化工原理实验指导书.doc

《化工原理实验指导书》

杜华、钤小平、毕研迎编整

山东师范大学《化工原理》教研室
2023.3

实验一 流体能量转换(柏努利)演示实验
一、实验目的
1、加深对能量转化概念的理解；
2、观测流体流经扩大管、缩小管段时，各截面上静压变化。
二、实验原理
对于不可压缩流体，在导管内作定常流动，系统与环境又无功的互换时，若以单位质量流体为衡算基准，由于导管截面上的流速不同，而引起相应静压头变化，其关系可由流动过程中能量恒算方程来描述，即：
式中：——每公斤质量流体具有的位能，J/kg；
——表达每公斤质量流体具有的动能，J/kg；

——表达每公斤质量流体具有的压强能，J/kg；

——表达每公斤质量流体在流动过程中的摩摖损失，J/kg。

若以单位重量流体为衡算基准时，则又可表达为
mm水柱 （2）
式中： Z — 流体的位压头，m液柱；
P — 流体的压强，Pa；
u — 流体的平均流速，m · s –1；
ρ － 流体的密度，kg · m – 3；
—流动系统内因阻力导致的能量损失，J · kg –1；
H—流动系统内因阻力导致的压头损失，m液柱。
因此，由于导管截面和位置发生变化引起流速变化，致使部分静[-压头转化成动压头，它的变化可由各玻璃管中水柱高度指示出来。
三、实验装置
如图1-1所示，本实验装置重要由实验导管、稳压溢流水槽和三对侧压管所组成。实验导管为一水平装置的变径圆管，沿程分四处设立压管。每处测压管有一对并列的测压管组成，分别测量该截面处的静压头和冲压头。

图1-1伯努利实验装置流程图
1-转子流量计 2-移动框架 3-排污阀 4-流量调节阀1 5-储水箱 6-实验导管 7-循环泵 8-进口调节阀2 9-水箱放水调节阀3 10-溢流管 11-稳压水槽 12-水泵开关盒 13-标尺 14-压头测量管
图1-2 实验导管结构图
实验装置的流程如图1-1所示。液体油稳压水槽流入实验导管，途径直径分别为19、32和19mm的管子，再通过一个19mm内径弯管，最后排除出设备。流体流量由出口调节阀调节。流量从转子流量计测定之。
实验前，先将水充满低位储水箱，然后关闭泵的出口阀和试管导管出口调节阀，并将水灌满稳压流水水箱，最后，设法排尽系统中的气泡。
实验时，先启动循环水泵，然后依次启动出口阀和调节阀，水由低位储水箱被送入稳压溢流水箱。流经实验导管后再返回低位储水箱中。流体流量可由实验管出口调节阀控制。泵出口阀控制溢流水箱的溢流量，以保持水箱内液面恒定，从而保证流动体系在整个实验过程中维持稳定流动。
四、实验方法
1、非流动体的机械能分布及其转换
演示时，将泵的出口阀和实验导管出口的调节阀所有关闭，系统内的液体处在静止状态。此时，可观测到：实验导管上的所有的测压管中的水柱高度都是相同的，且其液面与溢流水箱内的液面平齐。
2、流动体系的机械能分布及其转换
启动循环水泵，将泵出口阀逐渐启动，调节流量至溢流水箱中有足够的溢流水溢出。缓慢地启动实验导管的出口调节阀，使导管内水开始流动，各测压管中的水柱高度将随之开始发生变化。可观测到：各截面上的水柱高度差随着流体流量的增大而增大。这说明，当流量加大时，流体流过导管各截面上的流速也随之加大。这就需要更多的静压头转化为动压头，表现为每对测压管的水柱高度差加大。同时，各对测压管的右侧管中水柱高度则随流体流量增大而下降，这说明流体在流动过程中，能量损失与流体流速成正比。流速愈大，流体在流动过程中能量损失亦愈大。

