离心泵性能测定实验Word格式文档下载.docx
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水箱内的清水，自泵的吸入口进入离心泵，在泵壳内获得能量后，由出口排出，流经孔板流量计和流量调节阀后，返回水箱，循环使用。
同时，在流程中还安装了涡轮流量计，以其为标准，可以对孔板流量计的孔流系数进展校正。
本实验过程中，需测定液体的流量、离心泵进口和出口处的压力、以与电机的功率；
另外，为了便于查取物性数据，还需测量水的温度。
图一、离心泵流程图
1水箱2离心泵3涡轮流量计
4孔板流量计d=21mm5流量调节阀
2、操作说明：
⑴先熟悉流程中的仪器设备与与其配套的电器开关，并检查水箱内的水位，然后按下“离心泵〞按钮，开启离心泵；
⑵测定离心泵特性曲线，在恒定转数下用流量调节阀5调节流量进展实验，用涡轮流量计4计量流量，测取10组以上数据。
为了保证实验的完整性，应测取零流量时的数据；
⑶测定管路特性曲线，先将流量调节阀5固定在某一开度，利用变频器改变电机的频率，用以改变流量，用涡轮流量计4计量流量，测取8组以上数据〔在实验过程中，变频仪的最大输出频率最好不要超过50Hz，以免损坏离心泵和电机〕；
⑷测定不同转速下的离心泵扬程线，首先固定离心泵电机频率，通过调节流量调节阀5，测定该转速下的离心泵扬程与流量的关系。
然后，再改变频率，再通过调节流量调节阀5，测定此转速下的离心泵扬程与流量的关系。
就可以得到不同转速下离心泵的扬程随流量的变化关系。
⑸进展双泵的并联的实验时，其方法与测量单泵的特性曲线相似，只是流程上有所差异。
首先，将两台离心泵启动，打开离心泵连通阀，使1#设备与2#设备连通，调节1#或2#设备上的流量调节阀进展实验。
其他操作方法与单台泵一样。
此实验只能测定离心泵并联时的扬程与流量的关系，而不能测定离心泵并联时轴功率与效率与流量的关系。
注：
在离心泵实验中，测定管路特性曲线与不同转速下的离心泵扬程线必须使用变频器。
四、报告要求
1、画出离心泵的特性曲线，确定该泵较为适宜的工作X围。
2、绘出管路特性曲线
3、做出C0—Re曲线。
五、思考题
1、根据离心泵的工作原理，分析为什么离心泵启动前要灌泵？
在启动前为何要关闭调节阀？
2、试分析气缚现象与气蚀现象的区别。
3、从你所得的特性曲线中分析，如果要增加该泵的流量X围，你认为可以采取哪些措施？
流体流动阻力实验
6、掌握直管摩擦阻力系数的测量方法；
7、掌握突扩管与阀门的局部阻力系数的测定方法；
8、回归光滑管的λ—Re曲线，并与相应的经验公式进展比拟；
9、回归层流管的λ—Re曲线，并与相应的经验公式进展比拟〔选做内容〕；
不可压缩流体〔如水〕，在圆形直管中作稳定流动时，由于粘性和涡流的作用产生摩擦阻力；
流体在流过突然扩大和弯头等管件时，由于流体运动的速度和方向突然发生变化，产生局部阻力。
影响流体阻力的因素较多，在工程研究中，利用因次分析法简化实验，引入无因此数群：
雷诺数：
相对粗糙度：
ε/d
管路长径比：
l/d
可导出：
这样，可通过实验方法直接测定直管摩擦阻力系数与压头损失之间的关系：
因此，通过改变流体的流速可测定出不同Re下的摩擦阻力系数，即可得出一定相对粗糙度的管子的λ—Re关系。
在湍流区内，λ=f〔Re，ε/d〕，对于光滑管大量实验证明，当Re在3×
103至105的X围内，λ与Re的关系遵循Blasius关系式，即：
