化工原理实验讲义(10个)-考研试题文档资料系列.doc

实验一 流体流动阻力的测定一、实验目的1. 掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法；2. 测定直管摩擦系数Re的关系，验证在一般湍流区内、Re与/d的函数关系；3. 测定流体流经阀门及突然扩大管时的局部阻力系数；4. 测定层流管的摩擦阻力。二、实验原理流体流经直管时所造成机械能损失为直管阻力损失。流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。(1) 直管阻力摩擦系数的测定:流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为： 即 层流时：=64/Re; 湍流时：是Re和/d的函数，须由实验测定。（2）局部阻力系数的测定:局部阻力通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。本实验采用阻力系数法进行测定。三、实验装置与流程1、水箱 2、离心泵 3、涡轮流量计 4、层流水槽 5、层流管 6、截止阀 7、球阀 8、光滑管 9、粗糙管 10、突扩管 11、孔板流量计 12、流量调节阀实验装置部分是由水箱，离心泵，不同管径、材质的水管，各种阀门、管件，涡轮流量计和倒U形压差计等所组成。管路部分由五段并联的长直管，自上而下分别为用于测定层流阻力、局部阻力、光滑管直管阻力、粗糙管直管阻力和扩径管阻力。测定阻力部分使用不锈钢管，其上装有待测管件（球阀或截止阀）；光滑管直管阻力的测定同样使用内壁光滑的不锈钢管，而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较粗糙的镀锌管。本装置的流量使用涡轮流量计测量。管路和管件的阻力采用各自的倒U形压差计测量，同时差压变送器将差压信号传递给差压显示仪。四、实验步骤1. 首先对水泵进行灌水，然后关闭出口阀门，启动水泵电机，待电机转动平稳后，把泵的出口阀缓缓开到最大；2. 同时打开被测管线上的开关阀及面板上与其相应的切换阀，关闭其他的开关阀和切换阀，保证测压点一一对应；3. 改变流量测量流体通过被测管的压降，每次改变流量（变化10L/min左右），待流动达到稳定后，分别仪表控制箱上的压降数值；4. 实验结束，关闭出口阀，停止水泵电机，清理装置。五、实验数据记录与处理1. 数据记录（光滑管为例）光滑管实验数据记录流量压降2. 数据处理六、思考题1. 在测量前为什么要将设备中的空气排尽？怎样才能迅速地排尽？为什么？如何检验管路中的空气已经被排除干净？2. 以水为介质所测得的Re关系能否适用于其他流体？3. 在湍流区摩擦系数与那些因素有关，具体如何？实验二 离心泵特性曲线的测定一、实验目的1. 了解离心泵的结构与特性，熟悉离心泵的使用；2. 测定离心泵在恒定转速下的特性曲线，并确定泵的最佳工作范围；3. 测定管路特性曲线。二、实验原理离心泵的性能参数取决于泵的内部结构，叶轮形式及转速，泵的性能参数扬程、轴功率、效率随流量的变化关系，即HeQ、N轴Q、Q称为离心泵的特性曲线。该特性曲线需由实验测得，计算如下： mH2O kW管路特性是指输送流体时，管路需要的能量H（即从A到B流体机械能的差值+阻力损失）随流量Q的变化关系。本实验中，管路需要的能量与泵提供给管路的能量平衡相等，计算H的方法同He： mH2O虽然计算方法相同，但二者操作截然不同。测量He时，需要固定转速，通过调节阀门改变流量；测量H时，管路要求固定不动，因此只能通过改变泵的转速来改变流量。三、实验装置与流程1-水箱；2-泵入口表阀；3-离心泵；4-泵入口压力传感器；5-泵出口表阀；6-泵入口真空表；7-泵出口压力表；8-泵出口压力传感器；9-流量调节阀；10-涡轮流量计；11-水箱排水阀； 水泵3将水槽内的水输送到实验系统，用流量调节阀9调节流量，流体经涡轮流量计10计量后，流回储水槽。四、实验步骤1. 向储水槽内注入蒸馏水。2. 检查流量调节阀9，压力表7及真空表5的开关是否关闭(应关闭)。