实验二 压强及其测量演示实验装置
一、实验目的：
1）掌握绝对压强、表压强和真空度之间的区别与联系。
2）掌握流体流柱高度、压头与压强之间的区别与联系。
3）掌握流体压强的几种测量方法。
二、实验装置流程及特点：
装置由一容器装在可上下移动的道轨上，可对固定容器进行加压或减压操作。装置为挂壁式教仪设备，使用方便。
1.选用有机玻璃制作，可视性好。
2.可方便地使容器内的液体处在正压力系统或负压系统。
3.多种测压导管，可选用不同的指示剂来测取容器内压力。
4.可选用不同指示剂来测取压力。
5.加强对静力学方程的结识和工程事实上的应用。
外形尺寸：900×700mm 挂壁镜框式。
三、实验装置组成：
    本装置重要由平衡杯、反映器、和U形液柱压差计等组成。其流程如图所示。
    主体设备为一有机玻璃制造的反映模型，平衡杯与反映器底部相连，并运用平衡杯的位置高低来调节反映器内的液位，使液面上方产生不同的压强。
    反映器顶部装有一个放空阀和两个测压口，实验前，先打开放空阀，水由平衡杯中加入，加水量以使平衡杯与器内液面平齐，液面达反映器高度的1/2处为宜。一个测压口直接联接一联程弹簧压力表。另一个测压口联接三支U形管压差计，压差计中分别装有水银和水两种指示剂，微差压计中同时装有四氯化碳和氯化钙水溶液两种指示剂。每支压差计上各装一旋塞用来进行开闭控制。图：流体静力学演示实验装置
四、演示操作环节：
1）绝对压强、表压强和真空度之间的关系
（1）将器顶放空阀打开，并将平衡杯置于反映器相同高度，使杯内液面与器内液面平齐，再将水银柱压差计上的旋塞打开，观测弹簧压力表和水银柱压差计的读数。可观测到：弹簧压力表和水银柱压差计显示的读数为零。
（2）将器顶放空阀关闭，使器内成为密闭体系，然后将平衡杯缓慢举起，并置于最高位置上，观测弹簧压力表和水银柱压差计的读数。可观测到：随着平衡杯的位置提高，液面上方压强不断提高，同时，水银压差计中液柱向左侧（连接大气一侧）上升一定的高度。
（3）将平衡杯放回到起始位置上，再观测弹簧压力表和压差计上读数。可观测到：随着平衡杯位置的减少，器内液面也随之减少，液面上方空气膨胀而压强减少，平衡杯恢复到起始位置时，弹簧压力表和水银压差计又显示为零，说明反映器内压强与大气压强相同。
（4）将平衡杯缓慢放下，并置于最低位置上，观测弹簧压力表与水银压差计的读数。可观测到：弹簧压力计显示出负的读数，同时，水银压差计中液柱向右侧（连通测压口一侧）上升一定高度。这说明反映器内的操作压强低于大气压强。压力表显示的读数即为器内压强低于大气压强的数值。
2）以液柱高度表达的压强与液柱压力计
    先将放空阀关闭，再略为提高平衡杯的位置，然后依次打开水银柱压差计、水柱压差计和微压差计上的旋塞。可观测到：在测量同一压强时，水银压差计显示的水银柱高度差最小，水柱压差计显示的水柱高度差中档，而微压差计显示的液柱高度差最大。这说明：当用液柱高度来表达流体压强时，其值的大小还取决于液柱的高度。为了提高测量精度，压差计的指示剂选择必须合适。
实验三 雷诺实验指导
一、实验目的
1．观测流体在管内流动的两种不同流型。
2．测定临界雷诺数。
二、基本原理
流体流动有两种不同型态，即层流(滞流)和湍流(紊流)。流体作层流流动时，其流体质点作直线运动，且互相干行；湍流时质点紊乱地向各个方向作不规则的运动，但流体的主体向某一方向流动。
雷诺准数是判断流动型态的准数，若流体在圆管内流动，则雷诺准数可用下式表达：　

