2022年食品工程原理实验讲义 .pdf

实验一、雷诺实验一、实验目的1.了解管内流体质点的运动方式，认识不同流动形态的特点，掌握判别流型的准则。2.观察圆直管内流体作层流、过渡流、湍流的流动型态。观察流体层流流动的速度分布。二、实验内容1. 以红墨水为示踪剂，观察圆直玻璃管内水为工作流体时，流体作层流、过渡流、湍流时的各种流动型态。2.观察流体在圆直玻璃管内作层流流动的速度分布。三、实验装置实验装置流程如图1-1 所示。图 1-1 雷诺实验装置1 溢流管； 2 墨水瓶； 3 进水阀； 4 示踪剂注入管5 水箱； 6 水平玻璃管； 7 流量调节阀实验管道有效长度: L600 mm 外径 : Do30 mm 内径 : Di 24.5 mm 孔板流量计孔板内径: do9.0 mm 四、实验步骤1. 实验前的准备工作(1) 实验前应仔细调整示踪剂注入管4 的位置，使其处于实验管道6 的中心线上。(2) 向红墨水储瓶2 中加入适量稀释过的红墨水，作为实验用的示踪剂。(3) 关闭流量调节阀7，打开进水阀3，使水充满水槽并有一定的溢流，以保证水槽内的液位恒定。(4) 排除红墨水注入管4 中的气泡，使红墨水全部充满细管道中。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 29 页2. 雷诺实验过程(1) 调节进水阀，维持尽可能小的溢流量。轻轻打开阀门7，让水缓慢流过实验管道。(2) 缓慢且适量地打开红墨水流量调节阀，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图1-2 所示。用体积法秒表计量时间、量筒测量出水体积可测得水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墨水流束偏离管的中心线或发生不同程度的摆动；此时, 可暂时关闭进水阀3，过一会儿，即可看到红墨水流束会重新回到实验管道的中心线。图 1-2 层流流动示意图(3) 逐步增大进水阀3 和流量调节阀7 的开度，在维持尽可能小的溢流量的情况下提高实验管道中的水流量，观察实验管道内水的流动状况过渡流、湍流流动如图1-3所示 。同时，用体积法测定流量并计算出雷诺准数。图 1-3 过渡流、湍流流动示意图3流体在圆管内流动速度分布演示实验首先将进口阀3 打开，关闭流量调节阀7。打开红墨水流量调节阀，使少量红墨水流入不流动的实验管入口端。再突然打开流量调节阀7，在实验管路中可以清晰地看到红墨水流动所形成的，如图1-4 所示的速度分布。图 1-4 速度分布示意图4. 实验结束时的操作(1)关闭红墨水流量调节阀，使红墨水停止流动。(2)关闭进水阀3，使自来水停止流入水槽。(3)待实验管道冲洗干净，水中的红色消失时,关闭流量调节阀7。(4)假设日后较长时间不用，请将装置内各处的存水放净。五、注意事项精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 29 页做层流流动时,为了使层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装置产生任何震动。为减小震动，假设条件允许，可对实验架进行固定。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 29 页实验二、流体流动阻力测定实验一、实验目的 学习直管摩擦阻力Pf、直管摩擦系数的测定方法。 掌握不同流量下摩擦系数与雷诺数 Re之间关系及其变化规律。 学习压差传感器测量压差，流量计测量流量的方法。 掌握对数坐标系的使用方法。二、实验内容 测定既定管路内流体流动的摩擦阻力和直管摩擦系数。 测定既定管路内流体流动的直管摩擦系数与雷诺数 Re之间关系曲线和关系式。三、实验原理流体在圆直管内流动时，由于流体的具有粘性和涡流的影响会产生摩擦阻力。流体在管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和摩擦系数有关，它们之间存在如下关系。hf = fP=22udl=22uPldfRe =ud式中：d管径， m ；fP直管阻力引起的压强降，Pa；l管长， m；u管内平均流速，m / s；流体的密度， kg / m3；流体的粘度，N s / m2。摩擦系数 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。