)（2）由上式可以看出，1-1断面和2-2断面两根测压管的水头差即为沿程水头损失。流动型态的判别标准是雷诺数，对于圆管流动，雷诺数用下式计算vd（3）Re式中，Re为雷诺数；v为圆管断面水流的平均流速；为水流的运动粘滞系数。用下式计算0.01775（4）10.033t70.00022t21式中，t为水温。实验证明，雷诺实验的方法不同，所得的临界雷诺数也不同。当调节阀门从小到大逐渐开启时，所求得的临界雷诺数称为上临界雷诺数，此雷诺数范围不稳定，其值约为12000~20000左右，有时甚至高达40000~50000左右。当调节阀门从大到小逐渐关闭时，所求得的临界雷诺数称为下临界雷诺数Rek，此雷诺数比较稳定，其值为2320。所以把下临界雷诺数作为判断流动型态的标准。三.实验装置流程和实验方法实验装置流程如图3示。实验前的准备工作20必要时调整红水细管4的位置,使它处于实验管道6的中心线上。向红水储瓶2中加入适量的用水稀释过的红墨水。关闭流量调节阀10、7、9,打开进水阀3,使自来水充满水槽,?并使其有一定的溢流量。轻轻打开阀门10,让水缓慢流过实验管道。使红水全部充满细管道中。雷诺实验的过程同上面的三.1.(3)。同上面的三.1.(4)。调节进水阀,维持尽可能小的溢流量。缓慢地适当打开红水流量调节夹,即可看到当前水流量下实验管内水的流动状况（层流流动如下图示）。读取流量计的流量并计算出雷诺准数。因进水和溢流造成的震动,有时会使实验管道中的红水流束偏离管的中心线,或发生不同程度的左右摆动.为此,可突然暂时关闭进水阀3,过一会儿之后即可看到实验管道中出现的与管中心线重合的红色直线。增大进水阀3的开度，在维持尽可能小的溢流量的情况下提高水的流量。并同时根据实际情况适当调整红水流量,即可观测其他各种流量下实验管内的流动状况。为部分消除进水和溢流造成的震动的影响,在滞流和过渡流状况的每一种流量下均可采用四.2.(5)中讲的方法,突然暂时关闭进口阀3,然后观察管内水的流动状况（过渡流、湍流流动如图4。读取流量计的流量并计算出雷诺准数。3．流体在圆管内作流体速度分布演示实验首先将进口阀3打开，关闭出口阀门7。将红水流量调节夹打开，使红水滴落在不流动的实验管路图4过渡流、湍流流动示意图图5流速分布示意图(3)突然打开放水阀门10，在实验管路中可以清晰地看到红水流动所形成的如图4示速度分布。实验结束时的操作关闭红水流量调节夹,使红水停止流动。关闭进水阀3,使自来水停止流入水槽。21待实验管道的红色消失时,关闭阀门10。若日后较长时间不用,请将装置内各处的存水放净。.实验注意事项：做滞流时,为了使滞流状况能较快地形成,而且能够保持稳定,第一,水槽的溢流应尽可能的小.因为溢流大时,上水的流量也大,上水和溢流两者造成的震动都比较大，影响实验结果。第二,应尽量不要人为地使实验架产生任何的震动.为减小震动,若条件允许,可对实验架的底面进行固定。22七、气-汽对流传热综合实验一、实验目的1．握对流传热系数i的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解；2．定强制对流传热准数关联式中常数；3．过对强化套管换热器的实验研究，了解强化传热的基本理论和基本方式。二、实验原理本实验采用套管换热器,以环隙内流动的饱和水蒸汽加热管内空气，水蒸汽和空气间的传热过程由三个传热环节组成：水蒸汽在管外壁的冷凝传热，管壁的热传导以及管内空气对管内壁的对流传热。本实验装置采用两组套管换热器，即光滑套管换热器及强化套管换热器。强化传热又被学术界称为第二代传热技术，它能减小初设计的传热面积，以减小换热器的体积和重量；提高现有换热器的换热能力；使换热器能在较低温差下工作；并且能够减少换热器的阻力以减少换热器的动力消耗，更有效地利用能源和资金。强化传热的方法有多种，本实验装置是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。螺旋线圈的结构图如图1所示，螺旋线圈由直径3mm以下的铜丝和钢丝按一定节距绕成。将金属螺旋线圈插入并固定在管内，即可构成一种强化传热管。