06年版《化工原理》(虚拟)实验指导书xin.docx

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1、化工原理课程试验指导书食品科学与工程专业杨明编佛山科学技术学院二OO五年十一月化工原理课程试验选用虚拟化工试验软件，把动画技术和数字仿真技术将设备、仪表及流程工作环境呈现在计算机上，以人机对话的形式，使学生用鼠标进行试验操作，并记录所需的数据。试验数据的读取有很好的随机性，测取的数据不会重复,但试验规律是一样的，以避开相互抄袭的现象。由于该软件模拟真实试验，所测的数据与实际试验装置测取的数据接近。虚拟试验包括工作原理、装置相识、试验操作、数据处理等部分组成，每部分的操作均有具体的导引说明，当操作不当或操作错误时，机器会给出提示或禁止操作。请留意试验的每一步应细致阅读提示，按操作导引步骤进行。本

2、试验指导书适用食品科学与工程专业、轻化工专业，必开试验5个，选开试验3个。化工原理课程试验指导书适用专业：食品科学与工程编审：杨明绘图：杨明字数：13.8千字出版：佛山科学技术学院印刷厂2006年7月第2版试验一流体流淌阻力试验5图1.22Ke关联图7八、思索题7试验二离心泵性能试验9八、思索题11试验三过滤试验13八、思索题16试验四传热试验17八、思索题21第三节对流传热22一、对流传热的基本原理221对流传热的机理222对流传热速率方程式223影响对流传热系数的因素23二、对流传热的量钢分析23三、无相变时的对流换热251、自然对流252、强制对流传热26四、有相变时的对流传热281沸腾

3、传热：28(2)影响因素:29(3)沸腾对流传热系数：292冷凝传热：29试验五干燥试验33八、思索题36试验六汲取试验36八、思索题39试验七精储试验40摘要1前言3试验一流体流淌阻力试验4试验二离心泵性能试验7试验三过滤试验10试验四传热试验13试验五干燥试验17试验六汲取试验20试验七精储试验23试验八流量计校正试验26附录一试验报告规范格式及评分参考29附录二试验项目曲线参考图29主要参考书祁存谦等主编.简明化工原理试验.武汉：华中师范高校出版社，1991吴重光主编.化工仿真实习指南.北京：化学工业出版社，19991刖百化工原理课程试验指导书是依据佛山科学技术学院食品科学系课程试验教学

4、大纲编写的，是与理论课教学相配套的内容。本课程试验采纳荣获第六届全国多媒体教化软件大奖赛二等奖的虚拟化工试验（中、英文网络版）软件，该软件由中山高校祁存谦教授主持完成，全国已有31省（市、区）涉及化学、化工、石油、轻纺、冶矿、电力、农林等类型的众多院校运用，受到同行的好评。本书选用该软件中的与食品专业相关的8个试验项目：流体流淌阻力、离心泵性能、过滤、传热、干燥、汲取、精馄、流量计校正。通过2003级和2004级食品科学与工程专业学生的运用，对软件的试验操作部分，编者在试验指导书中作了详尽补充和提示，以利于学生的精确操作。同时在附录中列入试验内容参考曲线，使学生能仿照操作出正确曲线。在运用现代

5、化仿真试验软件上，对于有试验设备的试验，可以起到预习试验的作用，削减设备损耗；对于无试验设备的试验，可以弥补缺少试验设备的不足。其优点是直观、简洁、便利、节约资源，可以反复操作，直到取得满足的效果为止。通过反复操作、多次练习，可以对试验原理、操作过程有更深刻的理解。对试验数据、图形的处理可采纳三种方法之一：抄写法：将表格数据、曲线抄在试验指导书上，课后完成试验报告。抓屏法：将表、图通过陈扉（printscreen）方法复制，打开并粘贴到卜Ordl文档。通过丽一Hf丽一裁剪图片一颜色（灰度或黑白），以及丽f自选图形一线条一连接图上点的相关曲线。画图板法：将表、图通过丽f豌科丽日丽小丽f编辑f粘贴

