20XX食品工程原理实验指导书.docx

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20XX食品工程原理实验指导书

20XX食品工程原理实验指导书

　　实验一离心泵特性测定实验

　　一、实验目的

　　1．熟悉离心泵的工作原理和操作方法；

　　2.掌握离心泵特性曲线的测定和表示方法，加深对离心泵的了解。

　　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Q之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。

于泵内部流动情况复杂，不能用理论方法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。

　　三、实验步骤及注意事项

　　1．实验步骤：

　　灌泵：

清理水箱中的杂质，然后加装实验用水。

通过灌泵漏斗给离心泵灌水，直到排出泵内气体。

　　开泵：

检查各阀门开度和仪表自检情况，试开状态下检查电机和离心泵是否正常运转。

开启离心泵之前先将出口流量调节闸阀V2关闭，当泵达到额定转速后方可逐步打开此出口阀。

　　实验时，通过调节闸阀V2以增大流量，待各仪表读数显示稳定后，读取10组相应数据。

离心泵特性实验主要获取实验数据为：

流量Q、泵进口压力p1、泵出口压力p2、电机功率N电、泵转速n，及流体温度t和两测压点间高度差H0。

　　关闭泵的出口阀，再关闭泵开关及仪表电源，最后关闭电源开关，停机；同时记录下设备的相关数据。

　　2．注意事项：

　　一般每次实验前，均需对泵进行灌泵操作，以防止离心泵气缚。

同时注意定期对泵进行保养，防止叶轮被固体颗粒损坏。

　　泵运转过程中，勿触碰泵主轴部分，因其高速转动，可能会缠绕并伤害身体接触部位。

不要在出口阀关闭状态下长时间使泵运转，一般不超过三分钟，否则泵中液体循环温度升高，易生气泡，使泵抽空。

　　四、数据处理与分析

　　1．记录实验原始数据

　　实验日期：

　　实验人员：

　　学号：

　　离心泵型号＝　　，额定流量＝　　，额定扬程＝　　，额定功率＝泵进出口测压点高度差H0=　　，流体温度t＝　　实验次数123456800140020XX260032003800流量QL/h泵进口压力p1kPa　　泵出口压力p2kPa　　电机功率N电kW　　泵转速nr/m　　2．根据原理部分的公式，按比例定律校合转速后，计算各流量下泵的扬程、轴功率和效率，如下表实验次数1234567

　　3．分别绘制一定转速下的H～Q、N～Q、η～Q曲线。

4．分析实验结果，判断泵最为适宜的工作范围。

　　流量Qm3/h　　扬程H　　m　　轴功率N　　kW　　泵效率η%五、思考题

　　1．试从所测实验数据分析，离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门？

2．启动离心泵之前为什么要引水灌泵？

　　3．为什么用泵的出口阀门调节流量？

这种方法有什么优缺点？

是否还有其他方法调节流量？

4．泵启动后，出口阀如果不开，压力表读数是否会逐渐上升？

为什么？

　　实验二流体流动阻力测定实验

　　一、实验目的

　　1．掌握流体流动阻力的测定方法。

　　2．测定流体流经直管的摩擦系λ，流体流经管件时的局部阻力系数。

3．学会倒U形压差计的使用方法。

　　二、基本原理

　　流体通过直管、管件和阀门等组成的管路系统时，于粘性剪应力和涡流应力的存在，不可避免地要消耗一定的机械能。

这种机械能消耗包括直管阻力和局部阻力。

流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。

流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。

在工程设计中，流体流动阻力的测定或计算，对于确定流体输送所需推动力的大小，例如泵的功率、液位等，选择适当的输送条件都有不可或缺的作用。

　　三、实验装置与实验步骤

　　1－水箱；2－离心泵；3－进口压力表；4－双金属温度计；5－出口压力表；6－玻璃转子流量计；7－局部阻力管；8－电气控制柜；9－光滑管；10－均压环；11－倒U型差压计；12－粗糙管；13－管路选择球阀f1、f2、f3；14－局部管上的闸阀V1；15－引压管；16-出口流量调节闸阀V2

　　图1实验装置流程示意图

　　1．泵启动：

首先对水箱进行灌水，然后关闭出口阀V2，打开总电源和仪表开关，启动水泵，待电机转动平稳后，把出口阀V2缓缓开到最大。

　　2.实验管路选择：

选择实验管路，把对应的进口阀f1、f2、f3打开，在出口阀最大开度下，保持全流量流动2-3min，进行排气操作至管内流程的流体无气泡存在。

　　3．流量调节：

调节出口流量调节闸阀V2,然后开启相应管路的选择阀f1、f2、f3，调节流量，让流量从1到4m3/h范围内变化，建议每次实验变化/h左右。

每次改变流量，待流动达到稳定后，记下对应流量下的的压差值。

　　4．计算：

装置确定时，根据P和u的实验测定值，可计算λ和。

5．实验结束：

关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，清理装置。

　　四、数据处理与分析（部分数据在附表1中给出）

　　1原始数据记录

　　实验日期：

　　实验人员：

　　学号：

　　温度：

　　直管基本参数：

光滑管径　　粗糙管径　　局部阻力管径　　实验序号流量光滑管压差读数左侧800140020XX260032003800　　右侧　　粗糙管压差读数左侧　　右侧　　带阀门管的压差读数左侧　　右侧　　1234562数据处理