在近壁区域，流体一面由于螺旋线圈的作用而发生旋转，一面还周期性地受到线圈的螺旋金属丝的扰动，因而可以使传热强化。由于绕制线圈的金属丝直径很细，流体旋流强度也较弱，所以阻力较小，有利于节省能源。螺旋线圈是以线圈节距H与管内径d图1螺旋线圈内部结构的比值技术参数，且长径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素。(一)光滑套管换热器传热系数及其准数关联式的确定1.对流传热系数i的测定在该传热实验中，空气走内管，蒸气走外管。对流传热系数i可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定iQi（1）tmSi式中：i—管内流体对流传热系数，W/(m2?℃)；Qi—管内传热速率，W；Si—管内换热面积，m2；23tm—内壁面与流体间的温差，℃。tm由下式确定：t1t2（2）tmtw2式中：t1，t2—冷流体的入口、出口温度，℃；tw—壁面平均温度，℃；因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用tw来表示。管内换热面积：SidiLi（3）式中：di—内管管内径，m；Li—传热管测量段的实际长度，m。由热量衡算式：QiWmCpm(t2t1)（4）其中质量流量由下式求得：WmVmm（5）3600式中：Vm—冷流体在套管内的平均体积流量，m3/h；Cpm—冷流体的定压比热，kJ/(kg℃·)；m—冷流体的密度，kg/m3。Cpm和m可根据定性温度tm查得，tmt1t2为冷流体进出口平均温度。t1，t2，tw，2Vm可采取一定的测量手段得到。对流传热系数准数关联式的实验确定流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为NuARemPrn.其中：Nuidi，Reumdim，CpPrim（6）mm物性数据m、Cpm、m、m可根据定性温度tm查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pr变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为：NuARemPr0.4（7）24这样通过实验确定不同流量下的Re与Nu，然后在lgNu~lgRe双对数坐标系中用线性回归方法确定A和m的值。3.空气流量的测量：Vt1c02P（8）A0t1其中，c0-孔板流量计孔流系数，c0=0.652A0-孔的面积md0-孔板孔径，d0=0.014m-孔板两端压差，Kpat1-空气入口温度（即流量计处温度）下密度，Kg/m3。（9）由于换热器内温度的变化，传热管内的体积流量需进行校正：VmVt1273tm（10）273t1Vm—传热管内平均体积流量，m3/h；tm—传热管内平均温度，℃。(二)强化套管换热器传热系数、准数关联式及强化比的测定采用和光滑套管同样的处理数据方法，确定传热系数和准数关联式。为研究强化传热效果（不考虑阻力的影响），可以用强化比的概念作为评判准则，其形式为：NuNu0，其中Nu是强化管的努塞尔准数，Nu0是光滑管的努塞尔准数，显然，强化比NuNu0＞1，而且它的值越大，强化效果越好。三、实验装置实验装置如图2所示，主要结构参数如表1所示。说明：1、蒸汽发生器为电加热釜，使用容积为5升，内装有一支2.5kw的螺电热器，与一储水釜相连（实验过程中要保持储水釜中液位不要低于釜的二分之一，防止加热器干烧）；2、空气进出口温度采用电偶电阻温度计测得，由多路巡检表以数值形式显示。壁温采用热电偶温度计测量；3、旋涡气泵型号为XGB─2，由无锡市仪表二厂生产，电机功率约0.75KW（使用三相电源），在本实验装置上，产生的最大和最小空气流量基本满足要求，使用过程中，输出空气的温度呈上升趋势。25图2空气-水蒸气传热综合实验装置流程图1-液位管;；2-储水罐；3-排水阀；4-蒸汽发生器；5-强化套管蒸汽进口阀；6-光滑套管蒸汽进口阀；7-光滑套管换热器；8-强化套管换热器；9-光滑套管蒸汽出口；10-强化套管蒸汽出口；11-光滑套管空气进口阀；12-强化套管空气进口阀；13-孔板流量计；14-空气旁路调节阀；15-旋涡气泵四、实验方法及步骤1.