3. 启动实验装置总电源，用变频调速器上、及键设定频率后，按run键启动离心泵，缓慢打开调节阀9至全开。待系统内流体稳定，打开压力表和真空表的开关，方可测取数据。4. 测取数据的顺行可从最大流量至0，或反之。一般测1020组数据。5. 每次在稳定的条件下同时记录：流量、压力表、真空表、功率表的读数及流体温度。6. 实验结束，关闭流量调节阀，停泵，切断电源。五、数据记录与处理1. 数据记录（离心泵特性曲线为例）（某一转速下）离心泵特性曲线数据记录流量进口压力出口压力轴功率2. 数据处理六、思考题1. 启动离心泵之前为什么要引水灌泵？如果灌泵后依然启动不起来，你认为可能的原因是什么？2. 泵启动后，出口阀如果不开，压力表读数是否会逐渐上升？随着流量的增大，泵进、出口压力表分别有什么变化？为什么？3. 试从所测实验数据分析，离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门？本实验中，为了得到较好的实验效果，实验流量范围下限应小到零，上限应到最大，为什么？实验三 恒压过滤常数的测定一、实验目的1. 熟悉板框过滤机的结构和操作方法；2. 测定在恒压过滤操作时的过滤常数；3. 掌握过滤问题的简化工程处理方法。二、实验原理过滤是利用能让液体通过而截留固体颗粒的多孔介质（滤布和滤渣），使悬浮液中的固、液得到分离的单元操作。过滤操作本质上是流体通过固体颗粒床层的流动，所不同的是，该固体颗粒床层的厚度随着过滤过程的进行不断增加。过滤操作可分为恒压过滤和恒速过滤。当恒压操作时，过滤介质两侧的压差维持不变，则单位时间通过过滤介质的滤液量会不断下降；当恒速操作时，即保持过滤速度不变。过滤速率基本方程的一般形式为：恒压过滤时，对上式积分可得：对上式微分可得：；该式表明d/dqq为直线，其斜率为2/K，截距为2qe /K，为便于测定数据计算速率常数，可用/q替代d/dq，则上式可写成：；将/q对q标绘（q取各时间间隔内的平均值），在正常情况下，各点均应在同一直线上，直线的斜率为2/K=a/b，截距为2qe/K=c，由此可求出K和qe。三、实验装置与流程1、压缩机 2、配料釜 3、供料泵 4、圆形板框过滤机 5、滤液计量筒 6、液面计及压力传感器 7、压力控制阀 8、旁路阀 碳酸钙悬浮液在配料釜内配置，搅拌均匀后，用供料泵送至板框过滤机进行过滤，滤液流入计量筒，碳酸钙则在滤布上形成滤饼。为调节不同操作压力，管路上还装有旁路阀。四、实验步骤1. 悬浮液的配制：浓度为35%（重量）较为适宜，配制好开动压缩机将其送入贮浆罐中，使滤液均匀搅拌；2. 滤布应先湿透，滤布孔要对准，表面服贴平展无皱纹，否则会漏；3. 装好滤布，排好板框，然后压紧板框；4. 检查阀门，应注意将悬浮液进过滤机的进口旋塞先关闭；5. 启动后打开悬浮液的进口阀，将压力调至指定的工作压力；6. 滤液由接受器收集，并用电子天平计量；7. 待滤渣装满框时即可停止过滤。五、数据记录与处理1. 数据记录某一压力下（如60kPa）的实验数据时间滤液量2. 数据处理六、思考题1. 为什么过滤开始时，滤液常常有混浊，而过段时间后才变清？2. 实验数据中第一点有无偏低或偏高现象？怎样解释？如何对待第一点数据？3. 当操作压力增加一倍，其K值是否也增加一倍？要得到同样重量的过滤液，其过滤时间是否缩短了一半？实验四 传热膜系数的测定一、实验目的1测定正常条件下空气与铜管内壁间的对流传热膜系数2测定强化条件下空气与铜管内壁间的对流传热膜系数3回归两个条件下关联式中的参数A、m（n取0.4）二、实验原理间壁式换热器目前在工业上应用最多，其传热过程都是由壁内部的热传导和壁两侧面与流体的对流传热组合而成。无论设计还是使用换热器，都离不开这个组合传热过程中的传热系数K，其倒数1/K称为总热阻。总热阻主要由壁外侧热阻、壁热阻、壁内侧热阻三个串联环节叠加而成（可能还有污垢热阻），因此当三者有较大差异时，总热阻将由其中最大的热阻所决定。本实验选用最简单的套管式换热器为研究对象，管内走冷流体空气，管外走热流体100的蒸汽，管材质为黄铜，内径20mm，壁厚2.5mm，有效长度1.25m。