式中，Re——雷诺准数，无因次； d——管子内径，26.4mm；
u——流体流速，m／s； ρ——流体密度，kg／m3；
μ——流体粘度；Pa·s。
对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅与流体流速有关。本实验通过改变流体在管内的速度，观测在不同雷诺准数下流体流型的变化，一般认为Re<2023时，流动型态为层流；Re>4000时。流动为湍流；2023<Re<4000时，流动为过渡流。
三、实验装置与流程
实验装置如图1所示。重要由玻璃实验导管、低位贮水槽、循环水泵、稳压溢流水槽、缓冲水槽以及流量计等部分组成。
实验前，先将水充满低位贮水槽，然后关闭泵的出口阀和流量计后的调节阀，再将溢流水槽到缓冲水槽的整个系统加满水。最后，设法排尽系统中的气泡。
实验操作时，先启动循环水泵，然后启动泵的出口阀及流量计后的调节阀。水由稳压溢流水槽流经实验导管、缓冲槽和流量计，最后流回低位贮水槽。水流量的大小，可由流量计后调节阀调节。泵的出口阀控制溢流水槽的溢流量。
示踪剂采用红色墨水，它由红墨水贮瓶．经连接软管和玻璃注射管的细孔喷嘴，注入实验导管。细孔玻璃注射管(或注射针头)位于实验导管人口的轴线部位。
图1 雷诺演示实验装置
1-可移动框架2-循环水泵 3-低位贮水槽4-流量调节闸阀5-旁路阀门6-转子流量计7-溢流水槽 8-红墨水贮瓶9-红墨水喷针10-玻璃实验导管 11-低位贮水槽排污阀
四、实验操作
1.层流流动类型
实验时，先少许启动凋节阀，将流速调至所需要的值。再调节红墨水贮瓶的下口旋塞，并用自由夹作精细调节，使红墨水的注人流速与实验导管中主体流体的流速相适应，一般略低于主体流体的流速为宜。待流动稳定后．记录主体流体的流量。此时，在实验导管的轴线上，就可观测到一条平直的红色细流，好象一根拉直的红线同样。
2.湍流流动型态
缓慢地加大调节阀的开度，使水流量平稳地增大。玻璃导管内的流速也随之平稳地增大。同时，相应地适当凋节泵出口阀的开度，以保持溢流水槽内仍有一定溢流量，以保证实验导管内的流体始终为稳定流动。可观测到：玻璃导管轴线上呈直线流动的红色细流，开始发生波动。随着流速的增大，红色细流的波动限度也随之增大，最后断裂成一段段的红色细流。当流速继续增大时，红墨水进入实验导管后。立即呈烟雾状分散在整个导管内，进而迅速与主体水流混为—体，使整个管内流体染为红色，以致无法辨别红墨水的流线。
实验四 流体流动阻力测定
一、实验目的
1．掌握流体流经直管和管阀件时阻力损失的测定方法，通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。
2．测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系，将所得的λ～Re方程与公认经验关系比较。
3．测定流体流经闸阀等管件时的局部阻力系数ξ。
4．学会压差计和流量计的使用方法。
5．观测组成管路的各种管件、阀件，并了解其作用。
二、基本原理
流体在管内流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地要消耗一定的机械能，这种机械能的消耗涉及流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻力。
1．沿程阻力
流体在水平均匀管道中稳定流动时，阻力损失表现为压力减少。即

影响阻力损失的因素很多，特别对湍流流体，目前尚不能完全用理论方法求解，必须通过实验研究其规律。为了减少实验工作量，使实验结果具有普遍意义，必须采用因次分析方法将各变量综合成准数关联式。根据因次分析，影响阻力损失的因素有，
(1)流体性质：密度ρ，粘度μ；
(2)管路的几何尺寸：管径d，管长l，管壁粗糙度ε；
(3)流动条件：流速μ。
可表达为：

组合成如下的无因次式：

令

则

式中
——压降 Pa
hf——直管阻力损失 J/kg，
ρ——流体密度kg/m3
λ——直管摩擦系数，无因次
l——直管长度 m
d——直管内径 m
u——流体流速，由实验测定 m/s
λ——称为直管摩擦系数。滞流(层流)时，λ＝64／Re；湍流时λ是雷诺准数Re和相对粗糙度的函数，须由实验拟定.
2．局部阻力
局部阻力通常有两种表达方法，即当量长度法和阻力系数法。
当量长度法
流体流过某管件或阀门时，因局部阻力导致的损失，相称于流体流过与其具有相称管径长度的直管阻力损失，这个直管长度称为当量长度，用符号le表达。这样，就可以用直管阻力的公式来计算局部阻力损失，并且在管路计算时．可将管路中的直骨长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，如管路中直管长度为乙各种局部阻力的当量长度之和为
，则流体在管路中流动时的总阻力损失 为

阻力系数法
流体通过某一管件或阀门时的阻力损失用流体在管路小的动能系数来表达，这种计算局 部阻力的方法，称为阻力系数法。
即
式中：ξ——局部阻力系数，无因次；
u——在小截面管中流体的平均流速，m／s。
由于管件两侧距测压孔问的直管长度很短．引起的摩擦阻力与局部阻力相比，可以忽略不计。因此hf之值可应用柏努利方程由压差计读数求取。
三、实验装置与流程
1．实验装置