假设水温一定，则水的密度和粘度 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6-2 可以计算出不同流速流量V下的直管摩擦系数 ，用式6-3计算对应的Re，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出与 Re 的关系曲线。四、实验流程及主要设备参数：1.实验流程图 : 见图 2-1水泵 8 将储水槽 9 中的水抽出 ,送入实验系统,首先经玻璃转子流量计2 测量流量 ,然后送入被测直管段5 或 6 测量流体流动的光滑管或粗糙管的阻力,或经 7 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18 或空气 水倒置型管10 来测量。2主要设备参数：被测光滑直管段:第一套管径d0.01 (m) 管长L1.6(m) 材料 : 不锈钢管第二套管径d0.095 (m) 管长L1.6(m) 材料 : 不锈钢管被测粗糙直管段:第一套管径d0.01 (m) 管长L1.6(m) 材料 : 不锈钢管精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 29 页第二套管径d0.0095 (m) 管长L 1.6(m) 材料 : 不锈钢管2.被测局部阻力直管段: 管径d 0.015(m) 管长L1.2(m) 材料 : 不锈钢管3.压力传感器 : 型号 :LXWY 测量范围 : 200 KPa 压力传感器与直流数字电压表连接方法见图2 4.直流数字压差表: 型号 : PZ139 测量范围 : 0 200 KPa 5.离心泵 : 型号 : WB70/055 流量 : 8(m3h) 扬程 : 12(m) 电机功率 : 550(W) 6.玻璃转子流量计: 型号测量范围精度图 2-1五、实验方法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. 直流数字表的使用方法请详细阅读使用说明书。3.大流量状态下的压差测量系统,应先接电予热1015 分钟 ,调好数字表的零点,方可启动泵做实验。4.检查导压系统内有无气泡存在. 当流量为零时,假设空气 水倒置型管内两液柱的高度差不为零,则说明系统内有气泡存在 ,需赶净气泡方可测取数据。赶气泡的方法: 将流量调至最大,把所有的阀门全部打开，排出导压管内的气泡,直至排净为止。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 29 页5.测取数据的顺序可从大流量至小流量,反之也可 ,一般测1520 组数 ,建议当流量读数小于 300Lh 时,只用空气 水倒置型管测压差P。6.局部阻力测定时关闭阀门3 和 4，全开或半开阀门7，用倒置U 型管关测量远端、近端压差并能测出局部阻力系数。7.待数据测量完毕,关闭流量调节阀,切断电源。六、实验注意事项：1.利用压力传感器测大流量下P时,应切断空气 水倒置型管闭阀门13、 13否则影响测量数值。2.假设较长时间内不做实验,放掉系统内及储水槽内的水。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。七、数据处理：1Re 的计算在被测直管段的两取压口之间列柏努利方程式,可得 : PfP ( 1 ) PfL u2hf ( 2 ) d 2 2d Pf ( 3 ) L u2du Re ( 4 )符号意义 : d 管径(m) L 管长(m) u 流体流速(ms) Pf 直管阻力引起的压降(Nm2) 流体密度(Kg m3) 流体粘度(Pa.s) 摩擦阻力系数Re 雷诺准数测得一系列流量下的Pf之后 ,根据实验数据和式(1),(3)计算出不同流速下的值。用式 (4)计算出 Re 值 ,从而整理出 Re 之间的关系 , 在双对数坐标纸上绘出 Re 曲线。2.局部阻力的计算：Hf局=P局/ = 2P近-P远/ = u2/222up精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 29 页实验三、离心泵性能测定实验一、实验目的：1、熟悉离心泵的结构与操作方法，了解压力、流量的测量方法。2、掌握离心泵特性曲线、管路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：1、熟悉离心泵的结构与操作。2、手动或电脑自动采集数据和过程控制测定某型号离心泵在一定转速下，Q流量与 H扬程、N轴功率、 效率之间的特性曲线以及特定管路条件下的管路特性曲线。