6、一进行图片处理。在运用电脑处理表、图方法时，学生需用U盘存储word或图片，也可运用E-mail发到自己的邮箱内，再进行处理打印。试验结束后，请按程序要求关闭电脑！目前国内化工原理或食品工程原理网上精品课程的试验，均以仿真虚拟试验进行，编者认为现代化的试验教学方式，代替不了传统的实际操作手段，两者相互补充、相互融合，发挥各自的特长，才是本课程试验所走之路。由于编者水平所限，希望同学们在运用该软件和课程试验指导书中提出珍贵看法。试验一流体流淌阻力试验一、目的和要求1、学习管路摩擦阻力、摩擦因数、管件的局部阻力系数的测定方法，了解它们的变更规律。2、学习压差计、流量计的运用方法。3、学习对数坐标纸

7、的用法。二、试验内容测定某一管位下摩擦系数人与Re的关系。三、仪器、设备和材料1、计算机硬件配置:586以上机型、内存32M、辨别率640X480以上、256色,上网操作。2、双对数坐标纸。四、试验原理1、流淌阻力测定原理图图1.1流淌阻力测定原理图2、依据不同流量下所得的压差即可得流体阻力：流体在管内流淌时，由于剪应力和涡流的存在，必定引起能量损耗。这种损耗包括流经直管和沿程阻力，流经管件的局部阻力。流体在直管内流淌的阻力损失hf为：hf=JU2=Ad2g.=2dPfplu2式中：I直管长度，仪d管径，m；Pi流体流径1米直管的压降，Pa(Nnf);u流体平均流速，msP流体密度，kgm3摩

8、擦系数，无因次；流体黏度，kg(ms)试验时测出某一流量下的压力降，可计算此时的2与Re,变更流量可得的数值。五、试验步骤1、装置相识：把名称卡片拖向相应目标：流量计、电机、水槽、压差计、出口阀、灌水阀。2、试验操作：开启：开出口阀一开灌水阀一灌泵（灌满水后）一关闭灌水阀和出口阀一启动水泵，然后单击出口阀手柄的下方，每单击一次，增大一次，认为数据可行，单击“记录数据”，依此在最大流量范围内（3.51Z）取10T5组数据即可。提示：第1组数据所取的流量QN064Z,方可使点内在图形之内。关闭：点击出口阀手柄的上方一关闭出口阀一关闭水泵一返回一点击数据处理3、数据处理：主要参数与公式：d=0.04

9、m,l=4m,水温20t?H,p=998kgm3,/=1.005厘泊Re=细4hf=-=Jd2gRg(PO-P)Pg,二2dgR9o一夕)lu2例：Q=2.01.s=2Xl(J3msfR=27mm=0.027mmHg=1.592ms2103U=7乃4x0.g2=0.0263,2X0.049.810.027X(13600-998)A=Z99841.5922Re=632500.049981.5291.0051034、数据显示:试验数据流量Q(Us)U管压差R(mmHg)雷诺数Re直管压降/P（Pa）摩擦系数第一组其次组第三组第四组第五组第六组第七组第八组第九组第十组5、图形显示：点的纵横坐标：用鼠

10、标指向点，可表现出该点的纵横坐标。图1.22Re关联图6、自测练习：检验所学学问，进行答题。六、试验留意事项细致阅读提示，按操作步骤进行。七、试验报告要求1、记录10组数据，以一组数据为例，列出计算过程。2、将10组数据在双对数坐标上绘出入一Re图线，并将结果与理论值进行比较。八、思索题1、为了测定摩擦系数须要什么仪器、仪表？要测定哪些数据？如何处理数据？2、试验时应如何限制流量，使试验点在人一双图上分布得比较匀称。流体流淌阻力试验一、在本试验中必需保证高位水槽中始终有溢流，其缘由是：A、只有这样才能保证有足够的供水量。B、只有这样才能保证位压头的恒定。C、只要如此，就可以保证流体流淌的连续性

11、。二、本试验中首先解除管路系统中的空气，是因为：A、空气的存在，使管路中的水成为不连续的水。B、测压管中存有空气，使空气数据不精确。C、管路中存有空气，则其中水的流淌不在是单相的流淌。三、在不同条件下测定的直管摩擦阻力系数雷诺数的数据能否关联在同一条曲线上？A、肯定能。B、肯定不能。C、只要温度相同就能。D、只有管壁的相对粗糙度相等就能。E、必需温度与管壁的相对粗糙度都相等才能.四、以水作工作流体所测得的直管阻力系数与雷诺数的关系能否适用于其它流体？A、无论什么流体都能干脆应用。B、除水外什么流体都不能适用。C、适用于牛顿型流体。公式五、当管子放置角度或水流方向变更而流速不变时，其能量的损失是