该换热过程壁内侧热阻1/远远大于壁及外侧热阻，因此传热的关键问题是测算。1、实验测定方法根据牛顿冷却定律变换得到： 根据热量恒算得到： 以上两式联立，加之实验测得部分数据，即可求得。2、因次分析法经过大量实验后得到的平均数据，因此通过本实验数据可以验证参数的准确性。验证A、m的方法：；以lgNu/Pr0.4为纵坐标，以lgRe为横坐标作图，根据斜率和截距即可求得A、m，与经验数据对比即可。空气流量采用孔板流量计测量，V=26.2×P0.54，m3/h，P单位为kPa。空气定性温度为：t=(进口温度+出口温度)/2三、实验装置与流程1、风机 2、孔板流量计 3、流量调节阀 4、套管换热器 5、蒸汽发生器 实验时，空气走内管，蒸汽走环隙（玻璃管）。内管为黄铜管，冷空气又风机输送，经孔板流量计计量后，进入换热器内管，并与套管环隙中蒸汽换热。空气被加热后，排入大气。空气的流量由空气流量调节阀调节。蒸汽由蒸汽发生器上升进入套管环隙，与内管中冷空气换热后冷凝，再由回流管返回蒸汽发生器。放空阀门用于排放不凝性气体。四、实验步骤1. 检查蒸汽发生器中的水位，约占液位计高度4/5左右；2. 开总电源，开加热器，开仪表开关，约30分钟套管间充满水蒸汽；3. 全开流量调节阀，启动风机，调节频率50Hz，预热约5分钟；4. 间隔4Hz由大到小改变空气流量，孔板压降最小值大于0.1kPa，每个点稳定约2分钟后记录数据；5. 加入静态混合器进行强化传热实验，方法同上。五、数据记录与处理1. 数据记录频率温度T1温度T2温度t1温度t22.数据处理六、思考题1. 将实验得到的半经验特征数关联式和公认式进行比较，分析造成偏差的原因。2. 本实验中管壁温度应接近加热蒸汽温度还是空气温度？为什么？3. 管内空气流动速度对传热膜系数有何影响？当空气流速增大时，空气离开热交换器时的温度将升高还是降低？为什么？实验五 板式精馏塔性能的测定一、 实验目的1、测定全回流条件下的全塔效率和单板效率2、测定部分回流条件下的全塔效率3、测定精馏塔的塔板浓度（温度）分布二、实验原理本设备为DES型精馏实验装置。精馏塔共有8块塔板，塔身的结构尺寸为：塔内径为50mm，塔板间距为80mm，溢流管截面积为80mm2，溢流堰高为12mm，底隙高度为5mm，每块塔板上开有直径为1.5mm的小孔，正三角形排列，孔间距为6mm。除7、8板外，每块塔板上都有液相取样口。回流分配装置由回流分配器与控制器组成。回流分配器由玻璃制成，两个出口管分别用于回流和采出，引流棒为一根4mm的玻璃棒，内部装有铁芯，可在控制器的作用下实现引流。此回流分配器既可通过控制器实现手动控制回流比，也可通过计算机实现自动控制。板效率是体现塔板性能及操作状况的主要参数，主要包括：总板效率 单板效率 三、实验装置与流程1、配料罐 2、循环泵 3、进料罐 4、进料泵 5、塔釜冷凝器 6、型管 7、塔釜加热器 8、视盅 9、旁路阀 10、进料流量计 11、回流比分配器 12、塔顶冷凝器本实验料液为乙醇正丙醇溶液，从原料液罐用泵打入缓冲罐，由缓冲罐经泵打入塔内。釜内液体经电加热器产生蒸汽逐板上升，经与各板上的液体热传质后，进入塔顶盘管式换热器壳程，管层走冷却水，再从回流分配器流出，一部分作为回流液从塔顶流入塔内，另一部分作为产品溜出，进入原料液罐贮罐。四、实验步骤1）配料。在配料罐中配制乙醇体积分率为20的乙醇、丙醇溶液，启动循环泵搅匀并打入进料罐中。2）进料。开启进料泵，调节旁路阀、进料口阀门、进料流量计阀门等，向塔内进料至液位计高度4/5左右。3）全回流操作。先开塔顶放空阀门，然后按下塔釜加热器“手动加热”绿色按钮，调节加热电压至120V，或选择“自动加热”模式，打开冷却水，有回流后根据汽液接触状况对电压适当调整（80V）；约20分钟稳定后塔顶、塔釜及相邻两块塔板取样分析数据。4）部分回流操作。开进料泵、进料罐阀门及塔中进料口阀门，调整进料量为30ml/min，设置回流比为相应的数值34，开塔釜出料阀门及型管阀门，调整合适的加热电压，稳定20分钟后塔顶、塔釜取样分析。