实验前的准备，检查工作：⑴向储水罐中加水至液位计上端处。⑵检查空气流量旁路调节阀是否全开。⑶检查蒸气管支路各控制阀是否已打开，保证蒸汽和空气管线的畅通。⑷接通电源总闸，设定加热电压，启动电加热器开关，开始加热。实验开始：（1）关闭通向强化套管的阀门5，打开通向光滑套管的阀门6，当光滑套管换热器的放空口9有水蒸气冒出时，可启动风机，此时要关闭阀门12，打开阀门11。在整个实验过程中始终保持换热器出口处有水蒸气冒出。（2）启动风机后用放空阀14来调节流量，调好某一流量后稳定3-5分钟后，分别测量空气的流量，空气进、出口的温度及壁面温度。然后，改变流量测量下组数据。一般从小流量到最大流量之间，要测量5～6组数据。（3）做完光滑套管换热器的数据后，要进行强化管换热器实验。先打开蒸汽支路阀5，全部打开空气旁路阀14，关闭蒸汽支路阀6，打开空气支路阀12,关闭空气支路阀11，进行强化管传热实验。实验方法同步骤（2）。（4）实验结束后，依次关闭加热电源、风机和总电源。一切复原。263.注意事项1）检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常范围内。特别是每个实验结束后，进行下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。2）必须保证蒸汽上升管线的畅通。即在给蒸汽加热釜电压之前，两蒸汽支路阀门之一必须全开。在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭阀门必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。3）必须保证空气管线的畅通。即在接通风机电源之前，两个空气支路控制阀之一和旁路调节阀必须全开。在转换支路时，应先关闭风机电源，然后开启和关闭支路阀。4）调节流量后，应至少稳定3~8分钟后读取实验数据。5）实验中保持上升蒸汽量的稳定，不应改变加热电压，且保证蒸汽放空口一直有蒸汽放出。五、思考题1．比较强化管和光滑管的努塞尔准数（计算强化比），并说明强化管强化传热的原因。2．总传热速率方程为QKAt，其中总传热系数K与空气对流传热系数、蒸汽对流m传热系数和内管导热系数都有关（忽略污垢热阻），但在本实验中：。说明Ki原因。3．管内空气流动速度增大时，α有何变化？说明原因。27八、流量计流量的校正实验一．实验目的熟悉孔板流量计、文丘里流量计的构造、性能及安装方法。掌握流量计的标定方法之一——容量法。测定孔板流量计、文丘里流量计的孔流系数与雷诺准数的关系。二．基本原理对非标准化的各种流量仪表在出厂前都必须进行流量标定，建立流量刻度标尺（如转子流量计）、给出孔流系数（如涡轮流量计）、给出校正曲线（如孔板流量计）。使用者在使用时，如工作介质、温度、压强等操作条件与原来标定时的条件不同，就需要根据现场情况，对流量计进行标定。孔板、文丘里流量计的收缩口面积都是固定的，而流体通过收缩口的压力降则随流量大小而变，据此来测量流量，因此，称其为变压头流量计。而另一类流量计中，当流体通过时，压力降不变，但收缩口面积却随流量而改变，故称这类流量计为变截面流量计，此类的典型代表是转子流量计。1、孔板流量计的校核孔板流量计是应用最广泛的节流式流量计之一，本实验采用自制的孔板流量计测定液体流量，用容量法进行标定，同时测定孔流系数与雷诺准数的关系。孔板流量计是根据流体的动能和势能相互转化原理而设计的，流体通过锐孔时流速增加，造成孔板前后产生压强差，可以通过引压管在压差计或差压变送器上显示。其基本构造如图1所示。若管路直径为d1，孔板锐孔直径为d0，流体流经孔板前后所形成的缩脉直径为d2，流体的密度为ρ，则根据柏努利方程，在界面1、2处有：图1孔板流量计u22u12p1p2p2或u22u122p/由于缩脉处位置随流速而变化，截面积A2又难以指导，而孔板孔径的面积A0是已知的，因此，用孔板孔径处流速u0来替代上式中的u2，又考虑这种替代带来的误差以及实际流体局部阻力造成的能量损失，故需用系数C加以校正。