图1-1 实验装置流程图
实验装置如图1-1所示。重要部分由离心泵，不同管径、材质的管子，各种阀门或管件，转子流量计等组成。从上向下第一根为不锈钢光滑管，第二根为镀锌铁管，分别用于光滑管和粗糙管湍流流体流动阻力的测定。第三根为不锈钢管，其上装有待测管件(闸阀)，用于局部阻力的测定。
流体温度有热电阻，流体流量由涡轮流量计测量，压差有压差变送器测量。
本实验的介质为水，由离心泵供应，经实验装置后的水通过管道流入储水箱内循环使用。
2．装置结构尺寸
装置结构尺寸如表1-1所示。
表1-1 装置参数
名称
材质
管内径（mm）
测试段长度（m）
装置（1）
装置（2）
光滑管
不锈钢食品管

1.5
粗糙管
镀锌铁管

1.5
局部阻力
闸阀

控制柜面板图如下图：
图1－2
1、空气开关 2、3、4电源指示灯 5、流量控制仪 6、6路巡检仪（单位m3／h）：第一通道测量离心泵进口压力（单位：kpa），第二通道测量离心泵出口压力（单位：kpa），第三通道测量离心泵转速（单位：r／min）第四通道测量流体阻力压差（单位：pa）第五通道测量流体温度（单位：摄氏度），第六通道没用，7、功率表（单位：KW）8、仪表电源指示灯、9、仪表电源开关，10、变频器电源指示灯，11、变频器电源开关，12、离心泵电源指示灯、13、离心泵直接或变频器运营转换开关，14、离心泵启动按钮，15、离心泵停止按钮。
四、实验环节及注意事项
1．灌泵
储水箱中出水到适当位置（大约三分之二处）关闭阀1、阀2、阀3、阀4、阀5、打开离心泵出口排气阀和进口灌水阀，用水杯从灌水阀灌水，气体从排汽阀排出，直到排水阀有水排出并且没有气泡灌水完毕，关闭排气阀和灌水阀。
2．启动水泵
打开控制柜上1空气开关，打开9仪表电源开关，仪表指示灯10亮，仪表上电，显示被测数据。
把转换开关转到直接位置，指示灯12亮，按一下离心泵启动按钮，离心泵运转，启动按钮指示灯亮，水泵启动完毕。
3．光滑管排气
先打开光滑管与差压变送器相连的阀门，粗糙管和局部阻力与差压变送器相连的阀门关闭，打开阀3和阀2，排出光滑管中的气体，关上阀2，打开差压变送器的两个排汽阀，排出管道中的气体，直到没有气泡排出为止，关闭差压变送器上的两个排汽阀，光滑管排气完毕。
4．光滑管实验
打开流体阻力监控软件数据班级、姓名、学号等信息，进入流体阻力实验，点击光滑管，调节阀2，每隔1m3／h采集一组实验数据（等数据稳定之后再采集），从2m3／h开始到最大流量，但注意最大流量时压差不能超过10kpa，假如超过调节阀门2，使压差不超过10kpa。光滑管数据采集完毕后，先关闭阀2和阀3，再关闭光滑管与差压变送器相连的两个阀门。
5.粗糙管实验
粗糙管排气与光滑管排气类似，先打开粗糙管与差压变送器相连的两个阀门，再打开阀4和阀2，排出粗糙管中的气体，关闭阀2，打开差压变送器的两个排汽阀，排出管道中的气体，直到没有气泡排出为止，关闭差压变送器上的两个排汽阀，粗糙管排气完毕。点击粗粗管，调节阀2，，每隔1m3／h采集一组实验数据（等数据稳定之后再采集），从2m3／h开始到最大流量，但注意最大流量时压差不能超过10kpa，假如超过调节阀门2，使压差不超过10kpa。粗糙管数据采集完毕后，先关闭阀2和阀4，再关闭光滑管与差压变送器相连的两个阀门。
6.局部阻力实验
局部阻力排气与光滑管排气类似，先打开局部阻力与差压变送器相连的两个阀门，再打开阀5和阀2，排出粗糙管中的气体，关闭阀2，打开差压变送器的两个排汽阀，排出管道中的气体，直到没有气泡排出为止，关闭差压变送器上的两个排汽阀，局部阻力排气完毕。点击局部阻力，调节阀2，，每隔1m3／h采集一组实验数据（等数据稳定之后再采集），从2m3／h开始到最大流量，但注意最大流量时压差不能超过10kpa，假如超过调节阀门2，使压差不超过10kpa。局部阻力数据采集完毕后，先关闭阀2和阀5，再关闭光滑管与差压变送器相连的两个阀门。流体阻力实验完毕。
7．数据解决
实验数据采集完毕，打开数据解决软件，打开实验数据，执行相应的软件功能，就可算出流体雷诺系数与摩擦因数的关系，执行绘图功能，就可绘出雷诺系数与摩擦因数的曲线关系，执行打印功能就可打印实验数据和实验解决结果。
五、实验报告
1．根据粗糙管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出λ～Re曲线，对照化工原理教材上有关图形，即可估出该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。
2．根据光滑管实验结果，对照柏拉修斯方程，计算其误差。
3．根据局部阻力实验结果，求出闸阀全开时的平均ξ值。
4．对实验结果进行分析讨论。