5）切换为“手动加热”模式，手调改变加热电压，观察液泛和漏液现象。6）实验完毕后停泵，关塔顶放空阀门，关进料罐阀门，关塔中进料口阀门，最后关冷却水。五、数据记录与处理1. 数据记录原料组成nd加热电压/V（稳定后）折光率塔顶温度/塔釜温度/全塔压降/kPand，顶nd，4nd，5nd，釜2. 数据处理六、思考题1. 塔板效率受哪些因素影响？2. 精馏塔的常压操作是怎样实现的？如果要改为加压或减压操作，又怎样实现？3. 全回流操作的作用与意义？实验六 干燥曲线和干燥速率曲线的测定一、 实验目的1. 了解洞道式干燥装置的基本结构、工艺流程和操作方法；2. 学习测定物料在恒定干燥条件下干燥特性的实验方法；3. 掌握根据实验干燥曲线求取干燥速率曲线以及恒速干燥速率、临界含水量、平衡含水量的实验分析方法；二、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，干燥过程分为两个阶段。恒速干燥阶段和降速干燥阶段。恒速阶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浸透水的工业呢进行干燥，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。1、干燥速率的测定 2、被干燥物料的重量G 3、物料的干基含水量X 4、恒速阶段的对流传热系数 5、式样放置处空气流速的计算，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：三、实验装置与流程1.中压风机；2.孔板流量计；3. 空气进口温度计；4.重量传感器；5.被干燥物料；6.加热器；7.干球温度计；8.湿球温度计；9.洞道干燥器；10.废气排出阀；11.废气循环阀；12.新鲜空气进气阀；13.干球温度显示控制仪表；14.湿球温度显示仪表；15.进口温度显示仪表；16.流量压差显示仪表；17.重量显示仪表；18.压力变送器。将湿润的工业呢，悬挂于干燥室内的料盘，干燥室其侧面及底面均外包绝热材料，防止导热影响。空气由鼓风机送入电加热器，经加热的空气流入干燥室，加热干燥室料盘中的湿物料后，经排出管道通入大气中。随着干燥过程的进行，物料失去的水分量由重量传感器转化为电信号，并由智能数显仪记录下来。四、实验步骤1. 按下电源开关的绿色按键，再按变频器开关（RUN/STOP），开动风机。2. 调节三个蝶阀到适当的位置，将空气流量调至指定读数（1.05-1.15）。3. 在温度显示控制仪表上，利用(，)键调节实验所需温度值（60）（SV）窗口显示，此时（PV）窗口所显示的即为干燥器实际干球温度值，按下加热开关，让电热器通电。4. 干燥器的流量和干球温度恒定达5分钟之后（按下加热开关后半小时左右），即可开始实验。此时，读取数字显示仪的读数作为试样支撑架的重量(GD)。5. 将被干燥物料试样从水盆内取出，控去浮挂在其表面上的水份。6. 将支架连同试样放入洞道内，并安插在其支撑杆上。注意:不能用力过大，使传感器受损。7. 立即按下秒表开始计时，并记录显示仪表上的显示值。然后每隔一段时间（3分钟）记录数据一次( 记录总重量和时间 )，直至同样的时间下重量的减少是恒速阶段所用时间的8倍时，即可结束实验。注意: 最后若发现时间已过去很长，但减少的重量还达不到所要求的克数，则可立即记录数据。（3分钟内减少0.1-0.2克）五、数据记录与处理干燥实验装置实验原始及整理数据表 空气孔板流量计读数R： kPa 流量计处的空气温度to： 干球温度t： 湿球温度tW： 框架重量GD： g 绝干物料量GC： g干燥面积S： m2 洞道截面积： m2序号累计时间总重量干基含水量平均含水量干燥速率T（分）GT（g）X（kg/kg）XAV（kg/kg）U×104 kg/（s·m2）102336六、思考题1. 什么是恒定干燥条件？本实验装置中采用了哪些措施来保持干燥过程在恒定干燥条件下进行？2. 为什么要先启动风机，再启动加热器？实验过程中干、湿球温度计是否变化？为什么？如何判断实验已经结束？