《化工原理實驗》（阻力、離心泵、過濾）（總分100分）

一選擇題（每空2分，共30分）

1流體流過轉(zhuǎn)子流量時的壓強降隨其流量增大而C

A增大B減少C不變D不確定

2U型壓差計不可能測出的值為D

A表壓B真空度C壓強差D絕對壓

3在不同條件下測定直管摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)的數(shù)據(jù)，能否關(guān)聯(lián)在同一條曲線上D

A能B不能C只有溫度相同時才能D只有管粗糙度相等時才能。

4以水作實驗流體所測得的直管阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系適用于—A

A牛頓型流體B只有液體流體C任何流體D只有水本身

5當管子放置的角度或水流方向改變時，流速不變，其能量損失C

A增大B減少C不變D不確定

6離心泵在恒定轉(zhuǎn)速下的揚程與流量（H-Q）曲線為己知，現(xiàn)增大轉(zhuǎn)速，此時。線會

—A

A上移B下移C不變D不確定

7在一輸送系統(tǒng)中，改變離心泵出口閥門開度，不會影響什么C

A管路特性曲線B管路所需壓頭C泵的特性曲線D泵的工作點

8恒壓過濾時過濾速率隨過程的進行而不斷B

A加快B減慢C不變

9用板框壓濾機恒壓過濾某一濾漿（濾渣為不可壓縮，且忽略介質(zhì)阻力），若過濾時間相同，要

使其得到的濾液量增加一倍的方法有A

A將過濾面積增加一倍B將過濾壓差增加一倍C將濾漿溫度到高一倍

10枚框壓濾機組合時應(yīng)將板、框按工順序置于機架上。

A123123123....B123212321....C3121212....3

11從流體靜力學(xué)基本方程了解到U型管壓力計測量其壓強差是A

A與指示液密度、液面高度有關(guān)，與U形管粗細無關(guān)

B與指示液密度、液面高度無關(guān)，與U形管粗細有關(guān)

C與指示液密度、液面高度無關(guān)，與U形管粗細無關(guān)

12流體流動時產(chǎn)生摩擦阻力的根本原因是一C

A流動速度大于零B管邊不夠光滑C流體具有黏性

13離心泵銘牌上所標的性能參數(shù)是指時的值。

A工作點B最高效率C最大揚程D最大功率

14離心泵的調(diào)節(jié)閥開大時，則B

A吸入管路的阻力損失不變B泵出口的壓力減小

C泵入口處真空度減小D泵工作點的揚程升高

15過濾操作中濾液流動遇到阻力是一C

A過濾介質(zhì)阻力B濾餅阻力C過濾介質(zhì)和濾餅阻力之和

二填空（每空2分，共30分）

1在流動阻力實驗中，高位槽必須保持溢流狀態(tài)，以確保水位恒定；測定前需對管

路排氣，其目的是流體連續(xù)。

2在測定離心泉特性曲線的實驗中，離心泉在啟動前需灌泵，實驗中，隨著流量

的增大，真空表的讀數(shù)將增大,出口壓力表的讀數(shù)減小o

3過濾實驗中，過濾壓力始終維持在0.1MPa恒定不變,洗滌壓力與過濾壓力

相等。

4流體流動的阻力實驗是測定和Re的關(guān)系。

5離心泵開動以前必須充滿液體是因為空氣的密度遠比液體的

±

防止發(fā)生氣縛現(xiàn)象。

6離心泵是一種液體輸送機械，它借助于泵的葉輪高速旋轉(zhuǎn)，使充滿在泵體

內(nèi)的液體在離心力的的作用下，從葉輪中心被甩至邊緣，

在此過程中液體獲得能量，提高了靜壓能。

7某板框壓濾機的框的尺寸為：長X寬X摩=810mmx810mmx25mm,若該機有10塊框,其

過濾面積約為13.12n?。

三簡答題（每題5分，共40分）

1啟動離心泵前，為什么必須關(guān)閉泵的出口閥門？

答：有離心泵特性曲線知，流量為零時，軸功率最小，電動機負荷最小，不會過載燒毀線圈。

2作離心泵特性曲線測定時，先要把泵體灌滿水以防止氣縛現(xiàn)象發(fā)生，而阻力實驗對泵灌水卻

無要求，為什么？

答：阻力實驗水箱中的水位遠高于離心泵，由于靜壓強較大使水泵泵體始終充滿水，所以不需

要灌水。

3假設(shè)將本實驗中的工作介質(zhì)水換為理想流體，各測壓點的壓強有何變化？為什么？

答：壓強相等，理想流體u=0,摩擦阻力F=0,沒有能量消耗，當然不存在壓強差。

2+2

Zi+Pi/pg+ui/2g=Z2P2/pg+u2/2g;

,**d.=d2U]—U2又二'％]=Z2（水平管）/.p）-p2

4離心泵送液能力，為什么可以通過出口閥調(diào)節(jié)改變？往復(fù)泵的送液能力是否也可采用同樣的

調(diào)節(jié)方法？為什么？

答：離心泵送液能力可以通過調(diào)節(jié)出口閥開度來改變管路特性曲線，從而使工作點改變。往復(fù)