实验五 流量计校核算验
一、实验目的
1．了解孔板流量计、文丘里流量计的构造、原理、性能及使用方法。
2．掌握流量计的标定方法。
3．测定节流式流量计的流量系数C，掌握流量系数C随雷诺数Re的变化规律。
4．学习合理选择坐标系的方法。
5．学习对实验数据进行误差估算的具体方法。
二、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，它与流量有如下关系：

采用正U形管压差计测量压差时，流量Vs与压差计读书R之间关系有：

式中： Vs——被测流体（水或空气）的体积流量，m3/s；
C——流量系数（或称孔流系数），无因次；
A0——流量计最小开孔截面积，m2，A0=(π/4)d02；
——流量计上、下游两取压口之间的压差，Pa；
——被测流体（水或空气）的密度，Kg/m3；
——U形管压差计内指示液的密度，Kg/m3；
１——空气的密度，Kg/m3；
R——U形管压差计读数，m；
式3-1也可以写成如下形式：

若采用倒置U形管测量压差：

（忽略空气对测量的影响）则流量系数C与流量的关系为：

用体积法测量流体的流量Vs，可由下式计算：

图1-1 流量计校核算验装置流程图

(4)
式中：Vs——水的体积流量，m3/s；
△t——计量桶接受水所用的时间，s；
A——计量桶计量系数；
△h——量桶液面计终了时刻与初始时刻的高度差，mm，△h=h2-h1；
V——在△t时间内计量桶接受的水量，L。

改变一个流量在压差计上有一相应的读数，将压差计读数 R和流量Vs绘制成一条曲线即流量标定曲线。同时用式（1a）或式（2）整理数据可进一步得到流量系数C—雷诺数Re的关系曲线。

式中：d—实验管直径，m；
u—水在管中的流速，m/s。
三、实验装置
1．实验回路一：本实验装置为孔板流量计，用离心泵将贮水槽的水直接送到实验管路中，经涡轮流量计计量后通过孔板流量计，通过闸阀调节，最后返回贮水槽。流量计上、下游压强差的测量采用压差变送器。
实验回路二：本实验装置为文丘利流量计，用风机将风直接送到实验管路中，经转子流量计计量后，经文丘利流量计后，最后排空。流量计上、下游压强差的测量采用U形压差计测量。

1-风机 2-离心泵水泵电源开关 3-涡轮流量计 4-风量调节阀2 5-转子流量计 6- U型压差计 7-文丘利流量计 8-孔板流量计 9-压差传感器 10-阀1 11-储水箱 12-电气控制箱 13-电源总开关 14-电源指示灯 15-液晶无纸记录仪 16-仪表电源开关及指示灯 17-离心泵电源开关及指示灯 18-风机电源开关及指示灯
2．设备重要技术数据
（1）设备参数
1）离心泵：型号MS100/0.55，转速n=2900转/分，额定流量Q=4m3 /h，扬程H=15m，
2）孔板流量计：实验管路内径d=27.0mm，孔板开孔d0=18.18mm。
3）文丘利流量计：实验管路内径d=47.8mm,节流开孔：d0=31.199mm。
（2）流量测量
气体转子流量计：16～160m3/h
涡轮流量计：2～20m3/h
四、实验方法
1．打开汞—水U形管压差计的平衡阀②，关闭泵流量调节阀1，启动离心泵。
2．实验前，一方面检查流程中导压管内是否有气泡存在，检查办法是：关闭流量调节阀1，可先将U形管压差计的平衡阀②关闭，再看U形管压差的读数是否为零，若为零，说明其导压管无气泡。
3．若导压管内有气泡存在，可按下述方法进行排气操作：关闭流量调节阀1及阀①、阀②、阀③、阀④、阀⑤，然后打开阀③及阀⑤，排尽右侧导压管内的气泡，排尽后关闭阀③及阀⑤，打开阀①、阀④，进行排导压管左侧的气泡，排尽后关闭阀①、阀④，缓慢打开阀①及阀③，看倒置U形管的读数是否为零，若为零说明气泡已赶尽了。
4．关闭平衡阀②，按流量从小到大的顺序进行实验，即测流量计两侧压差计读数R，同时用转子流量计测量水的流量。记录数据。
5．实验结束后关闭泵出口流量调节阀，停泵。
五．实验注意事项
1．在启动离心泵之前，务必打开汞—水U形管压差计的平衡阀②，以避免发生跑汞现象。
2．在排气时，开关各阀门要注意缓开慢关。
六、报告内容
1．计算各流量下的流量系数C与雷诺数Re的数值。
2．在适当的坐标系上标绘流量计流量Vs压差计读数R的关系曲线，即流量标定曲线；流量系数C与雷诺数Re的关系曲线。
3．对流量计流量系数C进行误差估算，指出误差的重要来源和改善措施。