12、否相同。A、相同。.=J匕=Rgs1.P)d2gPgB、只有放置角度相同，才相同。C、放置角度虽然相同，流淌方向不同，能量损失也不同。D、放置角度不同，能量损失就不同。六、本试验中测直管摩擦阻力系数时，倒U型压差计所测出的是：A、两测压点之间静压头的差。B、两测压点之间位压头的差。C、两测压点之间静压头与位压头之和的差。D、两测压点之间总压头的差。E、两测压点之间速度头的差七、什么是光滑管？A、光滑管是肯定粗糙度为零的管子。肯定粗糙度是水力学中的一个术语，管道固体壁由于加工条件及运行的影响，总是或多或少的粗糙不平，粗糙突出的平均高度称为肯定粗糙度/B、光滑管是摩擦阻力系数为零的管子。C、光滑管

13、是水力学光滑的管子(即假如进一步减小粗糙度，则摩擦阻力不再减小的管子八、本试验中当水流过测突然扩大管时，其各项能量的变更状况是：A、水流过突然扩大处后静压头增大了。B、水流过突然扩大处后静压头与位压头的和增大了。C、水流过突然扩大处后总压头增大了。D、水流过突然扩大处后速度头增大了。E、水流过突然扩大处后位压头增大了试验二离心泵性能试验一、目的和要求1、了解离心泵的构造和工作特性。2、驾驭离心泵的操作方法。二、试验内容测定离心泵的主要性能参数，绘制离心泵的特性曲线。三、仪器、设备和材料1、计算机硬件配置：586以上机型、内存32M、辨别率640X480以上、256色，上网操作。2、直角坐标纸。

14、四、试验原理1、恒定转速下离心泵的主要性能参数，即送液实力（流量）Q、压头（扬程）H、轴功率N及效率n间存在着肯定的关系，这种关系可通过试验测定，并以曲线表示,即H-Q线、N-Q线、n-Q线，称为离心泵的特性曲线。该曲线能直观清楚地反出泵的工作特性，是选用和确定泵的相宜操作条件的重要依据。2、试验采纳的方法，是先测定泵再某一转速范围内，不同工作点的流量，压头、轴功率和效率。应当指出，电动机转速随流量增大而降低，其不同工作点是通过调整出口阀门开度变更流量而建立的。然后，再由泵的特性比例定律换成标定转速下对应工作点的性能值，即可绘出泵的特性曲线。流量计表盘图2.1离心泵性能测定流程图五、试验步骤1

15、、装置相识：把名称卡片拖向相应目标：温度计、电机、压力表、真空表、出口阀、灌水阀。2、试验操作:开启：开出口阀f开灌水阀f灌泵（灌满水后）f关闭灌水阀和出口阀f启动水泵，然后单击出口阀手柄的下方，每单击一次，增大一次，认为数据可行，单击“记录数据”，依此在范围内（4.82ZA）,取10/5组数据。提示：所取的最大流量数据Q3.5Z,才能使n-Q线的最大效率n点出现。关闭：点击出口阀手柄的上方一关闭出口阀一关闭水泵一返回一点击数据处理3、数据处理：主要参数与公式：He=Pm+Pv+SO=O.4m）gNe=HeQpgN,=-N例如：Q=0.341./s,Pv=1.186X0.OlMpa=0.011

16、86MpaPm=2.13X0.IMpa=0.213Mpa,N=452Wllll（0.213+0.01186）X。WH,=+0.4m=23.3211,9810Ne=23.320.3410-39810=77.8w77.8=17.2%4524、数据显示:试验数据流量Q(Us)真空度Pv(XO.OlMPa)压力Pm(0.1MPa)轴功率N（w）扬程He(m)有效功率Ne（W）效率n（%）第一组其次组第三组第四组第五组第六组第七组第八组第九组第十组5、图形显示：点的纵横坐标：用鼠标指向点，可表现出该点的纵横坐标。连线：在右下角特性曲线框内，用鼠标指向H-Q线、Ne-Q线、Q-Q线，可出现连线，按住鼠标左