三、实验原理：A、离心泵性能的测定：离心泵是最常见的液体输送设备。对于一定型号的泵在一定的转速下，离心泵的扬程H、轴功率 N 及效率 均随流量 Q 的改变而改变。通常通过实验测出Q-H、Q-N 及 Q-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。本实验中使用的即为测定离心泵特性曲线的装置，具体测定方法如下：1、H 的测定：在泵的吸入口和压出口之间以1N 流体为基准列柏努利方程出入入出入出入出出入出出出入入入）ffHguugPPZZHHgugPZHgugPZ2(2222221-1上式中出入fH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，出入fH值很小，故可忽略。于是上式变为：guugPPZZH2(22入出入出入出）1-2将测得的高差）入出ZZ(和入出PP的值以及计算所得的u入，u出代入式 1-2 即可求得 H 的值。2、 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，传动效率可视精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 29 页为，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。3、的测定NNe1021000HQgHQNe式中： 泵的效率，；N 泵的轴功率， kw Ne 泵的有效功率，kw , H 泵的压头， m Q 泵的流量， m3/s , 水的密度， kg/m3 B、管路特性曲线的测定：在特定的管路条件下，应用变频调速器改变电机的频率，相应改变了泵的转速流量 。分别测量泵的扬程、流量，即可得到管路特性曲线。四、实验流程及设备主要技术参数：1、实验流程：水泵将储水槽中的水抽出,送入实验系统 ,由出口调节阀控制流量，经涡轮流量计计量流量后经流回储水槽循环使用。2、主要仪器设备一览表：流量公式： Q=F/K*3600/1000 ，其中 F为频率数， K 为涡轮流量计仪表常数。序 号名称规格型号精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 29 页1 储水箱不锈钢450 500 550 2 离心泵WB 70/055 3 出口调节阀铜质截止阀，通径40 4 变频调速器NS 五、实验操作：实验前，向储水槽加入蒸馏水，合上电源总开关。实验操作：将出口调节阀关到零位。1、按照变频调速器说明设定Fn-11 为 0；Fn- 10 为 0后在并设定变频调速器的频率50 。2、启动离心泵；改变流量调节阀的位置，分别记录稳定后各流量下的流量、泵进出口压力和电机输入功率值，测8-10 组数据流量调节阀的位置从零位到最大。处理数据后可以得到离心泵特性曲线。3、将流量调节阀放在任何一位置，改变变频调速器的频率以改变泵的流量，分别记录稳定后各频率下的流量、泵进出口压力值，测810 组数据，处理数据后可得到管路特性曲线。4、把流量调至零位后，停泵。六、使用实验设备应注意的事项：1. 实验前应检查水槽水位，流量调节阀关闭到零位。2. 注意变频调速器的使用方法。严格按照实验操作中给出的变频器参数进行调节，在电脑自动控制时不要手动改变变频器的频率。变频器其它参数不要改动。七、附录1、数据处理方法：计算举例：测量频率流量138HZ、电机输入功率0.65Kw泵出口处压强P2=0.132(MPa) 、泵入口处压强P1=0.012(MPa)，液体温度17.5液体密度 =1000.8kg/(m3流量公式： Q=F/K*3600/1000 ，其中仪表常数K=76.724, F=138 Q=138/76.724*3600/1000 3/H 泵的扬程)(2)(121212ZZguugPPH18.081.98.100010)012.0132.0(6=14.9m泵的轴功率轴电电=65060=0.390Kw 泵的效率 : 1000NgQH3600100039.08.100081.948.69 .14=67.5精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 29 页实验四、化工传热综合实验一、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i的测定方法，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=ARemPr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，测定其准数关联式Nu=BRem中常数 B、m 的值和强化比Nu/Nu0，了解强化传热的基本理论和基本方式。