实验七 填料塔流体力学性能测定一、 实验目的1. 熟悉填料塔的构造与操作，认识不同的填料塔的特性；2. 观察填料塔流体力学状况，测定填料层压强降与操作气速的关系，确定填料塔在某液体喷淋量下的液泛气速；二、实验原理气体通过干填料层时，流体流动引起的压降和湍流流动引起的压降规律相一致。在双对数坐标系中，此压降对气速作图可得一斜率为1.82的直线（图中aa线）。当有喷淋量时，在低气速下（c点以前）压降也正比于气速的1.82次幂，但大于同一气速下干填料的压降（图中bc段）。随气速的增加，出现载点（图1中c点），持液量开始增大，压降-气速线向上弯，斜率变陡（图中cd段）。到液泛点（图中d点）后，在几乎不变的气速下，压降急剧上升。填料层压降空塔气速关系示意图三、实验装置与流程1、氧气钢瓶 2、减压阀 3、氧气缓冲罐 4、氧气流量计 5、水缓冲罐 6、水流量调节阀 7、水流量计 8、涡轮流量计 9、氧气吸收柱 10、风机 11、空气缓冲罐 12、空气流量调节阀 13、空气流量计 14、计前压差计 15、全塔压差计 16、孔板流量计 17、富氧水取样口 18、氧气解吸塔 19、贫氧水取样口氧气经过减压后进入缓冲罐的压力控制在0.05Mpa左右，经流量计、水缓冲罐，在吸收柱内与水并流且溶入其中，然后在解吸塔内完成解吸操作。四、实验步骤(1) 测定干填料压降时，塔内填料务必事先吹干。(2) 测定湿填料压降a. 测定前要进行预液泛，使填料表面充分润湿。b. 实验接近液泛时，进塔气体的增加量要减小，否则图中泛点不容易找到。密切观察填料表面气液接触状况，并注意填料层压降变化幅度，务必让各参数稳定后再读数据，液泛后填料层压降在几乎不变气速下明显上升，务必要掌握这个特点。稍稍增加气量，再取 一、两个点即可。注意不要使气速过分超过泛点，避免冲破和冲跑填料。 (3)注意空气转子流量计的调节阀要缓慢开启和关闭，以免撞破玻璃管。五、数据记录与处理1. 数据记录表1干填料 水流量L=0 l/h 填料高度h=0.75m 塔径d=0.1m序号空气流量V1/m3h-1全塔压降P/kPa空塔气速u/ms-1单位填料高压降/kPam-1110215表2湿填料 ： L=80150 l/h，h=0.75m，d=0.1m序号空气流量V1/m3h-1全塔压降P/kPa空塔气速u/ms-1单位填料高压降/kPam-1110212314六、思考题1. 液泛的特征是什么？本装置的液泛现象是从塔顶部开始，还是从塔底部开始？如何确定液泛气速？2. 填料塔结构有什么特点？比较波纹填料与散装填料的优缺点。3. 填料塔底部的出口管为什么要液封？液封高度如何确定？实验八 氧解吸实验一、 实验目的1. 掌握总传质系数Kxa的测定方法并分析其影响因素；2. 学习汽液连续接触式填料塔，利用传质速率方程处理传质问题的方法；3. 研究流体的流动对传质阻力的影响、吸收剂用量对传质系数的影响和传质阻力较小侧流体的流量变化对吸收过程的影响，学会吸收过程的调节；4. 学会氧气钢瓶加压阀的操作，测氧仪的标定及使用。二、实验原理填料塔与板式塔气液两相接触情况不同。在填料塔中，两相传质主要是在填料有效湿表面上进行，需要计算完成一定吸收任务所需填料高度，其计算方法有：传质系数法、传质单元法和等板高度法。本实验是对富氧水进行解吸。由于富氧水浓度很小，可认为气液两相的平衡关系服从亨利定律，即平衡线为直线，操作线也是直线，因此可以用对数平均浓度差计算填料层传质平均推动力。整理得到相应的传质速率方式为： 相关的填料层高度的基本计算式为： 即 其中 ， 由于氧气为难溶气体，在水中的溶解度很小，因此传质阻力几乎全部集中于液膜中，即Kx=kx， 由于属液膜控制过程，所以要提高总传质系数Kxa，应增大液相的湍动程度。在yx图中，解吸过程的操作线在平衡线下方，本实验中还是一条平行于横坐标的水平线（因氧在水中浓度很小）。