实验六 离心泵特性曲线测定
一、实验目的
1. 了解离心泵结构与特性，学会离心泵的操作；
2. 掌握离心泵特性曲线测定方法。
二、基本原理
离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程H、轴功率N及效率η与泵的流量V之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的外部表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用数学方法计算这一特性曲线，只能依靠实验测定。
1．扬程H的测定与计算
在泵进、出口取截面列柏努利方程：

式中：p1,p2——分别为泵进、出口的压强 N/m2 ρ——流体密度 kg/m3
u1, u2——分别为泵进、出口的流量m/s g——重力加速度 m/s2
当泵进、出口管径同样，且压力表和真空表安装在同一高度，上式简化为：

由上式可知：只要直接读出真空表和压力表上的数值，就可以计算出泵的扬程。
2．轴功率N的测量与计算
轴的功率可按下式计算：

式中，N—泵的轴功率，W
w—电机输出功率，W
由上式可知：测定泵的轴功率，只需测定电机的输出功率，乘上功率转换中的倍率即可。
3．效率η的计算
泵的效率η是泵的有效功率Ne与轴功率N的比值。有效功率Ne是单位时间内流体自泵得到的功，轴功率N是单位时间内泵从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。
泵的有效功率Ne可用下式计算：
Ne=HVρg
故
η=Ne/N=HVρg/N
4．速改变时的换算
泵的特性曲线是在指定转速下的数据，就是说在某一特性曲线上的一切实验点，其转速都是相同的。但是，事实上感应电动机在转矩改变时，其转速会有变化，这样随着流量的变化，多个实验点的转速将有所差异，因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为平均转速下的数据。换算关系如下：
流量 扬程
轴功率 N 效率
三、实验装置与流程
离心泵性能特性曲线测定系统装置工艺控制流程图如图2-1：

3．仪表控制柜面板如图1-2所示：
1、空气开关 2、3、4电源指示灯 5、流量控制仪 6、6路巡检仪（单位m3／h）：第一通道测量离心泵进口压力（单位：kpa），第二通道测量离心泵出口压力（单位：kpa），第三通道测量离心泵转速（单位：r／min）第四通道测量流体阻力压差（单位：pa）第五通道测量流体温度（单位：摄氏度），第六通道没用，7、功率表（单位：KW）8、仪表电源指示灯、9、仪表电源开关，10、变频器电源指示灯，11、变频器电源开关，12、离心泵电源指示灯、13、离心泵直接或变频器运营转换开关，14、离心泵启动按钮，15、离心泵停止按钮。
四、实验环节及注意事项
1．灌泵：储水箱中出水到适当位置（大约三分之二处），打开离心泵出口排气阀和进口灌水阀，用水杯从灌水阀灌水，气体从排汽阀排出，直到排水阀有水排出并且没有气泡灌水完毕，关闭排气阀和灌水阀。
2．启动水泵：打开控制柜上空气开关，打开仪表电源开关，仪表指示灯亮，仪表带电，显示被测数据；把转换开关转到直接位置，指示灯亮，检查出口阀在关闭状态下，按一下离心泵启动按钮，离心泵运转，启动按钮指示灯亮，水泵启动完毕。
3.打开离心泵监控软件，输入班级、姓名、学号等信息，进入离心泵监控界面，打开阀1到最大，每隔2m3／h采集一组数据（等数据稳定之后再采集），注意从最大流量做到0等分。
4.数据采集完毕，关闭出口阀后，按离心泵停止按钮，泵停止。
5、打开数据解决软件，打开采集的数据，进行数据解决，计算出数据解决结果，绘出离心泵特性曲线。实验完毕。
五、实验报告
1．在同一张坐标纸上描绘一定转速下的H～V、N～V、η～V曲线
2．分析实验结果，判断泵较为适宜的工作范围。