3. 求取简单套管换热器、强化套管换热器的总传热系数Ko。4. 了解热电偶温度计的使用。二、实验内容： 测定 5 6 个不同空气流速下简单套管换热器的对流传热系数i。 对i的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=ARemPr 中常数 A、m 的值。 测定 5 6 个不同空气流速下强化套管换热器的对流传热系数i。 对i的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=BRem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Nu0，计算传热强化比Nu/Nu0。6. 在同一流量下分别求取一次简单套管换热器、强化套管换热器的总传热系数Ko。三、实验原理：1对流传热系数i的测定对流传热系数i可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定iimiiStQ6-14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；mit管内流体空气与管内壁面的平均温差，。平均温差由下式确定：)2(21iiwmitttt6-15式中： ti1，ti2冷流体空气的入口、出口温度，；tw壁面平均温度，。因为传热管为紫铜管，其导热系数很大，而管壁又薄，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：iiiLdS6-16式中： di传热管内径， m；Li传热管测量段的实际长度，m。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 29 页由热量衡算式：其中质量流量由下式求得：3600iiiVW式中： Vi冷流体在套管内的平均体积流量，m3 / h；cpi冷流体的定压比热，kJ / (kg)；i 冷流体的密度，kg /m3。cpi和 i可根据定性温度tm查得，221iimttt为冷流体进出口平均温度。 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时，处于被加热状态，准数关联式的形式为nimiiANuPrRe. 6-19其中：iiiidNu，iiiiiduRe，iipiicPr物性数据I、 cpi、I、I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Pri变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为：4.0PrReimiiANu6-20这样通过实验确定不同流量下的Rei与iNu，然后用线性回归方法确定A 和 m 的值。 强化比确实定强化传热能减小传热面积，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。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6-3 所示，螺旋线圈由直径1mm 钢丝按一定节距绕成。将金属螺旋线圈插入并固定在管内，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 的比值技术参数，且节距与管内径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素。科学家通过实验研究总结了形式为mBNuRe的经验公式，其中B和 m 的值因螺旋丝尺寸不同而不同。在本实验中，测定不同流量下的Rei与iNu，用线性回图 6-3 螺旋线圈强化管内部结构精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 29 页归方法可确定B 和 m 的值。单纯研究强化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，它的形式是：0NuNu，其中 Nu 是强化管的努塞尔准数，Nu0是普通管的努塞尔准数，显然，强化比0NuNu 1，而且它的值越大，强化效果越好。需要说明的是，如果评判强化方式的真正效果和经济效益，则必须考虑阻力因素，只有强化比较高， 且阻力系数较小的强化方式，才是最正确的强化方法。