17、键并移向框外，分别将曲线固定，然后抓屏图。He/m%2420线线线QQ-QN-e-nqNOO16o1.02.03.04.05.0Q(1.s)图2.2泵性能曲线图6、自测练习：检验所学学问，进行答题。六、试验留意事项细致阅读提示，按操作步骤进行。七、试验报告要求1、记录10组数据，以一组数据为例，列出计算过程。2、将试验数据抄回，在直角坐标图上绘出泵性能曲线。八、思索题1、为什么泵入口真空度随流量增大而增大？为什么泵出口压力随流量增加而减小？真空表读数、压强表读数反映的都是管道断而上的压能。离心泵泵出口流量调整阀开度的增大，削减了管道的阻力，增大了流量。但流量的增大反过来又增大的管道的阻力，最终

18、达到新的平衡，这一过程叫着水泵工作点的调整。由于流量的增大，流速增大，动能增大，由伯努利方程知压能减小，即压强降低，故泵出口压强表读数下降。泵入口的压力也是降低的，只不过泵入口压力是小于大气压的，小于大气压的数值叫真空值，此值越大，表示压力越小,由真空表来量测，所以流量增大，真空值由真空表读数增大。2、泵的操作中，先充水，关闭出口阀，然后启动的理论依据是什么？离心泵启动前肯定要向泵壳内充溢水以后，方可启动，否则泵体将不能完成吸液，造成泵体发热，振动，不出水，产生“空转”，对水泵造成损坏（简称“气缚”）离心泵起动时要关死点起动，即关闭出口阀。这是因为此时流量为零，泵的功率最小，相应起动电流最小，

19、不会对电网产生冲击。一、在本试验中，若离心泵启动后抽不上水来，可能的缘由是：A、开泵时，出口阀未关闭。B、发生了气缚现象。C、没有灌好初给水。D、泵的吸入管线密封不好，有漏气之处。二、离心泵启动时应当关闭出口阀，其缘由是：A、若不关闭出口阀，则开泵后抽不上水来。B、若不关闭出口阀，则会发生气缚。C、若不关闭出口阀，则会使电机启动电流过大。D、若不关闭出口阀，则会发生气蚀。三、关闭离心泵时应当关闭出口阀，其缘由是：A、若不关闭出口阀，则因底阀不严物料会倒流。B、若不关闭出口阀，则会发生气蚀作用。C、若不关闭出口阀，则会使泵倒转而可能打坏叶轮。D、若不关闭出口阀，则会使电机倒转而损坏电机。四、渐渐

20、打开泵出口阀时，离心泵出口压力表的读数按什么规律变更？A、上升。B、降低。C、先上升后降低。D、先降低后上升。五、渐渐关小泵出口阀时，离心泵入口真空表的读数按什么规律变更？A、增大。B、减小。C、先增大后减小。D、先减小后增大。六、本试验中的标准流量是靠什么仪器测定的？A、孔板流量计和U型压差计。B、水箱的水位计和秒表。C、用以上两套仪器共同测定。D、涡轮番量计。七、离心泵的流量增大时，电机的功率怎样变更？A、增大。B、减小。C、先增大后减小。D、先减小后增大。E、功率不变。八、涡轮番最计的流量系数，当雷诺数增大时怎样变更？A、总在增大。B、总在减小。C、先增大后减小。D、先减小后增大。E、基

21、本保持不变。G6.368a匐1田.区SBXffQ）制Q三tt从歌赴gJt竟入叨选1,便说交1）制耐患由2M:Ian黔.翩If覆旗i版无分前阱了线检颤IFsttS犯ff8ttEwS嬲TiftP楣射成后，的交毂正的*三号IF昵钻号除即项SSt映与!Mi.：做aiit三住觊翅机主菱计景把JtWiag防值美糅槌，*,3.过an砧绕备地H胞;O处.女*色叨妻#三片瞄产VHttfUSE住（*听4-epfessnsrtat?tnB：.住忒手廿件快布#8.us三三Q三1h,用I则WmitimfiMS三JUi，8tt-SaSSS11-Si5.再算一锄杆皆，豆这根羁性新湎F，一皮鲍。宸*娥同云i力彖琛依WEffB