三、实验装置与流程1、氧气钢瓶 2、减压阀 3、氧气缓冲罐 4、氧气流量计 5、水缓冲罐 6、水流量调节阀 7、水流量计 8、涡轮流量计 9、氧气吸收柱 10、风机 11、空气缓冲罐 12、空气流量调节阀 13、空气流量计 14、计前压差计 15、全塔压差计 16、孔板流量计 17、富氧水取样口 18、氧气解吸塔 19、贫氧水取样口 氧气经过减压后进入缓冲罐的压力控制在0.05Mpa左右，经流量计、水缓冲罐，在吸收柱内与水并流且溶入其中，然后在解吸塔内完成解吸操作。四、实验步骤(1) 氧气减压后进入缓冲罐，罐内压力保持0.030.04Mpa，不要过高，并注意减压阀使用方法。为防止水倒灌进入氧气转子流量计中，开水前要关闭防倒灌阀24，或先通入氧气后通水。(2) 传质实验操作条件选取水喷淋密度取1015m3/m2h，空塔气速0.50.8m/s氧气入塔流量为0.010.02m3/h，适当调节氧气流量，使吸收后的富氧水浓度控制在40ppm。(3) 塔顶和塔底液相氧浓度测定：分别从塔顶与塔底取出富氧水和贫氧水，用测氧仪分析各自氧的含量。(4) 实验完毕，关闭氧气时，务必先关氧气钢瓶总阀，然后才能关闭减压阀2及调节阀8。检查总电源、总水阀及各管路阀门，确实安全后方可离开。五、数据记录与处理解吸传质实验原始数据表 d=0.1m h=0.75m序号氧气流量V氧/lmin-1水流量V水/lh-1空气流量V空/m3h-1全塔压降P/kPa富氧水浓度w1/mgl-1贫氧水浓度w2/mgl-1平均水温度t/10.5751020.51001030.51251040.5100550.51001060.510015六、思考题 1. 为什么易溶性气体的吸收和解吸属于气膜控制过程，难溶性气体的吸收和解吸属于液膜控制过程？2. 何谓持液量？持液量的大小对传质性能有什么影响？在喷淋密度达到一定数值后，气体流量将如何影响持液量。3. 工业上，吸收是在低温加压下进行，而解吸是在高温、常压下进行的，为什么？实验九 雷诺演示实验一、 实验目的1. 观察液体层流、湍流两种流动型态及层流时管中流速分布情况，以建立感性认识；2. 建立“层流和湍流与Re之间有一定联系”的概念；3. 熟悉雷诺准数的测定与计算。二、实验原理实际流体有截然不同的两种流动型态存在：层流（滞流）和湍流（紊流）。层流时，流体质点作直线运动且互相平行。湍流时，流体质点紊乱地向各个方向作无规则运动，但对流体主体仍可看成是向某一规定方向流动。实验证明流体的流动特性取决于流体流动的流速，导管的几何尺寸，流体的性质（粘度、密度），各物理参数对流体流动的影响由Re的数值所决定。即式中 u-流速（m/s）；      d-导管内径（m）；      -流体密度（kg/m3）；      -流体粘度（kg/s·m即Pa·s）。实验证明：Re2000时为层流；Re4000时为湍流；Re=2000时为层流临界值；Re=4000时为湍流临界值；2000<Re<4000时为过渡流。三、实验装置与流程 四、实验步骤1. 实验前的准备工作(1) 向示踪剂瓶中加入适量的用水稀释过的红墨水。利用调节阀将红墨水充满小进样管中。(2) 必要时调整细管的位置，使它处于观察管道的中心线上。(3) 关闭流量调节阀、排气阀，打开上水阀、排水阀，使自来水充满水槽，并使其有一定的溢流量。 (4) 轻轻打开流量调节阀，让水缓慢流过实验管道。使红水全部充满细管道中。2. 雷诺实验的过程 (1) 同上面的三.1.(3)。 (2) 同上面的三.1.(4)。 (3) 调节进水阀，维持尽可能小的溢流量。(4) 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）。读取流量计的流量并计算出雷诺准数。(5) 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。(6) 增大进水阀的开度，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、湍流流动如下图）。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(1)首先关闭上水阀、流量调节阀。(2)将红水流量调节夹打开，使红水滴落在不流动的实验管路(3)突然打开流量调节阀，在实验管路中可以清晰地看到红水流动所形成的如图四所示速度分布。