4. 换热器总传热系数Ko 确实定实验中假设忽略换热器的热损失，在定态传热过程中，空气升温获得的热量与对流传递的热量及换热器的总传热量均相等：)(12iipiiittcWQmo0tSK(6-21) 即以外外表为基准的总传热系数：m00tSQK(6-22) 式中传热量Q 已由式 6-17得到，管外径为基准的换热面积：i00LdS式中传热间壁两侧对数平均温度差：2is1 is2is1ismtTtTln)tT()tT(t6-23在同一流量下分别求取一次简单套管换热器、强化套管换热器的总传热系数Ko，并比较两种套管换热器Ko 值的大小。四、实验流程及设备主要参数：1、 实验流程：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 29 页1、 普通套管换热器；2、内插有螺旋线圈的强化套管换热器；3、蒸汽发生器；4、旋涡气泵；5、旁路调节阀；6、孔板流量计；7、风机出口温度冷流体入口温度测试点； 8、9 空气支路控制阀；10、11、蒸汽支路控制阀；12、 13、蒸汽放空口；14、蒸汽上升主管路；15、加水口； 16、放水口；17、液位计； 18、冷凝液回流口；19、电动旁路调节阀2、主要设备参数：1传热管参数 : 表 1 实验装置结构参数实验内管内径dimm实验内管外径domm实验外管内径Dimm50 实验外管外径Domm测量段紫铜内管长度lm强化内管内插物螺旋线圈尺寸丝径 h mm1 节距 Hmm40 加热釜操作电压200伏操作电流10安3.空气流量计(1) 由孔板与压力传感器及数字显示仪表组成空气流量计。空气流量由公式1计算。6203.00)(113.18PVt 1其中，0tV- 20 下的体积流量，m3/h ；P-孔板两端压差，Kpa 1t-空气入口温度及流量计处温度下密度，kg/m3。(2) 要想得到实验条件下的空气流量V (m3/h)则需按下式计算: 02732730ttVVt2其中， V-实验条件管内平均温度下的空气流量，m3/h；t-换热器管内平均温度，；t1-传热内管空气进口即流量计处温度，。4.温度测量(1) 空气入传热管测量段前的温度t1( )由电阻温度计测量，可由数字显示仪表直接读出。(2) 空气出传热管测量段时的温度t2( )由电阻温度计测量，可由数字显示仪表直接读出。(3) 管外壁面平均温度tw( )由数字式毫伏计测出与其对应的热电势E(mv), 热电偶是由铜 康铜组成 ),再由E 根据公式 :tw()= 1.270523.518 E(mv)计算得到。5.电加热釜精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 29 页是产生水蒸汽的装置,使用体积为7 升(加水至液位计的上端红线),?内装有一支2.5kw 的螺旋形电热器,当水温为30时 ,用 200 伏电压加热 ,约 25 分钟后水便沸腾 ,为了安全和长久使用,建议最高加热(使用 )电压不超过200 伏 (由固态调压器调节 )。6. 气源 (鼓风机 ) 又称旋涡气泵, XGB 2 型,电机功率约0.75 KW( 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。7. 电动旁路调节阀实现电脑过程控制的执行机构，型号QSVW-16K 。通过对旁路的开关量来控制进入换热器的空气流量。8. A/D 转换卡ART PCI2003 9. 数据通讯MOXA INDUSTRIO CP-132 五、实验操作：1.实验前的准备,检查工作 . (1) 向电加热釜加水至液位计上端红线处。(2) 向冰水保温瓶中加入适量的冰水,并将冷端补偿热电偶插入其中。(3) 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。(4) 接通电源总闸， 设定加热电压， 启动电加热器开关，开始加热。 或由电脑控制加热。加热电压170-190V 。2. 实验操作：(1) 一段时间后水沸腾,水蒸汽自行充入普通套管换热器外管，观察蒸汽排出口有恒量蒸汽排出，标志着实验可以开始。(2) 约加热十分钟后,可提前启动鼓风机,保证实验开始时空气入口温度t1()比较稳定。(3) 用仪表调节空气流量旁路阀的开度,使压差计的读数为所需的空气流量值(当旁路阀全开时 ,通过传热管的空气流量为所需的最小值,全关时为最大值)。仪表调节方法：同时按住set键和 A/M 键 ,用键和 键调节阀门开度。如果想让仪表恢复自控，则再同时按住set键和 A/M 键。