22、Sil牌阪馆地轧xatt54T.SI趣MJJB三-魏强（W,SlMSITi以，部大金彳跟会物般性，股咖邮JNZS.tK4三aJE8SZP.三ftnaa?!，flfJ-aft+S，K8S5.1Sr2fRlJa=K式中：a管壁对空气的传热系数，w/(tn2k)U2蒸汽对空气的传热系数，w/(tn2k)3、求a与Re的定量关系式由因次分析法可知，流体在圆形直管中呈强制湍流时的传热系数，符合下列准数关联式：Nu=ARen或：也=A(%)式中：定性温度下空气的导热系数，w/(m-k)u空气的流速，tnsP空气密度，kgm3空气黏度，kg(msNU努塞尔特准数；Re雷诺准数；A、阅历公式的系数；d管内径,

23、如a管壁对空气的传热系数，w（tn2-k）o本试验就是通过调整空气的流量,测得对应的传热系数,然后将流量整理为Re,将传热系数整理为Nuo再将所得的一系数NuRe数据，通过图解法或回来分析法，求得待定系数A、o进而得到传热系数与Re的阅历公式。五、试验步骤1、装置相识：把名称卡片拖向相应目标：鼓风机、疏水阀、流量计、蒸汽阀、空气阀、保险阀、电位计、冰壶。本试验装置是由套管换热器组成；空气由风机输送，经过调整阀进入换热器内管，经换热后排空。蒸汽由锅炉供应，不凝气经阀放空，蒸汽压强由压力表显示。孔板流量计的压差和计前表压由液柱压差计测定，蒸汽、空气进、出口温度由热电偶测得。2、试验操作：先开启风机

24、，再开蒸汽阀，然后变更空气流量，在最大流量范围内（压差计在70.5mm读取1015组数据即可。3、数据处理：主要参数与公式：d=0.0178m,1.=1.224m,流量系数C=O.001233Pa=IOl330Pa,室温13W,空气CP=1005JkgK=0.0284WmK,空气黏度=0.02厘泊=1.293X101330273273+7（尸o为计前表压）G=USp=C廊Cdup4GRe=11dInM=2=4.K=W.g=q.GCp(If)tmstm11dlGCPal一幻皿R例题:T=120.4fh=24C,t2=78.6fR=70mm,Po=4080Pa78.6-2454.6ln120.4-

25、240.8355In120.4-78.6p=1.293101330480-=1.236ffl101330273+24G=0.()()1233701.236=0.01145kg!s=40990Re=-4x0.011453.140.0178210-5M=0.01145x1005x(78.6-24)=88.60.0284653.141.224解方程组，求出A和o传热系数关联式Nu=ARe,将数据代入公式,4、数据显示:试验数据孔板压差RZmm水柱计前表压Pm蒸汽温度T/V进口温度t1fC出口温度qc雷诺准数Re努塞尔准数Nu第一组其次组第三组第四组第五组第六组第七组第八组第九组第十组5、图形显示：点

26、的纵横坐标：用鼠标指向点，可表现出该点的纵横坐标Nul1042345Re图4.2NuRe关联图6、自测练习：检验所学学问，进行答题。六、试验留意事项测取数据需留意以下几点：流量间隔(指流量压差计示值R的间隔应合理安排，以便图解时试验点能够合理分布，以对数坐标标绘试验点时，其试验点数据应成比例递增)。流量调定后待传热稳定时，尽快测取全部数据。调整电位计的不同档位，试验数据会发生微小的影响。七、试验报告要求1、记录10组数据后，以一组数据为例，列出计算过程,归纳公式M=ARe,求出A和。2、将IO组数据在双对数坐标纸上绘图。八、思索题1、当空气量增大时，传热速率Q增大，空气的出口温度下降。试用传热

27、理论分析其缘由。：=a1A1=-J12u1pcp(z2-r1),Al小变，而被正比于流速，空气流量增大后U增大，Q不变,则Acm减小，进11温度又不变，所以出I温度减小。2、空气速率和温度对传热系数有何影响？在不同的温度下是否会得出不同的传热系数关联式？第三节对流传热一、对流传热的基本原理1对流传热的机理在工程上，对流传热是指流体固体壁面的传热过程，它是依靠流体质点的移动进行热量传递的。因此与流体的流淌状况亲密相关。如图所示,热流体将热量传给固体壁面，再由壁面传给冷流体。由流体力学知，流体流经圆体壁面时，在靠近壁面处总有一薄层流体顺着壁面做层流流淌，即层流底层。当流体做层流流淌时，在垂至于流淌