u22u12C2p/28对于不可压缩流体，根据连续性方程可知u1A0u0，代入上式并整理可得：A1C2p/u0(A0)2A1令CC0(A0)2A1则u0C02p/根据u0和A0即可计算出流体的体积流量：Vu0A0C0A02p/或Vu0A0C0A02(i)/gR3式中：V－流体的体积流量，m/s；i－压差计中指示液密度，kg/m3；C0－孔流系数，无因次；C0由孔板锐口的形状、测压口位置、孔径与管径之比和雷诺数Re所决定，具体数值由实验测定。当孔径与管径之比为一定值时，Re超过某个数值后，C0接近于常数。一般工业上定型的流量计，就是规定在C0为定值的流动条件下使用。C0值范围一般为0.6～0.7。孔板流量计安装时应在其上、下游各有一段直管段作为稳定段，上游长度至少应为10d1，下游为5d2。孔板流量计构造简单，制造和安装都很方便，其主要缺点是机械能损失大。由于机械能损失，使下游速度复原后，压力不能恢复到孔板前的值，称之为永久损失。d0/d1的值越小，永久损失越大。2.文丘里流量计的校核孔板流量计的主要缺点时机械能损失很大，图2文丘里流量计为了克服这一缺点，可采用一渐缩渐括管，如图二所示，当流体流过这样的锥管时，29不会出现边界层分离及漩涡，从而大大降低了机械能损失。这种管称为文丘里管。文丘里管收缩锥角通常取15°～25°，扩大段锥角要取得小些，一般为5°-7°，使流速改变平缓，因为机械能损失主要发生在突然扩大处。文丘里流量计测量原理与孔板完全相同，只不过永久损失要小很多。流速、流量计算仍可用计算孔板流量计式子进行计算，式中u0仍代表最小截面处（称为文氏喉）的流速。文丘里管的孔流系数C0约为0.98-0.99。机械能损失约为：wf0.1u02文丘里流量计的缺点是加工比孔板复杂，因而造价高，且安装时需占去一定管长位置，但其永久损失小，故尤其适用于低压气体的输送。三.实验装置用离心泵3将贮水槽8的水直接送到实验管路中,经涡轮流量计计量后分别进入到转子流量计、孔板流量计、文丘里流量计,最后返回贮水槽8。测量孔板流量计时把9、11阀门打开；10、12阀门关闭。测量文丘里流量计时把9、10阀门打开；11、12阀门关闭。测量转子流量计时把12、10、11阀门打开；9阀门关闭。流量由调节阀10、11、来调节水的流量。温度由铜电阻温度计测量。图3流量计校合实验示意图1-涡轮流量计；2-放水阀；3-离心泵；4-温度计；5-转子流量计；6-孔板流量计；7-文丘里流量计；8-储水槽；9、10、11、12-流量调节阀；13-压差传感器;.实验步骤启动离心泵前,关闭泵流量调节阀启动离心泵。30按流量从小到大的顺序进行实验。用流量调节阀调某一流量，待稳定后，读取涡轮频率数，并分别记录流量、压强差。实验结束后,关闭泵出口流量调节阀9、12后,停泵。使用实验设备应注意的事项：阀门12在离心泵启动前应关闭，避免由于压力大将转子流量计的玻璃管打碎.实验数据记录及处理311.将所有原始数据及计算结果列成 表格 关于规范使用各类表格的通知入职表格免费下载关于主播时间做一个表格详细英语字母大小写表格下载简历表格模板下载 ，并附上计算示例。2.在单对数坐标纸上分别绘出孔板流量计和文丘里流量计的C0－Re图。讨论实验结果。.思考题孔流系数与哪些因素有关？孔板、文丘里流量计安装时各应注意什么问题？如何检查系统排气是否完全？32九、填料吸收塔的操作及其Kya的测定一、实验目的1.了解填料吸收塔的结构和流程；2.了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响；3.了解填料吸收塔的流体力学特性，测定压降与空塔气速的关系；4.学习吸收总传质系数KYa的测定方法。二、实验原理吸收是分离混合气体时利用混合气体中某组分在吸收剂中的溶解度不同而达到分离的一种方法。不同的组分在不同的吸收剂，不同的吸收温度，不同的液气比，不同的吸收剂进口浓度，吸收速率是不同的。