　　实验序号123456流量光滑管压差ΔP1　　粗糙管压差ΔP2　　带阀门管的压差ΔP0　　3．计算。

　　2u根据局部阻力计算公式hf2p计算阀门的阻力系数；

　　lu2根据直管阻力计算公式hf计算光滑管和粗糙管的摩擦系数λ。

d2管内径实验流量序号操作温度下流速流体的密度阀门的阻力ΔP阀门的阻（=ΔP0-ΔP1×95/100）p力系数　　光滑管摩擦系数λ　　粗糙管摩擦系数λ　　123456　　平均值　　

　　五、思考题

　　1．如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响　　2．在不同水温下进行测定，对λ和

　　附表1

　　管内径名称局部阻力光滑管粗糙管　　

　　材质管路号闸阀不锈钢管镀锌铁管管内径95100100测量段长度1A1B1C　　

　　实验三空气-蒸汽传热系数测定

　　一、实验目的

　　1、了解间壁式传热元件，掌握给热系数测定的实验方法。

　　2、掌握热电阻测温的方法，观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象。

　　3、学会给热系数测定的实验数据处理方法，了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。

　　二、基本原理

　　在工业生产过程中，大量情况下，冷、热流体系通过固体壁面进行热量交换，称为间壁式换热。

达到传热稳定时，有

　　Qm1cp1T1T2m2cp2t2t11A1TTWM2A2tWtmKAtmTTWm－热流体与固体壁面的对数平均温差，℃；tWtm－固体壁面与冷流体的对数平均温差，℃；

　　K－以传热面积A为基准的总给热系数，W/（m2℃）；tm－冷热流体的对数平均温差，℃；

　　当在套管式间壁换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以冷空气进行对流传热系数测定实验时，则可得内管内壁面与冷空气的对流传热系数。

　　2m2cp2t2t1A2tWtM

　　理论上，只要在实验中测定紫铜管的壁温tw1、tw2；冷空气或水的进出口温度t1、t2；实验用紫铜管的长度l、内径d2，A2d2l；和冷流体的质量流量，即可计算2。

　　然而，直接测量固体壁面的温度，尤其管内壁的温度，实验技术难度大，而且所测得的数据准确性差，带来较大的实验误差。

因此，通过测量相对较易测定的冷热流体温度来间接推算流体与固体壁面间的对流给热系数就成为人们广泛采用的一种实验研究手段。

　　Km2cp2t2t1Atm

　　实验测定m2、t1、t2、T1、T2、并查取t平均式计算得总给热系数K。

　　1t1t2下冷流体对应的cp2、换热面积A，即可上2然后，再通过近似法求算对流给热系数2

　　以管内壁面积为基准的总给热系数与对流给热系数间的关系为。

　　bddd11RS22RS122K2dmd11d1　　

　　式中：

d1－换热管外径，m；

　　d2－换热管内径，m；

　　dm－换热管的对数平均直径，m；

　　b－换热管的壁厚，m；

　　－换热管材料的导热系数，W/（m℃）；

　　RS1－换热管外侧的污垢热阻，m2KW；RS2－换热管内侧的污垢热阻，m2KW。

　　用本装置进行实验时，管内冷流体与管壁间的对流给热系数约为几十到几百；而管外为蒸汽冷凝，冷凝给热系数1可达~左右，因此冷凝传热热阻较为清洁，因此换热管外侧的污垢热阻RS1d2可忽略，同时蒸汽冷凝1d1d2也可忽略。

实验中的传热元件材料采用紫铜，导热系数d1bd2为K，壁厚为，因此换热管壁的导热热阻可忽略。

若换热管内侧的污垢热阻

　　dmRS2也忽略不计，则式得。

　　2K　　

　　此可见，被忽略的传热热阻与冷流体侧对流传热热阻相比越小，此法所得的准确性就越高。

　　三、实验装置与流程

　　1．实验装置

　　1—风机；2—冷流体管路；3－冷流体进口调节阀；4—转子流量计；5—冷流体进口温度；6—不凝性气体排空阀；7—蒸汽温度；8—视镜；9—冷流体出口温度；10—压力表；11—水汽排空阀；12—蒸汽进口阀；13—冷凝水排空阀；14—蒸汽进口管路；15—冷流体出口管路；