泵是正往移泵流量與揚程無關(guān)。若把出口堵死，泵內(nèi)壓強會急劇升高，照成泵體，管路和電機

的損壞。

5正常工作的離心泵，在其進口管上設(shè)置閥門是否合理，為什么？

答：不合理。因為水從水池或水箱輸送到水泵靠的是液面上的大氣壓與泵入口處真空度產(chǎn)生的

壓強差，將水從水箱壓入泉體，由于進口管，安裝閥門，尢疑增大這一段管路的阻力而使流體

無足夠的壓強差實現(xiàn)這一流動過程。

6k么叫恒壓過濾？它與真空度有什么關(guān)系？

答：恒壓過濾是在恒定壓強差下進行的過濾。恒壓過濾時，濾餅不斷變厚致使阻力逐漸增加，但

因推動力作恒定，因而過濾速率逐漸變小。恒壓過濾，系統(tǒng)真空度不變，因只有這樣壓強差才能

恒定。

7恒壓過濾時，隨著過濾時間的增加，過濾速率如何變化？

答：因為隨著時間的推移，濾餅不斷變厚致使阻力逐漸增加，因而過濾速率逐漸變小。

8/算2/K時，在直線上取點的位置與計算結(jié)果有無關(guān)系？為什么？

答：無關(guān)系?！?△q=2q/k+2朱/k是--條直線，斜率為直線確定后，該線斜率是定值。

四、實驗報告

換熱器對流傳熱系數(shù)的測定

（1）實驗?zāi)康?/p>

1了解列管式換熱器的結(jié)構(gòu)和流體的流程，學(xué)會換熱器的操作方法；

2掌握總傳熱系數(shù)K和空氣對流傳熱系數(shù)a的測定方法；

3觀察、掌握空氣流速對傳熱系數(shù)的影響，學(xué)會用線性回歸法確定準數(shù)關(guān)聯(lián)式

中常數(shù)月的值。

（2）實驗原理

1總傳熱系數(shù)的測定

列管式換熱器是工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的間壁式換熱設(shè)備，由殼體、管束、管板、封頭、擋

板等主要部件組成。冷、熱流體分別流過換熱器的管程和殼程，通過管束的側(cè)面積進行熱量交

換而完成加熱或冷卻任務(wù)。衡量一個換熱過程傳熱性能好壞的指標是換熱器的總傳熱系數(shù)K

值。

換熱器的總傳熱系數(shù)值可以通過實驗測定。根據(jù)傳熱基本方程，換熱器的傳熱速率等于其

總傳熱系數(shù)從總傳熱面積S和平均傳熱溫度差的乘積：

Q=KSb<

式中:Q——換熱器單位時間內(nèi)傳遞的熱量，W；

S一—換熱器所提供的總傳熱面積，m2；

A/m一—換熱器中冷熱流體的對數(shù)平均傳熱溫度差，℃。

所以，只要測定了一個換熱器的傳熱速率。、傳熱面積S和平均傳熱溫度差△*，就可以計算

出該換熱器的總傳熱系數(shù)長值。而在換熱器中，如果忽略熱損失，傳熱速率在理論上應(yīng)該等于

熱流體的放熱速率，也等于冷流體的吸熱速率，即：

Q=Qh=Qc

式中：a——熱流體的放熱速率，w；

Q——冷流體的吸熱速率，W。

所以，在保溫良好、熱損失可以忽略的換熱浴中，可以通過測定熱流體的放熱速率或冷流

體的吸熱速率來計算傳熱速率。根據(jù)熱力學(xué)基本原理，對于沒有相變的換熱系統(tǒng)，熱流體放熱

速率可由下式計算：

冷流體吸熱速率可由下式計算：

)

式中：黑---熱流體的質(zhì)量流量，kg/s(必二KPh)；

必---冷流體的質(zhì)量流量，kg/s；

C.一一熱流體的平均恒壓比熱容，kj/(kg-℃)；

c；c一一冷流體的平均恒壓比熱容，kJ/(kg?℃)；

￡一—熱流體的進口溫度，℃；

12——熱流體的出口溫度，℃；

6一一冷流體的進口溫度，℃;

友一一冷流體的出口溫度，°C。

在本實驗中，采取空氣-水間壁傳熱系統(tǒng)來測定換熱器的總傳熱系數(shù)和空氣的對流傳熱膜

系數(shù)，由于在實驗條件下水的平均恒壓比熱容(約4.2kJ/(kg-℃))遠遠大于空氣的平均恒

壓比熱容(約lkj/(kg?℃)),所以在相同的溫度計測溫精度下，空氣的放熱速率的計算精

度要比水的吸熱速率的計算精度高約4倍，而且在本實驗中熱空氣走管程，幾乎可以不用考慮

熱損失的影響，故在本實驗中，選擇測定空氣的放熱速率來作為換熱器的傳熱速率，即：

總傳熱系數(shù)的計算公式為：

式中：冷、熱流體的對數(shù)平均溫差，c

因?qū)嶒炈褂玫氖菃螝こ?、二管程的換熱器，所以:

M

Atm按逆流流動形式計算的對數(shù)平均傳熱溫差，℃

△4

17J―八

In———-

4一乙

(Pn傳熱溫差的修正系數(shù)「無因次1,由尸，〃兩參數(shù)根據(jù)安德伍德(Underwood)

和鮑曼(Bowman)提出的圖算法查取:

尸二

12Tl

2空氣對流傳熱膜系數(shù)的測定

對于冷熱流體通過間壁的換熱過程，根據(jù)傳熱學(xué)的原理，傳熱過程由熱流體而壁面的對流

傳熱、間壁的固體熱傳導(dǎo)和壁面對冷流體的對流傳熱三個過程組成。則總傳熱熱阻為這三個步

驟的傳熱熱阻之和，即：

K。4%Sma.S,

當管壁熱阻和壁厚可以忽略時，總熱阻為冷熱兩種流體對流傳熱熱阻之和:

K°&a

當冷熱兩種流體的對流傳熱系數(shù)4和6相差很大時，對流傳熱系數(shù)較大一側(cè)流體的熱阻

可以忽略，即：—,從而K。pa小，在此種情況下，總傳熱系數(shù)約等于對流給熱系數(shù)

K*a小

較小一側(cè)流體的對流給熱系數(shù)。

在本實驗的情況下，空氣與水通過列管式換熱器的間壁進行換熱，

a空氣（?）＜＜口水（a。），所以可以近似認為K,由此求出空氣側(cè)的傳熱膜系數(shù)4。

3準數(shù)關(guān)聯(lián)式

由于薪流傳熱過程十分復(fù)雜，影響因素很多，目前尚不能通過解析法得到對流傳熱系數(shù)的

關(guān)聯(lián)式，通常是在大量實驗的基礎(chǔ)上找到影響對流傳熱系數(shù)的主要因素，再通過因次分析得到

準數(shù)關(guān)聯(lián)式的一般式。

當流體無相變時，圓管內(nèi)流體對流傳熱系數(shù)準數(shù)方程的一般形式為：

Nu=AReBPrn

式中：Nu=-f努塞爾特準數(shù)，無因次；

Re=4吆，雷諾準數(shù)，無因次；

八一一流體導(dǎo)熱系數(shù)，W/m?℃；

d.——圓管內(nèi)徑，m；

〃----流體黏度，Pa?s；

Pi一一流體的普蘭德準數(shù)，無因次。

流體的物性〃、丸、分等由定性溫度確定，定性溫度為換熱器進出口流體溫度的算術(shù)平

均值。流體被冷卻時，77=0.3；被加熱時/尸0.4。在本實驗中，空氣被冷卻，77=0.3。

Nu

變換空氣的流量，測定一組不同空氣流量下的Re、Nu,以對He在雙對數(shù)坐標

P1

圖中做圖，得到一條直線，直線的斜率為昆截距為上

4空氣的流量

空氣的流量用轉(zhuǎn)子流量計測定。轉(zhuǎn)子流量計的刻度是用20℃、101.3kpa的空氣進行標定

的。實驗測定時，空氣的溫度、壓力與上述標定條件不同，應(yīng)作換算：

夕2（夕f一旦）

0”2=QviPixQv\\JP\P2=Qv\—

RV/〃2

式中：01一一轉(zhuǎn)子流量計示值，id/h；

S2一—使用狀態(tài)下空氣的體積流量，nf/h；

0——標定狀態(tài)下空氣的密度，kg/m3；

0一一使用狀態(tài)下空氣的密度，kg/m3；

?！D(zhuǎn)子所用材料的密度，kg/m\

Pi-----標定狀態(tài)下的壓強，101.3kpa；

P>----使用狀態(tài)下的壓強，kpa：

T\——標定狀態(tài)下的溫度，K；

%一—使用狀態(tài)下的溫度，K；

電——使用狀態(tài)下空氣的質(zhì)量流量，kg/ho

孫---摩爾質(zhì)量，kg/kmol

R——通用氣體常數(shù)，其值為8.314kJ/（kmoLK）

（3）實驗裝置

如圖所示，整套裝置主要由氣泵、緩沖罐、空氣預(yù)熱器和列管式換熱器組成，并配有溫

度控制儀、測溫儀表及流量計。實驗物系為自來水和空氣，自來水經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計計量后進入換

熱器的殼程，空氣經(jīng)氣泵、緩沖罐，并經(jīng)過轉(zhuǎn)子流量計計量后進入預(yù)熱器，加熱到預(yù)定溫度后

進入換熱器的管程。空氣的流量由旁路閥調(diào)節(jié)，換熱器的管程、殼程進出口分別裝有溫度計，

以測量空