也可利用仪表的控制功能调节流量：长set按键，当仪表pv 栏显示 su 时，用 键和 键调节 sv 栏中的数值，至需要到达的压差数即孔板流量计压差，测量空气流量后，即可等待仪表自行控制。(4) 稳定 5-8 分钟左右可转动各仪表选择开关读取t1,t2,E 值。(注意：第 1 个数据点必须稳定足够的时间) (5) 重复 (3)与(4)共做 710 个空气流量值。(6) 最小 ,最大流量值一定要做。(7) 整个实验过程中,加热电压可以保持(调节 )不变 ,也可随空气流量的变化作适当的调节。3转换支路，重复步骤2 或 3 的内容，进行强化套管换热器的实验。测定710 组实验数据。4 实验结束 . (1)关闭加热器开关。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 29 页(2) 过 5 分钟后关闭鼓风机,并将旁路阀全开。(3) 切段总电源(4) 假设需几天后再做实验,则应将电加热釜和冰水保温瓶中的水放干净。六、实验设备注意事项：1由于采用热电偶测温，所以实验前要检查冰桶中是否有冰水混合物共存。检查热电偶的冷端，是否全部浸没在冰水混合物中。2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。3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，两蒸汽支路控制阀之一必须全开。在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭控制阀必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。4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，然后开启和关闭控制阀。七、附录：1.数据处理方法：孔板流量计压差P =0.60Kpa、进口温度t1 =22.4、出口温度t2 =62.8 壁面温度热电势 4.20mv。已知数据及有关常数: (1)传热管内径di(mm)及流通断面积F(m2). di20.0( ),0.0200 (); F (di2)43.142 (0.0200)240.0003142( m2). (2)传热管有效长度L()及传热面积si(m2). L1.00 ) siL di3.142 1.00 0.02000.06284(m2). (3) t1 ( )为孔板处空气的温度, 为由此值查得空气的平均密度1t，例如： t1=22.4，查得1t=1.19 Kg/m3。(4) 传热管测量段上空气平均物性常数确实定. 先算出测量段上空气的定性温度t()为简化计算 ,取 t 值为空气进口温度t1()及出口温度t2( )的平均值 , 即28.624 .22221ttt=42.6此查得 : 测量段上空气的平均密度 1.12 (Kg/m3); 测量段上空气的平均比热Cp1005 (JKg K); 测量段上空气的平均导热系数 0.0277 K); 测量段上空气的平均粘度 0.0000192(sPa); 传热管测量段上空气的平均普兰特准数的0.4 次方为 : Pr(5) 空气流过测量段上平均体积V m3/h的计算 : )/(13.13)60.0(113.18)(113.1836203.06203.00hmPVt精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 29 页21.142027360.4227313.1327327310ttVVtm3/h(6) 冷热流体间的平均温度差 tm ()的计算 : Tw= 1.2705 23.518 4.20=100.() 45.576.420 .100221ttTtwm(7) 其余计算 : 传热速率 (W) 1803600)8 .218 .62(100511.121.143600tCpVQtt W50)06284.045.57/(180/imistQW/m2 传热准数360277.0/0200.050/iidNu测量段上空气的平均流速57.12)36000003142.0/(21.143600/ FVu m/s雷诺准数0000194.0/11.157.120200.0/Reudi=14638 8作图、回归得到准数关联式4.0PrRemANu中的系数。9重复1-8步，处理强化管的实验数据。作图、 回归得到准数关联式mBNuRe中的系数。