实验七 恒压过滤常数测定实验
一、实验目的
1. 熟悉板框压滤机的构造和操作方法；
2. 通过恒压过滤实验,验证过滤基本原理；
3. 学会测定过滤常数K、qe、τe及压缩性指数S的方法；
4. 、
5. 了解操作压力对过滤速率的影响。
二、基本原理
过滤是以某种多孔物质作为介质来解决悬浮液的操作。在外力作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道而固体颗粒被截留下来，从而实现固液分离。过滤操作中，随着过滤过程的进行，固体颗粒层的厚度不断增长，故在恒压过滤操作中，过滤速率不断减少。
影响过滤速率的重要因素除压强差、滤饼厚度外，尚有滤饼和悬浮液的性质，悬浮液温度，过滤介质的阻力等，在低雷诺数范围内，过滤速率计算式为：
(1)
u：过滤速度，m/s K’：康采尼常数，层流时，K’＝5.0
ε：床层空隙率，m3/m3 μ：滤液粘度，Pas
a：颗粒的比表面积，m2/m3 △p：过滤的压强差，Pa
L：床层厚度，m
由此可以导出过滤基本方程式：
(2)
V：过滤体积，m3 τ：过滤时间，s
A：过滤面积，m2 Ve：虚拟滤液体积，m3
r：滤饼比阻，1/m2，r=5.0a2(1-ε)2/ε3 r’：单位压强下的比阻，1/m2，r= r’△ps
v：滤饼体积与相应滤液体积之比，无因次
S：滤饼压缩性指数，无因次，一般S＝0～1，对不可压缩滤饼，S＝0
恒压过滤时，令k=1/μr’v，K=2k△p1-s，q=V/A，qe=Ve/A，对(2)式积分得：
(q+qe)2=K(τ+τe) (3)
K、q、qe三者总称为过滤常数，由实验测定。
对（3）式微分得： 2(q+qe)dq=Kdτ
(4)
用△τ/△q代替dτ/dq，在恒压条件下，用秒表和量筒分别测定一系列时间间隔△τi，和相应的滤液体积△Vi，可计算出一系列△τi、△qi、qi，在直角坐标系中绘制△τ/△q～q的函数关系，得一直线，斜率为2/K，截距为2qe/K，可求得K和qe，再根据τe=qe2/K，可得τe。
改变过滤压差△p，可测得不同的K值，由K的定义式两边取对数得：
lgK=(1-S)lg(△p)+lg(2k) (5)
在实验压差范围内，若k为常数，则lgK～lg(△p)的关系在直角坐标上应是一条直线，斜率为(1-S)，可得滤饼压缩性指数S，进而拟定物料特性常数k。
三、实验装置与流程
实验装置如图3-1所示：

图3-1 板框压滤机过滤流程
1-可移动框架 2-阀2 3-止回阀 4-压力料罐 5-玻璃视镜 6-压紧手轮 7-压力表 8-板框组
9-板框进口压力表 10-压力定值调节阀 12-阀10 13-阀9 14-配料槽15-指示尺
16-阀6 17-阀7 18-阀8 19-阀5 20-阀4 21-阀3 22-阀1