对于层流时的摩擦阻力系数，由哈根—泊谡叶公式和X宁公式，比照可得：
§
1流体阻力实验
图1实验流程图
1离心泵2水箱3电磁阀4涡轮流量计5管路切换阀
6稳流罐7测量管线8流量调节阀9层流流量调节阀
离心泵将水箱内的清水打入系统中，经孔板流量计计量后，通过管路切换阀门进入相应的测量管线，在管内的流动压头损失，可由压差传感器〔或倒U型压差计〕测量。
实验中，可以通过调节流量调节阀测定不同流量下的压头损失。
如图1所示，在设备中有7条横向排布的管线，自上而下分别为：
No1层流管，为φ6×
1.7mm的不锈钢管，管长1.2m；
No2球阀与截止阀，为φ27×
3.5mm的不锈钢管；
No3光滑管，为φ27×
3mm的不锈钢管，管长1.5m；
No4粗糙管，为φ27×
2.5mm的镀锌管，管长1.5m；
No5突然扩大管，为φ22×
3mm→φ48×
3mm的不锈钢管；
No6孔板流量计〔涡轮〕管线，为φ48×
3mm的不锈钢管。
图2管路测压连通器与倒U型压差计示意图
图2为管路测压连通器与倒U型压差计的示意图，其中a1，a2，……，f1，f2，分别与图1中的a1，a2，……，f1，f2相连接，假如要测某管路的压降，即打开与其相连的测压管线上的阀门，关闭其他管线上的阀门，如此压力传感器测量的压降即为该管路上的压降。
假如在流量为0时，压力传感器仪表上显示的数据不为0，如此有可能测压管线中有气体存在。
此时可以打开阀门v1，v2排气，直到将管线中的气体排净。
倒U型压差计的排气方法为：
在有流量下
1打开v3，v4，v5，v6，10—15秒；
2关闭v3，v4；
3打开v7，将倒U型压差计中的水排净；
4关闭v5，v6，v7；
5打开v3，v4；
6关闭流量，此时假如倒U型压差计中的差值为0，如此说明管线中的气已排净。
⑴先熟悉流程中的仪器设备与与其配套的电器开关，并检查水箱内的水位，然后开启离心泵；
⑵在实验开始前，系统要先排净气体，使液体连续流动。
首先，将流量切换阀和流量调节阀打开，将管路内的气体排净；
然后，开启测量面板上相应的压降切换阀，使倒U型压差计〔与压差传感器〕与系统相连，将测量管线内的气体排净；
最后，关闭流量调节阀，检查倒U型压差计两端的液面。
假如相平，如此可以开始实验，假如不平，如此需要重新排气〔如果倒U型压差计液面已调平，但压力传感器不在零点，如此可以修改仪表的Sc值，并调零〕；
⑶读取数据时，应注意稳定后再读数。
测量局部阻力系数时，各测取3组数据，对于直管，测取10组左右数据，层流管的流量用量筒与秒表测取；
⑷测完一套管路的数据后，关闭流量调节阀，再次检查倒U型压差计的液面是否相平。
然后重复以上步骤，测取其他管路的数据。
⑸装置具有自动补水功能，通过设置水箱液位仪表参数，可将水箱中液位的高度控制在一定X围内，见附录。
1、在双对数坐标纸上标绘出λ–Re-ε/d的关系曲线。
2、将光滑管的λ–Re关系与Blasius公式进展比拟。
3、计算局部阻力系数ξ。
４、在双对数坐标纸上绘出层流时的关系曲线〔选做〕。
五、思考题P63①②④⑤
1、在测量前为什么要将设备中的空气排净？
怎样才能迅速地排净？
2、在不同社备〔包括相对粗糙度一样而管径不同〕、不同温度下测定的λ–Re数据能否关联在一条曲线上？
3、如果要增加雷诺数的X围，可采取哪些措施？
4、计算实验装置中层流管层流时的最大流速能达到多少？
传热膜系测定实验
一、实验目的
1．掌握传热膜系数的测定方法；
2．测定强化与非强化传热过程中，传热膜系数准数关联式的系数A和指数m、n；
