化工原理实验指导书.docx

《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
2011.3

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，其关系可由流动过程中能量恒算方程来描述，即：
式中：——每千克质量流体具有的位能，J/kg；
——表示每千克质量流体具有的动能，J/kg；

——表示每千克质量流体具有的压强能，J/kg；

——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
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；
—流动系统内因阻力造成的能量损失，J·kg–1；
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1-1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。

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15-储水箱6-实验导管7-循环泵8-进口调节阀29-水箱放水调节阀310-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，再经过一个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，然后依次开启出口阀和调节阀，水由低位储水箱被送入稳压溢流水箱。流经试验导管后再返回低位储水箱中。流体流量可由试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，将泵的出口阀和试验导管出口的调节阀全部关闭，系统内的液体处于静止状态。此时，可观察到：试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，将泵出口阀逐渐开启，调节流量至溢流水箱中有足够的溢流水溢出。缓慢地开启试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。可观察到：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于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认识和工程实际上的应用。
外形尺寸：900×700mm挂壁镜框式。三、实验装置组成：本装置主要由平衡杯、反应器、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应模型，平衡杯与反应器底部相连，并利用平衡杯的位置高低来调节反应器内的液位，使液面上方产生不同的压强。反应器顶部装有一个放空阀和两个测压口，试验前，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，液面达反应器高度的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