CaCO3的悬浮液在配料桶内配制一定浓度后，运用压差送入压力料槽中，用压缩空气搅拌，同时运用压缩空气将滤浆送入板框压滤机过滤，滤液流入量筒计量，压缩空气从压力料槽排空管排出。
板框压虑机的结构尺寸：框厚度11mm，过滤总面积 0.0471m2。
空气压缩机规格型号：V－ 0.08/8，最大气压0.8Mpa。
四、实验环节与注意事项
（一）实验环节：
1. 配制含CaCO38％～13％（wt%）的水悬浮液。
2. 启动空压机，打开阀2、阀3，关闭阀1阀4、阀5，将压缩空气通入配料槽，使CaCO3悬浮液搅拌均匀。
3. 对的装好滤板、滤框及滤布。滤布使用前用水浸湿。滤布要绷紧，不能起皱（注意：用螺旋压紧时，千万不要把手指压伤，先慢慢转动手轮使板框合上，然后再压紧）。
4. 等配料槽料液搅拌均匀后，关闭阀3，打开阀5及压力料槽上的排气阀，使料浆自动由配料桶流入压力料槽至其视镜2/3处，关闭阀5。
5. 打开阀4，通压缩空气至压力料槽，使容器内料浆不断搅拌。压力料槽的排气阀应不断排气，但又不能喷浆。
6. 调节压力料槽的压力到需要的值。重要依靠调节压力料槽出口处的压力定值调节阀来控制出口压力恒定，压力料槽的压力由压力表读出。压力定值阀已调好，从左到右分别为1#压力：0.1MPa；2#压力：0.2MPa；3#压力：0.3MPa。考虑各个压力值的分布，从低压过滤开始做实验较好。
7. 放置好电子天平，按下电子天平上的“on”开关，打开电子天平，将料液桶放置到电子天平上。打开并运营电脑上的“恒压过滤测定实验软件”，进入实验界面，做好准备工作，可以开始实验。
8. 做0.1MPa压力实验：并打开阀6、阀9及阀10开始加压过滤。等流量稳定期，单击实验软件上的“0.1MPa压力实验”按钮，进行0.1MPa压力实验，实验软件自动计算时间间隔内的过滤量并记录数据，存储到数据库中，以供数据解决软件之用。当实验数据组数做完后，软件自动停止。
9. 做0.2MPa压力实验：打开阀7、阀9及阀10开始加压过滤。等流量稳定期，单击实验软件上的“0.2MPa压力实验”按钮，进行0.2MPa压力实验。当实验数据组数做完后，软件自动停止。
10. 做0.3MPa压力实验：并打开阀8、阀9及阀10开始加压过滤。等流量稳定期，单击实验软件上的“0.3MPa压力实验”按钮，进行0.3MPa压力实验。当实验数据组数做完后，软件自动停止。
11. 实验完毕后打开数据解决软件进行数据解决。
12. 手动实验时每次实验应在滤液从汇集管刚流出的时候作为开始时刻，每次△V取800ml左右，滤液量可以由电子天平处读出。记录相应的过滤时间△τ及滤液量。每个压力下，测量8～10个读数即可停止实验。
13. 每次滤液及滤饼均收集在小桶内，滤饼弄细后重新倒入料浆桶内，实验结束后要冲洗滤框、滤板及滤布不要折，应用刷子刷。
（二）注意事项：
1．在夹紧滤布时，千万不要把手指压伤，先慢慢转动手轮使板框合上，然后再压紧。
2．滤饼及滤液循环下次实验可继续使用。
五、实验报告
实验数据列于表3-1中。计算结果列于表3-2中。
表3-1 实 验 数 据
△p＝1.0kg/cm2
△p＝1.5kg/cm2
△p＝2.0kg/cm2
△V（ml）
△τ（s）
△V（ml）
△τ（s）
△V（ml）
△τ（s）

表3-2 计 算 结 果
△p＝1.0kg/cm2
△p＝1.5kg/cm2
△p＝2.0kg/cm2
△q
（m3/m2）
△τ/△q
（sm2/m3）
q
（m3/m2）
△q
（m3/m2）
△τ/△q
（sm2/m3）
q
（m3/m2）
△q
（m3/m2）
△τ/△q
（sm2/m3）
q
（m3/m2）

表3-3 不同压力下的K值
△p（kg/cm2）
过滤常数K（m2/s）
1.0

1.5

2.0

实验八 传热系数测定
一、实验目的
1． 观测水蒸气在换热管外壁上的冷凝现象，并判断冷凝类型；
2． 测定空气（或水）在圆直管内强制对流给热系数；
3． 掌握热电阻测温的方法。
二、基本原理
对流传热系数可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定。由于<< ,所以传热管内的对流传热系数 热冷流体间的总传热系数 （W/m2·℃）
（1）
式中：—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；
—对数平均温差，℃。
对数平均温差由下式拟定：
（2）
式中：ti1，ti2—冷流体的入口、出口温度，℃；
tw—壁面平均温度，℃；
由于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 来表达，由于管外使用蒸汽，近似等于热流体的平均温度。
管内换热面积：
（3）
式中：di—内管管内径，m；