3．测定套管换热器的静压损失与雷诺准数的关系〔选做〕；
4．通过实验提高对传热膜系数准数关联式的理解，并分析影响传热膜系数的因素，了解工程上强化传热的措施。
二、根本原理
对流传热的核心问题是求算传热膜系数，当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形式为：
（4—1）
对于强制湍流而言，Gr准数可以忽略，故
（4—2）
本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关联式中的指数m、n和系数A。
用图解法对多变量方程进展关联时，要对不同变量Re和Pr分别回归。
本实验可简化上式，即取n＝0.4〔流体被加热〕。
这样，上式即变为单变量方程，在两边取对数，即得到直线方程：
（4—3）
在双对数坐标中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m。
在直线上任取一点的函数值代入方程中，如此可得到系数A，即：
（4—4）
用图解法，根据实验点确定直线位置有一定的人为性。
而用最小二乘法回归，可以得到最优关联结果。
应用微机，对多变量方程进展一次回归，就能同时得到A、m、n。
对于方程的关联，首先要有Nu、Re、Pr的数据组。
其准数定义式分别为：
实验中改变空气的流量以改变Re准数的值。
根据定性温度〔空气进、出口温度的算术平均值〕计算对应的Pr准数值。
同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数α值进而算得Nu准数值。
牛顿冷却定律：
（4—5）
式中：
α——传热膜系数，[W/m²
·
℃]；
Q——传热量，[W]；
A——总传热面积[m²
]。
Δtm——管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，[℃]
传热量可由下式求得：
（4—6）
W——质量流量，[kg/h]；
Cp——流体定压比热，[J/kg·
t1、t2——流体进、出口温度[℃]；
ρ——定性温度下流体密度，[kg/m³
]；
V——流体体积流量，[m³
/s]。
三、装置说明与操作
装置说明：
该装置为套管换热器〔见如下图〕，空气走内管，蒸汽走环隙，外管1½
〞玻璃管，内管为φ25×
2mm紫铜管，有效长度为1.25m。
空气进出口温度和壁温分别由铂电阻〔Pt100〕测量，测壁温的两支铂电阻用导热绝缘胶固定在管外壁，孔板流量计的压差通过压力传感器转换为电信号由表头显示,其单位为kPa。
孔板流量计的孔径d0=20mm。
蒸汽发生器的加热功率为1500w〔额定电压220v〕。
操作要点：
1、实验开始前，先熟悉配电箱各按钮与设备的对应关系，以便正确开启按钮；
2、检查蒸汽发生器中水位，使液位保持在1/2—2/3；
图一、套管式换热器实验设备流程图
1、蒸汽发生器2、蒸汽管3、补水口4、补水阀5、排水阀
6、套管换热器7、放气阀8、冷凝水回流管9、空气流量调节阀
10、压力〔压差〕传感器11、孔板流量计12、空气管13、风机
3、打开总电源开关与仪表开关；
4、实验开始时，关闭蒸汽发生器补水阀，接通蒸汽发生器的加热电源，打开排放不凝气阀门〔有一点开度即可〕；
5、待蒸汽产生后，开启风机〔风机阀门不要长时间关闭〕，将空气流量控制在某一定值。
待进出口温度、壁温稳定后，记录进出口温度、壁温和压差〔压力〕读数。