所选用的吸收剂对某组分具有选择性吸收。吸收操作的目标函数：y2或η=影响y2有：1.设备因素；2..操作因素。1.设备因素填料塔的结构典型的填料塔结构为塔体是一圆形筒体，筒体内分层安放一定高度的填料层，填料层底端由搁栅支撑，液体分布器和液体再分布器将吸收剂均匀地分散至整个塔截面的填料上。液体靠重力自上而下流动，气体靠压差自下而上流动。填料的表面覆盖着一层液膜，气液传质发生在气液接触面上。最早的填料拉西(1914)由拉西发明，它是一段外径和高度相等的短管，时隔多年，鲍尔环，阶梯环，弹簧填料，θ环填料⋯⋯不锈钢金属丝网波纹填料，以及种类繁多的规整填料。评价填料特性的三个数字：比表面积a(m2/m3)越大越好；空隙率ε气体阻力尽可能小，ε越大越好；单位堆积体积内的填料数目n。图1.填料塔结构示意图填料的作用增加气液接触面积应满足：1)80%以上的填料润湿。2)液体为分散相，气体为连续相(反之为鼓泡塔，失去填料的作用)。(2)增加气液接触面的湍动应满足：1)保证气液逆流。2)要有适宜的液气比，若气速过大，液体下降速度为零，即发生液泛。填料塔的操作满足了上述要求，填料才会起作用。33液体分布器的作用(1)较高的填料层，需分段安装液体再分布器。图2.操作线与平衡线的关系(2)克服液体向壁偏流现象，为此，每隔一定高度的填料层，要装有液体再分布器。(3)使填料均匀润湿，从而增加气液接触面积。操作因素本文所强调对于特定的吸收过程，改变L、t、x2三要素对改善y2所起的作用是不同的，即回答特定的吸收过程，三要素中哪一个是控制因素。(1)当L/G≥m时，推动力△ym由操作线某一端靠近平衡线的那一头所决定，见图2所示。若增加吸收剂L的流量导致解吸超负荷，解吸不彻底，所引起的后果是吸收剂进口浓度x2增加，从而使吸收后尾气浓度y2也增加。针对这种情况，控制操作要素是x2，降低x2，见图2所示。其方法有二种：1)改善解吸塔的操作，采用一切能使解吸彻底的方图3操作线与平衡线的关系法。2)增加新鲜吸收剂的用量。(2)当L/G≤m时，若适当增加吸收剂流量，其一改善了操作线的斜率，见图3所示，△ym将增加；其二对液膜传质分系数的提高也有一定的贡献。如果物系属于液膜控制，此时的控制操作要素是适当增加吸收剂的流量L。但是，L的增加有适度的要求，一般为L/G=(1.1～2)(L/G)min,还应同时考虑再生设备的处理能力。（3）当吸收系强放热过程时，意味着自塔顶而下，吸收液温度增加很大，甚至达到了解吸温度。此时的平衡线斜率变陡，传质推动力△ym下降，见图4所示。如，用水来吸收SO3制H24第一步只能先SO,制得93%的硫酸，再用93%硫酸冷却后吸收SO3,经脱去少量水，才制得98%浓硫酸。因此，针对这种情况，控制操作要素是吸收剂温度t，即吸收液图4操作线与平衡线的关系需经中间冷却后再吸收。吸收总传质系数的测定传质速率式：N=Ky·填·△Ym(1)AaV物料衡算式：G空(Y1-Y2)=L(X1-X2)(2)相平衡式：Y=mX(3)(1)和(2)式联立得：Kya=G空Y1Y2(4)V填Ym由于实验物系是清水吸收丙酮，惰性气体为空气，气体进口中丙酮浓度y1>10%,属34于高浓度气体吸收，所以：1y1；2=y2；Y=y1Yy211G空—装有测空气的流量计；V填—与塔结构和填料层高度有关；(Y1mX1)(Y2mX2)(5)其中：YmlnY1mX1Y2mX2X20；X1G空(Y1Y2)；LL—装有测吸收剂的流量计；m---在吸收剂进塔与出塔处装有测液体的温度计，吸收温度t进t出t2将以上测量仪表与吸收塔，液体高位槽，管道加热器，丙酮鼓泡器，压力定值器，空气压缩机以及阀门管件等一起，组建成以下实验装置流程图。三、实验装置图四、实验步骤1．打开空气压缩机，通过旁路阀调节压缩机出口压力0.1～0.2Mpa，打开吸收剂计量流量计至刻度为6L/h。352．调节压力定值器至刻度为0.02Mpa，此压力足够提供气体流动，尾气经水继续吸收后再排放。3．调节液封装置中的调节阀使吸收塔塔底液位处于气体进口处以下的某一固定高度。4．调节空气计量流量计至刻度为1200L/h。5．第1个取样待稳定20