40Pr7880Re02150.Nu精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 29 页实验五、空气 (氨 )水填料吸收塔性能测定一、实验目的：1 了解填料吸收塔的操作原理和实验方法；2 测定干填料塔单位填料高度的压力降p 与空气气速的变化关系；3 在一定的水喷淋密度下，测定湿填料塔单位填料高度的压力降p 与空气气速的变化关系，并确定泛点速度；4 以氨吸收为对象测定填料塔的传质单元数NOG、传质单元高度HOG、总体积吸收系数 KYa. 二、实验原理：1液泛现象填料塔的压力降与填料的性质有关。当无液体通过时，压力降与空塔气速成正比，在双对数坐标纸上为线性关系。而有一定喷淋密度的液体通过填料层时，气速变化小时压力降的变化与空塔一致；当气速增大到某一值，压力降的变化突然加大，此时填料外表载液量增多，气体通过受阻，到达了载点；当气速再增大，压力降变化急剧增大，此时液体不能顺利下流，填料塔充满液体，产生了液泛现象，塔工作不正常，刚开始产生液泛的速度称为液泛速度UF。实际操作气速u=(0.5-0.8) UF. 以转子流量计测空气、水、氨的体积流量，空气和氨的体积流量需校正。故必须测进入流量计的空气和氨的温度，再查标准校正曲线见说明书，确定实际流量。以 U 型管压差计测填料层压力降p mmH2O 。2吸收操作浓度计算：以清水逆流吸收Air(NH3)中的氨气，清水中X2=0 ；原料气Air(NH3)中氨含量Y1靠流量计控制， V NH3/VAir= 0.015 0.02. Y1 = 实际 V NH3与实际 VAir之比。塔顶尾气中氨含量Y2通过预先装有5ml、0.005M 的硫酸吸收瓶来分析，靠量气管量取到达终点所需尾气的体积V量，假设量气管温度为T量，则：Y2 = 2MH2SO4*V H2SO4/( V量*273/ T量)/22.4 塔底吸收液的浓度X1靠滴定分析， 移取 10ml 塔底吸收液， 加 2 滴甲基橙， 再以 0.05M的硫酸滴定至橙红色。记录所消耗的体积V硫酸，则：M1= 2MH2SO4*V硫酸/10 ,X1= 18M1 /1000 3NOG 、HOG 、KY测出吸收液的温度，从相平衡曲线上查出相平衡常数m. Y1 = Y1 - Y1* = Y1 mX1 , Y2 = Y2 Y2* = Y2 mX2 则平均推动力为：Ym =( Y1 -Y2)/ ln(Y1/ Y2) , NOG= (Y1 - Y2) /Ym填料层高度Z = HOG NOG ，HOG = V空气*273 /(22.4*T空气)/ KYa* , -塔横截面积。Z 已知，则可求HOG，最后求出总体积吸收系数KYa。三、实验仪器与试剂：分析： 50ml 酸式滴定管一支，铁架台，5ml、10ml 移液管各一支，250ml 锥形瓶 2 个，吸耳球一个， 0.05M 、0.005M 硫酸各 500ml, 甲基橙指示剂一瓶。新 填料塔的塔体为1005mm有机玻璃管制成，填料层高度学生自行测取. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 29 页四、实验步骤：1 空气旁路阀全开，只启动鼓风机，调空气流量由小到大，依次读取压力降p 、转子流量计读数、和空气温度。标绘p/Zu 的曲线。2 先将空气流量调至0，打开水保持喷淋量为40L/h, 慢慢调空气流量，直到观察到液泛现象，并确定液泛气速。读数同1，并记录。3 将水流量调到30l/h， 控制原料气中氨浓度，氨流量选为0.02 m3/h ，靠减压阀控制。在空气、氨气和水的流量基本稳定后，记录各流量计读数以及空气、氨气温度，塔底排出液温度；并分析塔顶尾气及塔底吸收液的浓度。4 尾气分析：见说明书5 吸收液分析：接取200ml 的吸收液加盖。再取10ml 进行滴定分析。6 实验结束，先关氨气、再关水，最后关空气。五、数据记录与处理：1 干填料层 p/Z -u 关系Z=0.4m , D=0.075m 序号填料压降pmmH2O p/ZmmH2O/m 空 气 流 量读数 m3/h空气温度校 正 后 空 气 流量 m3/h空 塔 气 速m/s1 2 3 4 5 6 7 8 9 序号填料压降 pmmH2O p/ZmmH2O/m 空 气 流 量读数 m3/h空气温度校 正 后 空气流量 m3/h空塔气速m/s塔内操作现象1 塔内正常精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 29 页2 3 4 5 6 7 8 9 开始积液10 塔内积液11 液泛12 严重液泛13 3 在双对数坐标纸上作出p /Z-u 