改变空气流量〔8—10次〕，重复实验，记录数据；
6、强化传热，在上述实验完成后，将强化元件插入铜管中，再改变空气流量〔4-5次〕并记录数据；
7、实验完毕后，先停蒸汽发生器电源，再停风机，清理现场。
须知事项：
1、蒸汽发生器液位一定不要太低，以免烧损加热器；
2、风机不要在出口阀关闭下长时间运行；
3、不凝气排放阀在实验过程中应始终微开；
4、调节空气流量时，要做到心中有数，为保证湍流状态，孔板流量计压差可在30—300mmH2O之间调节；
5、切记每改变一个流量后，应等到数据稳定后再测取数据。
4、在双对数坐标系中绘出Nu/Pr—Re的关系图。
5、整理出流体在圆管内做强制湍流流动的传热膜系数半经验关联式。
6、将实验所得到的半经验关联式和公认的关联式进展比拟。
1、本实验中管壁温度应接近蒸汽温度还是空气温度？
为什么？
2、管内空气流速对传热膜系数有何影响？
当空气流速增大时，空气离开热交换器时的温度将升高还是降低？
3、如果采用不同压强的蒸汽进展实验，对α的关联有无影响？
附录一孔板流量计的计算公式与参数
1．孔板流量计计算公式
V=C1RC2
V：
流量，单位m3/h
R：
孔板压差，单位kPa
2．孔板流量计参数
C1
C2
氧解吸实验
一、实验目的与任务：
1、熟悉填料塔的构造与操作。
2、观察填料塔流体力学状况，测定压降与气速的关系曲线。
3、掌握总传质系数Kxa的测定方法并分析影响因素。
4、学习气液连续接触式填料塔，利用传质速率方程处理传质问题的方法。
5、两种不同填料的传质性能比拟〔选做〕。
本装置先用吸收柱将水吸收纯氧形成富氧水后〔并流操作〕，送入解吸塔顶再用空气进展解吸，实验需测定不同液量和气量下的解吸总传质系数Kxa，并进展关联，得到Kxa=ALa·
Vb的关联式，同时对四种不同填料的传质效果与流体力学性能进展比拟。
本实验引入了计算机在线数据采集技术，加快了数据记录与处理的速度。
1、填料塔流体力学特性：
气体通过干填料层时，流体流动引起的压降和湍流流动引起的压降规律相一致。
在双对数坐标系中，此压降对气速作图可得一斜率为1.8～2的直线〔图中aa线〕。
当有喷淋量时，在低气速下〔c点以前〕压降也正比于气速的1.8～2次幂，但大于同一气速下干填料的压降〔图中bc段〕。
随气速的增加，出现载点〔图1中c点〕，持液量开始增大，压降-气速线向上弯，斜率变陡〔图中cd段〕。
到液泛点
〔图中d点〕后，在几乎不变的气速下，压降急剧上升。
2、传质实验：
填料塔与板式塔气液两相接触情况不同。
在填料塔中，两相传质主要是在填料有效湿外表上进展，需要计算完成一定吸收任务所需填料高度，其计算方法有：
传质系数法、传质单元法和等板高度法。
本实验是对富氧水进展解吸。
由于富氧水浓度很小，可认为气液两相的平衡关系服从亨利定律，即平衡线为直线，操作线也是直线，因此可以用对数平均浓度差计算填料层传质平均推动力。
整理得到相应的传质速率方式为：
其中
相关的填料层高度的根本计算式为：
即
，
GA—单位时间内氧的解吸量[Kmol/h]
Kxa—总体积传质系数[Kmol/m3•h•Δx]
VP—填料层体积[m3]
Δxm—液相对数平均浓度差
x1—液相进塔时的摩尔分率〔塔顶〕
xe1—与出塔气相y1平衡的液相摩尔分率〔塔顶〕
x2—液相出塔的摩尔分率〔塔底〕
xe2—与进塔气相y2平衡的液相摩尔分率〔塔底〕
Z—填料层高度[m]
Ω—塔截面积[m2]
L—解吸液流量[Kmol/h]