　　图4-1空气-水蒸气换热流程图

　　2．设备与仪表规格

　　紫铜管规格：

直径φ21×，长度L=1000mm外套不锈钢管规格：

直径φ100×5mm，长度L=1000mm铂热电阻及无纸记录仪温度显示全自动蒸汽发生器及蒸汽压力表

　　四、实验步骤与注意事项

　　1．实验步骤

　　打开控制面板上的总电源开关，打开仪表电源开关，使仪表通电预热，观察仪表显示是否正常。

在蒸汽发生器中灌装清水，开启发生器电源，水泵会自动将水送入锅炉，灌满后会转入加热状态。

　　到达符合条件的蒸汽压力后，系统会自动处于保温状态。

　　打开控制面板上的风机电源开关，让风机工作，同时打开冷流体进口阀，让套管换热器里充有一

　　定量的空气。

　　打开冷凝水出口阀，排出上次实验余留的冷凝水，在整个实验过程中也保持一定开度。

注意开度

　　适中，开度太大会使换热器中的蒸汽跑掉，开度太小会使换热不锈钢管里的蒸汽压力过大而导致不锈钢管炸裂。

　　在通水蒸汽前，也应将蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水排除，否则夹带冷凝水的蒸汽

　　会损坏压力表及压力变送器。

具体排除冷凝水的方法是：

关闭蒸汽进口阀门，打开装置下面的排冷凝水阀门，让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走，当听到蒸汽响时关闭冷凝水排除阀，方可进行下一步实验。

　　开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽阀的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐充满系统中，使系

　　统“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，防止不锈钢管换热器因突然受热、受压而爆裂。

上述准备工作结束，系统也处于“热态”后，调节蒸汽进口阀，使蒸汽进口压力维持在0.01MPa。

　　可通过调节蒸汽发生器出口阀及蒸汽进口阀开度来实现。

　　通过调节冷空气进口阀来改变冷空气流量，在每个流量条件下，均须待热交换过程稳定后方可记

　　录实验数值，一般每个流量下至少应使热交换过程保持5分钟方为视为稳定；改变流量，记录不同流量下的实验数值。

　　记录6～8组实验数据，可结束实验。

先关闭蒸汽发生器，关闭蒸汽进口阀，关闭仪表电源，待

　　系统逐渐冷却后关闭风机电源，待冷凝水流尽，关闭冷凝水出口阀，关闭总电源。

待蒸汽发生器为常压后，将锅炉中的水排尽。

　　2．注意事项

　　先打开水汽排空阀，注意只开一定的开度，开的太大会使换热器里的蒸汽跑掉，开的太小会

　　使换热不锈钢管里的蒸汽压力增大而使不锈钢管炸裂。

　　一定要在套管换热器内管输以一定量的空气后，方可开启蒸汽阀门，且必须在排除蒸汽管线

　　上原先积存的凝结水后，方可把蒸汽通入套管换热器中。

　　刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽进口阀的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐加热。

　　“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，以防止不锈钢管因突然受热、受压而爆裂。

操作过程中，蒸汽压力一般控制在以下，否则可能造成不锈钢管爆裂。

确定各参数时，必须是在稳定传热状态下，随时注意蒸汽量的调节和压力表读数的调整。

　　五、实验报告

　　1、计算冷流体给热系数的实验值

　　六、思考题

　　1、实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响

　　2、实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响？

如何及时排走冷凝水？

　　实验一离心泵特性测定实验

　　一、实验目的

　　1．熟悉离心泵的工作原理和操作方法；

　　2.掌握离心泵特性曲线的测定和表示方法，加深对离心泵的了解。

　　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Q之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。