变化曲线4氨吸收传质实验数据与计算；气体：空气 氨混合气；吸收剂：水；实验项目实验结果空气流量空气流量计读数(m3/h) 空气在流量计处温度校正后空气流量(m3/h) 氨气流量氨转子流量计读数(m3/h) 氨的温度校正后氨的体积流量(m3/h) 水的流量 (L/h) 塔顶 Y2的测定尾气分析用硫酸浓度M 尾气分析用硫酸体积ml 5 量气管内空气体积ml 量气管内空气温度塔底 X1的测定滴定用硫酸浓度M 滴定用硫酸的体积ml 吸收液的体积ml 10 相平衡塔底液相温度相平衡常数m 求 气 相 总 传 质单元数 NOG塔底气相浓度Y1 塔顶气相浓度Y2对数平均浓度差YmNOG求 总 体 积 吸 收系数气相总传质单元高度HOG空气的摩尔流量V 塔的横截面积2 KYa 回收率 Y1 -Y2/ Y1思考题：如何提高实验结果的准确性？精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 29 页实验六、板式塔塔板的水力学性能测定一、实验目的通过实验了解塔设备的基本结构和塔板筛孔、浮阀、泡罩、固舌的基本结构，观察气液两相在不同类型塔板上气 液的流动与接触状况，加深对塔性能的解。二、实验内容1. 通过冷模实验可以观察到实验塔内正常与几种不正常的操作现象，并进行塔板压降的测量。2. ?通过实验测得每种塔板的负荷性能图。三、主要设备参数: 板式塔塔高: 920mm 塔径: 100 5.5 材料为有机玻璃板间距 : 180mm 空气孔板流量计: 孔径17mm PACQ2002004dA其中：流量m3/sC0-孔板流量计孔流系数C0=0.67d0-流量计孔流直径m2P-孔板流量计压差PaXGB 2 旋涡气泵SZ 037 水泵四、实验流程: 实验设备流程示意图(见图一 ) 如图一所示 ,空气由旋涡气泵经过孔板流量计计量后输送到板式塔塔底,板式塔由下向上的塔板依次是筛板、浮阀、泡罩、舌形塔板. 液体则由离心泵经过孔板流量计计量后由塔顶进入塔内并与空气进行接触,?由塔底流回水箱内。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 29 页五、实验方法: 1. 首先向水槽内放入一定数量的蒸馏水,将空气流量调节阀放置开的位置,?将离心泵流量调节阀关上。2. 启动旋涡气泵改变空气流量分别测定四块塔板的干板压降。3. 将流程图示下路打开上路关闭后启动离心泵,分别改变空气、液体流量，用观察法测出筛板的操作负荷性能图。4. 将下路打开关闭上路，分别改变空气流量、液体流量，测定其四块塔板的压降,同时观察实验现象。5. 实验结束时先关闭水流量,待塔内液体大部分流回到塔底时再关闭旋涡气泵。六、注意事项: 1. 为保护有机玻璃塔的透明度,实验用水必须采用蒸馏水。2. 开车时先开旋涡气泵后开离心泵,停车反之 ,?这样防止板式塔内的液体灌入风机中。3. 实验过程中每改变空气流量或水流量时,必须待其稳定后关察其现象和测取数据。4. 假设型管压差计指示液面过高时将导压管取下用吸耳球吸出指示液。5. 水箱必须充满水,否则空气压力过大易走短路。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 29 页七、实验结果参考值1. 干板时每块塔板的压降水流量0 (升时 )温度 141 2 3 4 空气孔板流量计型管压差计读数( 毫米水柱) 17 57 96 200 空气流量( m3 h ) 筛板压降及实验现象4 9 17 33 浮阀压降及实验现象11 10 21 47 泡罩压降及实验现象8 11 28 73 舌形压降及实验现象10 23 38 75 2. 在空气流量一定时每块塔板的压降及操作现象空气孔板流量计型管压差计读数(mmH2o28 空气流量( m3 h ) 水流量 (升时 ) 20 40 60 筛板压降及实验现象9正常24正常34正常浮阀压降及实验现象45正常50正常45正常泡罩压降及实验现象51正常60液泛64液泛舌形压降及实验现象43正常46正常83液沫夹带从以上实验可以观察到实验塔内几种不正常的操作现象,并得泡罩塔板压降最大,筛板塔板最小,泡罩塔板容易液泛。3. 筛塔塔板操作的测定固定空气流量,改变液体流量. 空气孔板流量计型管压差计读数mmH2o20 空气流量0.170 (m3h) 水流量(升时 ) 10 20 40 60 80 100 筛板压降22 25 28 34 42 40 实验现象正 常正 常正 常正 常正 常漏液固定液体流量,改变空气流量. 水流量 40(升时 ) 空气孔板流量计型管压差