化工原理实验讲义
(两个演示实验+实验Ⅰ+实验Ⅱ)
本学期开设八个实验，即实验Ⅰ+实验Ⅱ，请同学们在实验之前做好预习工作，其中，干燥速率曲线的测定实验需要综合预习实验四、五。请班长或者学习委员将本班学生按照学号分为四组进行实验。 吕老师：流量计+过滤； 张老师：干燥+吸收； 孙老师：流阻+离心泵； 马老师：传热+精馏；
演示实验：
实验一 雷诺演示实验
一、实验目的和任务
1．观察流体在管内流动的两种不同流型，建立层流和湍流流动型态的感性认识； 2．熟悉雷诺准数的测定和计算方法；
3．测定临界雷诺数，熟悉流动类型与雷诺准数之间的关系； 4．了解层流时流体在管道中的速度分布情况； 5．了解溢流装置的作用，正确判断稳流。
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示：
Re?du??
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，观察在不同雷诺准数下流体流型的变化，一般认为Re<2000时，流动型态为层流；Re>4000时。流动为湍流；2000 三、实验装置与流程 实验装置如图1所示。主要由玻璃试验导管、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，然后开启泵的出口阀及流量计后的调节阀。水由稳压溢流水槽流经试验导管、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，注入试验导管。细孔玻璃注射管(或注射针头)位于试验导管人口的轴线部位。 四、实验操作 1.层流流动类型 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 7-溢流水槽 8-红墨水贮瓶 9-红墨水喷针 10-玻璃试验导管 11-低位贮水槽排污阀 试验时，先少许开启凋节阀，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试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，在试验导管的轴线上，就可观察到一条平直的红色细流，好象一根拉直的红线一样。 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，以确保试验导管内的流体始终为稳定流动。可观察到：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，红色细流的波动程度也随之增大，最后断裂成一段段的红色细流。当流速继续增大时，红墨水进入试验导管后。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。 五、思考题 1、影响流动形态的因素有哪些？ 2、如果管子是不透明的，不能直接观察管中的流动形态，你可以用什么办法来判断管子中流动的形态？ 3、有人说可以只用流速来判断管子中的流动形态，流速低于某一个具体数据时是层流，否则是湍流，这种看法对吗？在什么条件下可以只由流速来判断流动形态？ 4、研究流动形态有何意义？ 实验二 流体能量转换(柏努利)演示实验 一、实验目的和任务 1、加深对能量转化概念的理解； 2、观察流体流经扩大管、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交换时，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 gZ1?P1P121?u12?gZ2?2?u2??Hf?2?2J?kg?1(1)程中能量恒算方程来描述，即： 式中：gz——每千克质量流体具有的位能，J/kg； u22——表示每千克质量流体具有的动能，J/kg； p ?——表示每千克质量流体具有的压强能，J/kg； ?H f——表示每千克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 2p1u12p2u2z1???H?z2????hf mm水柱 （2） ?g2g2g2g 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 ρ － 流体的密度，kg · m – –1 ； 3 ； –1 ?hf—流动系统内因阻力造成的能量损失，J · kg ； H—流动系统内因阻力造成的压头损失，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2-1所示，本实验装置主要由实验导管、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，沿程分四处设置压管。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。