于泵内部流动情况复杂，不能用理论方法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。

　　三、实验步骤及注意事项

　　1．实验步骤：

　　灌泵：

清理水箱中的杂质，然后加装实验用水。

通过灌泵漏斗给离心泵灌水，直到排出泵内气体。

　　开泵：

检查各阀门开度和仪表自检情况，试开状态下检查电机和离心泵是否正常运转。

开启离心泵之前先将出口流量调节闸阀V2关闭，当泵达到额定转速后方可逐步打开此出口阀。

　　实验时，通过调节闸阀V2以增大流量，待各仪表读数显示稳定后，读取10组相应数据。

离心泵特性实验主要获取实验数据为：

流量Q、泵进口压力p1、泵出口压力p2、电机功率N电、泵转速n，及流体温度t和两测压点间高度差H0。

　　关闭泵的出口阀，再关闭泵开关及仪表电源，最后关闭电源开关，停机；同时记录下设备的相关数据。

　　2．注意事项：

　　一般每次实验前，均需对泵进行灌泵操作，以防止离心泵气缚。

同时注意定期对泵进行保养，防止叶轮被固体颗粒损坏。

　　泵运转过程中，勿触碰泵主轴部分，因其高速转动，可能会缠绕并伤害身体接触部位。

不要在出口阀关闭状态下长时间使泵运转，一般不超过三分钟，否则泵中液体循环温度升高，易生气泡，使泵抽空。

　　四、数据处理与分析

　　1．记录实验原始数据

　　实验日期：

　　实验人员：

　　学号：

　　离心泵型号＝　　，额定流量＝　　，额定扬程＝　　，额定功率＝泵进出口测压点高度差H0=　　，流体温度t＝　　实验次数123456800140020XX260032003800流量QL/h泵进口压力p1kPa　　泵出口压力p2kPa　　电机功率N电kW　　泵转速nr/m　　2．根据原理部分的公式，按比例定律校合转速后，计算各流量下泵的扬程、轴功率和效率，如下表实验次数1234567

　　3．分别绘制一定转速下的H～Q、N～Q、η～Q曲线。

4．分析实验结果，判断泵最为适宜的工作范围。

　　流量Qm3/h　　扬程H　　m　　轴功率N　　kW　　泵效率η%五、思考题

　　1．试从所测实验数据分析，离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门？

2．启动离心泵之前为什么要引水灌泵？

　　3．为什么用泵的出口阀门调节流量？

这种方法有什么优缺点？

是否还有其他方法调节流量？

4．泵启动后，出口阀如果不开，压力表读数是否会逐渐上升？

为什么？

　　实验二流体流动阻力测定实验

　　一、实验目的

　　1．掌握流体流动阻力的测定方法。

　　2．测定流体流经直管的摩擦系λ，流体流经管件时的局部阻力系数。

3．学会倒U形压差计的使用方法。

　　二、基本原理

　　流体通过直管、管件和阀门等组成的管路系统时，于粘性剪应力和涡流应力的存在，不可避免地要消耗一定的机械能。

这种机械能消耗包括直管阻力和局部阻力。

流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。

流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。

在工程设计中，流体流动阻力的测定或计算，对于确定流体输送所需推动力的大小，例如泵的功率、液位等，选择适当的输送条件都有不可或缺的作用。

　　三、实验装置与实验步骤

　　1－水箱；2－离心泵；3－进口压力表；4－双金属温度计；5－出口压力表；6－玻璃转子流量计；7－局部阻力管；8－电气控制柜；9－光滑管；10－均压环；11－倒U型差压计；12－粗糙管；13－管路选择球阀f1、f2、f3；14－局部管上的闸阀V1；15－引压管；16-出口流量调节闸阀V2

　　图1实验装置流程示意图

　　1．泵启动：

首先对水箱进行灌水，然后关闭出口阀V2，打开总电源和仪表开关，启动水泵，待电机转动平稳后，把出口阀V2缓缓开到最大。

　　2.实验管路选择：

选择实验管路，把对应的进口阀f1、f2、f3打开，在出口阀最大开度下，保持全流量流动2-3min，进行排气操作至管内流程的流体无气泡存在。

　　3．流量调节：

调节出口流量调节闸阀V2,然后开启相应管路的选择阀f1、f2、f3，调节流量，让流量从1到4m3/h范围内变化，建议每次实验变化/h左右。

每次改变流量，待流动达到稳定后，记下对应流量下的的压差值。

　　4．计算：

装置确定时，根据P和u的实验测定值，可计算λ和。

5．实验结束：

关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，清理装置。

　　四、数据处理与分析（部分数据在附表1中给出）

　　1原始数据记录

　　实验日期：

　　实验人员：

　　学号：

　　温度：

　　直管基本参数：

光滑管径　　粗糙管径　　局部阻力管径　　实验序号流量光滑管压差读数左侧800140020XX260032003800　　右侧　　粗糙管压差读数左侧　　右侧　　带阀门管的压差读数左侧　　右侧　　1234562数据处理

　　实验序号123456流量光滑管压差ΔP1　　粗糙管压差ΔP2　　带阀门管的压差ΔP0　　3．计算。

　　2u根据局部阻力计算公式hf2p计算阀门的阻力系数；

　　lu2根据直管阻力计算公式hf计算光滑管和粗糙管的摩擦系数λ。

d2管内径实验流量序号操作温度下流速流体的密度阀门的阻力ΔP阀门的阻（=ΔP0-ΔP1×95/100）p力系数　　光滑管摩擦系数λ　　粗糙管摩擦系数λ　　123456　　平均值　　

　　五、思考题

　　1．如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响　　2．在不同水温下进行测定，对λ和

　　附表1

　　管内径名称局部阻力光滑管粗糙管　　

　　材质管路号闸阀不锈钢管镀锌铁管管内径95100100测量段长度1A1B1C