HOL—以液相为推动力的传质单元高度
NOL—以液相为推动力的传质单元数
由于氧气为难溶气体，在水中的溶解度很小，因此传质阻力几乎全部集中于液膜中，即Kx=kx,由于属液膜控制过程，所以要提高总传质系数Kxa，应增大液相的湍动程度。
在y—x图中，解吸过程的操作线在平衡线下方，本实验中还是一条平行于横坐标的水平线〔因氧在水中浓度很小〕。
备注：
本实验在计算时，气液相浓度的单位用摩尔分率而不用摩尔比，这是因为在y—x图中，平衡线为直线，操作线也是直线，计算比拟简单。
三、装置说明与操作：
1．根本数据：
解吸塔径Φ=0.1m，吸收塔径Φ=0.032m，填料层高度0.8m〔陶瓷拉西环、陶瓷波纹板、金属波纹丝网填料〕和0.83m〔金属θ环〕。
填料参数：
瓷拉西环
金属θ环
12×
1.3[mm]
10×
0.1[mm]
at=403[m2/m3]
at—540[m-1]
ε=0.764[m3/m3]
ε—
at/ε=903[m2/m3]
2．实验流程：
图2是氧气吸收解吸装置流程图。
氧气由氧气钢瓶供应，经减压阀2进入氧气缓冲罐4，稳压在0.03～0.04[Mpa],为确保安全，缓冲罐上装有安全阀6，由阀7调节氧气流量，并经转子流量计8计量，进入吸收塔9中，与水并流吸收。
含富氧水经管道在解吸塔的顶部喷淋。
空气由风机13供应，经缓冲罐14，由阀16调节流量经转子流量计17计量，通入解吸塔底部解吸富氧水，解吸后的尾气从塔顶排出，贫氧水从塔底经平衡罐19排出。
自来水经调节阀10，由转子流量计17计量后进入吸收柱。
由于气体流量与气体状态有关，所以每个气体流量计前均有表压计和温度计。
空气流量计前装有计前表压计23。
为了测量填料层压降，解吸塔装有压差计22。
在解吸塔入口设有入口采出阀12，用于采集入口水样，出口水样在塔底排液平衡罐上采出阀20取样。
两水样液相氧浓度由9070型测氧仪测得。
图2、氧气吸收与解吸实验流程图
1、氧气钢瓶9、吸收塔17、空气转子流量计
2、氧减压阀10、水流量调节阀18、解吸塔
3、氧压力表11、水转子流量计19、液位平衡罐
4、氧缓冲罐12、富氧水取样阀20、贫氧水取样阀
5、氧压力表13、风机21、温度计
6、安全阀14、空气缓冲罐22、压差计
7、氧气流量调节阀15、温度计23、流量计前表压计
8、氧转子流量计16、空气流量调节阀24、防水倒灌阀
3．操作要点
①、流体力学性能测定
（1）测定干填料压降时，塔内填料务必事先吹干。
（2）测定湿填料压降
a.测定前要进展预液泛，使填料外表充分润湿。
b.实验接近液泛时，进塔气体的增加量要减小，否如此图中泛点不容易找到。
密切观察填料外表气液接触状况，并注意填料层压降变化幅度，务必让各参数稳定后再读数据，液泛后填料层压降在几乎不变气速下明显上升，务必要掌握这个特点。
稍稍增加气量，再取一、两个点即可。
注意不要使气速过分超过泛点，防止冲破和冲跑填料。
（3）注意空气转子流量计的调节阀要缓慢开启和关闭，以免撞破玻璃管。
②、传质实验
（1）氧气减压后进入缓冲罐，罐内压力保持0.03～0.04[Mpa],不要过高，并注意减压阀使用方法。
为防止水倒灌进入氧气转子流量计中，开水前要关闭防倒灌阀24，或先通入氧气后通水。
（2）传质实验操作条件选取
水喷淋密度取10～15[m3/m2•h]，空塔气速0.5～0.8[m/s]氧气入塔流量为0.01～0.02[m3/h]，适当调节氧气流量，使吸收后的富氧水浓度控制在≤19.9[ppm]。