28、方向的热量传递，主要以热传导方式进行。由于大多数流体的导热系数较小，故传热热阻主要集中在层流底层中，温差也主要集中在该层中。而在湍流主体中，由于流体质点猛烈混合，可近似的认为无传热热阻，即湍流主体中基本上没有温差。在层流底层与湍流主体之间存在着一个过渡区，在过渡区内，热传导与热对流均起作用使该区的温度发生缓慢变更。所以，层流底层的温度梯度较大，传热的主要热阻即在此层中，因此,减薄层流底层的厚度8是强化对流传热的重要途径。在传热学中，该层又称为传热边界层(ThermalBoundary1.ayer)o2对流传热速率方程式从对流传热过程的分析可知这一个困难的传热过程影响对流传热速率的因素很多，为了

29、便利起见，工程上采纳一种简化的方法，即将流体的全部温差集中在厚度为6的一层薄膜内，但薄膜厚度。难以测定，所以用代替入/8将对流传热速率写成如下形式：TTaTi后二丁(5-35)此式称为对流传热速率方程式，亦称牛顿冷却定律。式中：中一对流传热速率。（热流量rw）A一传热面积，m2T一对流传热温度差（CK）Tw与流体接触的壁面温度，T一流体的平均温度WQ一对流传热系数漏R（Convectiveheat-transfercoefficient）R一对流传热热阻，/W并非理论推导，而是一种推论。即假设单位面积传热量与温度差AT成正比。一将全部困难的因素都转移到对流传热系数中去了。3影响对流传热系数的因

30、素流体在传热过程中有无相变、汽化、冷凝。流体的流淌状态和起因。流体流淌的缘由：强制对流、自然对流。物体的物理性质：。、G、4、体积膨胀系数等。传热表面的形态、位置及大小等。二、对流传热的量钢分析无相变时，影响对流传热系数。的主要因素可用下面的一般式表示：a=jJaze（5-63）pl59上式8个物理量涉及到质量M、长度1.、时间T、和温度H等四个基本因次。在SI制中，各物理量的因次分别为：a一对流传热系数W（m2K）MT-3H1一流速m/s1.T1。一密度kgm3M1.3Cp一定压比热J/kgK1.2T2H,一粘度Pa-SMf1T14导热系数W(mK)M1.T2H/一特性尺寸m1.OVg7一单

31、位质量流体的上升力1.r2依据量纲分析的基本原理，可将表示如下式：=d0C,(sA7)537)(注：课本中的改为v,小写c改为大写C)按量钢分析法：MT3H=1.iazbM1.TicMIT3H-idM1.3e1.2r2Hf1.T2gM=CRCEgJ(5-39)表5-2特征数的名称和意义特征数名称符号准测试意义努塞尔特准数(NUSSeltNumber)NuQ1.M=下表示对流传热系数的准数雷诺数(ReynoldNumber)Re表示流体流淌状态和湍流程度的准数普兰特数(Prandtnumber)Drp一C”表示物性对对流传热的影响格拉晓夫数(GrashofNumber)GrG,=J-表示自然对流

32、对对流传热的影响当RePr和Gr三个准数确定后，包含对流传热系数。的准数NU也能确定，即可求出值。式中C、a、f、g为常数。要依据各种不同的传热状况用试验的方法确定。用试验求待？各种准数关联式，在应用时要留意以下几点：应用范围：应把各关联式用于该式所依据的试验范围以内，主要是指Re和Pr值得范围，否则将引起较大的误差。特性尺寸：准数Nu、Re及Gr中的/称为特性尺寸。一般要选具有代表性的尺寸来作为特性尺寸。如管内对流传热时1圆管内径d；对非圆形管的对流传热，/取当量直径定性温度：各准数中的物性参数Cp、P、X等所依据的温度称为定性温度。不同的关联式定性温度的确定往往不同。在某些具体状况下，式(5-39)还可加以简化，当强制对流湍流时，代表自然对流影响的Gr准数可忽视不计，此时M=/(,R)而在自然对流时，流体的推动力是由于流体的内部存在温度差而产生的上升力，所以Re准数的影响可以