4. 实验结束时的操作(1)关闭红水流量调节夹，使红水停止流动。(2)关闭上水阀 ，使自来水停止流入水槽。 (3)待实验管道的红色消失时，关闭流量调节阀。(4)若日后较长时间不用，请将装置内各处的存水放净。五、数据记录与处理序号流量流量流速(m/s)雷诺准数Re观 察 现 象流 型（L/h）（m3/s）1234六、注意事项与思考题 做层流时，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。1. 流体流动类型的判断？2. 层流与湍流时，管内流速分布如何？3. 层流与湍流各自的特点是什么，其本质区别在于什么。实验十 机械能转化演示实验一、 实验目的1.观测动、静、位压头随管径、位置、流量的变化情况，验证连续性方程和柏努利方程。2.定量考察流体流经收缩、扩大管段时，流体流速与管径关系。3.定量考察流体流经直管段时，流体阻力与流量关系。4.定性观察流体流经节流件、弯头的压损情况。二、实验原理化工生产中，流体的输送多在密闭的管道中进行，因此研究流体在管内的流动是化学工程中一个重要课题。任何运动的流体，仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律，这是研究流体力学性质的基本出发点。1.连续性方程对于流体在管内稳定流动时的质量守恒形式表现为连续性方程： 而对均质、不可压缩流体，则为 可见，对均质、不可压缩流体，平均流速与流通截面积成反比，即面积越大，流速越小；反之，面积越小，流速越大。对圆管，为直径，于是有 2.机械能衡算方程运动的流体除了遵循质量守恒定律以外，还应满足能量守恒定律，依此，在工程上可进一步得到十分重要的机械能衡算方程。对于均质、不可压缩流体，在管路内稳定流动时，其机械能衡算方程（以单位质量流体为基准）为： 3.管内流动分析按照流体流动时的流速以及其它与流动有关的物理量（例如压力、密度）是否随时间而变化，可将流体的流动分成两类：稳定流动和不稳定流动。连续生产过程中的流体流动，多可视为稳定流动，在开工或停工阶段，则属于不稳定流动。流体流动有两种不同型态，即层流和湍流，这一现象最早是由雷诺（Reynolds）于1883年首先发现的。流体作层流流动时，其流体质点作平行于管轴的直线运动，且在径向无脉动；流体作湍流流动时，其流体质点除沿管轴方向作向前运动外，还在径向作脉动，从而在宏观上显示出紊乱地向各个方向作不规则的运动。三、实验装置与流程四、实验步骤1. 将低位槽灌有一定数量的蒸馏水，关闭离心泵出口上水阀及实验测试导管出口流量调节阀和排气阀、排水阀，打开回水阀和循环水阀而后启动离心泵。2. 逐步开大离心泵出口上水阀当高位槽溢流管有液体溢流后，利用流量调节阀出水的流量。3. 流体稳定后读取并记录各点数据。4. 关小流量调节阀重复步骤。 5. 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。6. 关闭离心泵，实验结束。注意事项1不要将离心泵出口上水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流量调节阀开大时，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上水阀。3流量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。4注意排除实验导管内的空气泡。5离心泵不要空转和出口阀门全关的条件下工作。五、数据记录与处理表一、转能实验数据表第二套流量流量流量300200100压强压强压强（mmH2O）（mmH2O）（mmH2O）123456789101112131415六、思考题1. 测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？2. 流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？3. 理想流体具有什么特点？