（3）塔顶和塔底液相氧浓度测定：
分别从塔顶与塔底取出富氧水和贫氧水，用测氧仪分析各自氧的含量。
〔测氧仪的使用见附录〕
（4）实验完毕，关闭氧气时，务必先关氧气钢瓶总阀，然后才能关闭减压阀2与调节阀8。
检查总电源、总水阀与各管路阀门，确实安全后方可离开。
1、计算并确定于填料与一定喷淋量下的湿填料在不同空塔气速下，lg△P与lgu的关系曲线，并找出泛点与载点。
2、计算实验条件下〔一定喷淋量、一定空塔气速〕的液相体积总传质系数Kxa与液相总传质单元高度HOL。
1、阐述干填料压降线和湿填料压降线的特征。
2、工业上，吸收在低温、加压下进展，而解析在高温、常压下进展，为什么？
3、为什么易溶气体的吸收和解吸属于气膜控制过程，难溶气体的吸收和解吸属于液膜控制过程？
2．孔板流量计计算公式
①空气：
V=A1RA2
V：
R：
②孔板流量计参数
金属θ环填料塔：
A1=18.5；
A2
陶瓷拉西环填料塔：
A1=20.4；
附录二：
溶氧仪使用说明书
标定：
1、确定标定室海绵湿润，将探头插入标定室；
2、打开仪器，预热15～20分钟；
3、同时按“▲〞和“▼〞两键，进入标定菜单；
4、按“Mode〞键至“%〞显示在屏幕右侧，然后按“←┛〞键；
5、输入海拔高度〔1代表100英尺〕，按“←┛〞键；
6、主屏幕读数稳定后，再按“←┛〞键；
7、输入盐度〔0～70ppt，假如为淡水，输入0即可〕,先按“←┛〞键，再按“Mode〞键至mg/l显示在屏幕右侧，完成标定。
测量：
1、开启磁力搅拌器，液体流速约16cm/s；
2、将探头插入待测液中，液面超过不锈钢段5mm；
3、读数稳定后，记录数据。
1、维护电极，清洗探头，更换电解液等；
2、不用时将探头放入海绵标定室/保存室
精馏实验
一、实验目的：
1、测定精馏塔在全回流条件下的全塔效率与单板效率；
2、测定精馏塔在局部回流条件下的全塔效率；
3、测定精馏塔在全回流条件下塔体浓度〔温度〕分布；
4、测定再沸器的传热膜系数〔选做〕。
在板式精馏塔中，由塔釜产生的蒸汽沿塔逐板上升与来自塔顶逐板下降的回流液，在塔板上实现屡次接触，进展传热与传质，使混合液达到一定程度的别离。
回流是精馏操作得以实现的根底。
塔顶回流量与采出量之比，称为回流比。
回流比是精馏操作的重要参数之一，其大小影响着精馏操作的别离效果和能耗。
回流比存在两种极限情况：
最小回流比和全回流。
板效率是表现塔板性能与操作状况的主要参数，有两种定义方法：
1、总板效率E
N
E=——
Ne
2、单板效率Eml
xn-1-xn
Eml=——————
xn-1-xn*
总板效率与单板效率的数值通常由实验测定。
单板效率是评价塔板性能优劣的重要数据，物系性质、板型与操作负荷是影响单板效率的重要因素。
总板效率反映全塔各塔板的平均别离效果，常用于板式塔设计中。
三、装置与流程：
1、简介：
本装置精馏塔为筛板塔，共有12块塔板。
塔身的结构尺寸为：
塔内径为50mm，塔板间距为80mm，溢流管截面积为80mm2，溢流堰高为12mm，底隙高度为5mm，每块塔板上开有直径为1.5mm的小孔，正三角形排列，孔间距为6mm。
除7、8板外，每块塔板上都有液相取样口。
为了便于观察塔板上的气液接触状况，在7与8板间设有一节玻璃视盅。
蒸馏釜的尺寸φ108×
4×
22，管外走蒸汽，管内走冷却水〔
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