仿真试验.docx

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仿真试验

第五章仿真实验

实验仿真软件介绍

下面以流体阻力系数测定实验为例，介绍东方仿真软件共有的系统功能，包括菜单的功能和内容，一些共有设备的调节方法。

主菜单界面如下图所示：

主界面的菜单分两部分，包括左侧菜单（图中1,4号方框所圈部分），和下方菜单（图中2,3号方框所圈部分）。

左侧菜单为系统调用菜单，用于调用主界面以外的其他窗口，包括“实验指导，实验操作，数据处理，教学课件，素材演示”五项，下面做分别介绍：

——实验讲义相关内容，包括实验原理，设备介绍，计算公式，以及注意事项等；

——详细的操作指导，相当于一般Windows程序的帮助文件，可按F1键调出；

——数据处理窗口，包括数据的记录、计算，曲线绘制或公式回归等内容；

——与实验内容相关的教学课件，采用开放式设计，教师可以用自己制作的课件代替，具体方法在后面第三章介绍；

——真实设备的照片、录像等素材的演示；

要启动以上某个窗口，将鼠标移动到以上相应项目上点击左键即可。

下方菜单为系统功能菜单，包括一些系统的设置以及一些实验的功能，有“自动记录，记录授权，思考题，声音控制，打印设置，退出”六项，下面分别加以介绍：

——自动记录，可以自动记录下当前的实验数据，储存在数据处理的原始数据部分，但需要在授权中心获得授权；

——参数设置，可以修改当前实验的设备参数或实验条件，但需要在授权中心获得授权；

——思考题，与实验有关的标准化试题测试以及实验操作的评分，采用开放式设计，教师可以加入自己编的思考题，具体方法在后面第三章介绍；

——网络控制，可通过连接教师站获得实验配置信息、提交实验报告；

——授权中心，用于向用户提供各种权利的授权；

——退出，退出实验到实验菜单（实验上篇或实验下篇）。

要使用以上功能，将鼠标移动到相应的项目上，菜单左侧的说明框（图中方框3所圈部分）会出现文字说明，点击鼠标左键即可。

一．数据处理的使用

点击左侧菜单中的数据处理，弹出数据处理窗口：

可在原始数据窗口中直接填入数据，如使用自动记录功能，系统会自动填入数据。

数据计算：

填好数据后，如果不采用“自动计算”功能，则可以在原始数据页找到计算所需的参数，如果要使用“自动计算”功能，在相应的计算结果页点击“自动计算”即可，数据即可自动计算并自动填入。

如图所示。

特性曲线绘制：

计算完成后，如上图所示在曲线页点击“开始绘制”即可根据数据自动绘制出曲线。

二．实验报告

1．点击数据处理窗口下面一排按钮中的“打印”按钮，即可调出实验报表窗口。

2．点击数据处理窗口下面一排按钮中的“保存”按钮，可保存原始数据到磁盘文件，

并可点击“读入”按钮读入该数据文件。

三．电源开关的使用

实验设备的电源开关有两种，如下面两图所示：

左边一种要接通电源用鼠标左键点击开关上的绿色按钮，关闭电源时用鼠标左键点击红色按钮。

右边一种现在处于关闭状态，要打开时用鼠标左键点击，关闭时再次点击即可。

四．阀门的调节

阀门是实验过程中经常要调节的设备，下面介绍它的调节方法，点击可调节的阀门会出现阀门调节窗口，如下图所示：

图中方框

显示数字为阀门开度，范围是0~100。

要增加开度，用鼠标左键点击

，每次增加5开度，要减少开度，用鼠标左键点击

，每次减小5开度。

也可以在开度显示框中直接输入所需的开度，然后在窗口内用鼠标右键点击关闭窗口即可。

注意，如果用鼠标左键点击窗口右上角的“X”关闭窗口，则输入的开度将不会被应用。

另外，如果输入的开度小于0，按0计，大于100，按100计。

五．压差计读数

实验中的压差计在设备图中都比较小，用鼠标左键点击即可放大，如下图所示（右键点击恢复）：

压差计中的介质有很多种，颜色各不相同，为了便于读数，我们把介质的颜色统一为红色，但是其中的介质种类要以具体实验为准。

用鼠标拖动滚动条可以读取压差计两边的液柱高度，即可得到两边液柱高度差，进而求得压差。

实验一流量计的校核实验仿真

一．实验原理

1．孔板流量计的结构原理

在管路上装有一块孔板，孔板两侧接测压管，分别与U型压差计相连接。

孔板流量计是利用流体通过锐孔的节流作用，使流速增大，压强减小，造成孔板前后压强差，作为测量的依据。

若管路直径为d1，孔板锐孔直径为d0，流体流经孔板后所形成缩脉的直径为d2，流体密度为ρ。

在界面I，Ⅱ处即孔板前测压导管处和缩脉处的速度，压强分别为u1，u2与p1，p2，根据柏努利方程式，不考虑能量损失可得：

或

由于缩脉的位置随流速的变化而变化，截面积S2又难以知道，而孔口的面积却是知道的，测压口的位置在设备制成后也不改变，因此，用孔板孔径处的u0来代替u2，又考虑到流体因局部阻力而造成的能量损失，并用校正系数C来校正。

则有：

对于不可压缩流体，根据连续性方程式又有：

则经过整理后可得：

令

则又可以简化为：

根据u0和S2即可算出流体的体积流量：

[m3/s]

或

[m3/s]

式中：

R—U型压差计的读数，[m]；

—压差计中指示液的密度，[kg/m3]；

C0—孔流系数，它由孔板锐孔的形状，测压口的位置，孔径与管径比和雷诺准数共同决定，具体数值由实验确定。

当d1/d2一定，Re准数超过某个数值后，C0就接近于定值。

一般在工业上定型孔板流量计都规定在C0为常数的流动条件下使用。

二．实验设备流程

设备参数：

计量桶面积：

1m2

管道直径：

30mm

孔板开孔直径：

20mm

三．实验操作

第一步：

灌泵

因为离心泵的安装高度在液面以上，所以在启动离心泵之前必须进行灌泵。

因为本实验的重点在流量计，而不是离心泵，所以对灌泵进行了简化，如图所示，只要调节灌泵阀开度大于0，等待10秒以上，然后关闭，系统就会认为已经完成了灌泵操作。

第二步：

开泵

灌泵工作完成后，点击电源开关的绿色按钮接通电源，就可以启动离心泵，并开始工作。

第三步：

启动离心泵后，调节主调节阀的开度为100，即可建立流动，如图所示。

第四步：

读取数据

用鼠标左键点击标尺，即可调出标尺的读数画面，先记录下液面的初始高度。

鼠标右键点击可关闭标尺画面。

然后用鼠标左键点击活动接头，即可把水流引向计量槽，可以看到液面开始上升，同时计时器会自动开始计时。

当液面上升到一定高度时，鼠标左键点击活动接头，将其转到泄液部分，同时计时器也会自动停止。

此时记录下液面高度和计时器读数。

用鼠标左键点击压差计，用鼠标拖动滚动条，读取压差。

第五步：

记录数据

鼠标左键点击实验主画面左边菜单中的“数据处理”，可调出数据处理窗口，点击原始数据页，按标准数据库操作方法在正U型压差计和倒U型压差计两栏中分别填入从正U型压差计和倒U型压差计所读取的数据。

也可在用点击“打印数据记录表”键所打印的数据记录表中记录数据。

注意：

如果您使用自动记录功能，则当您点击“自动记录”键时，数据会被自动写入而不需手动填写。

为了更好的表现孔流系数C0在Re比较小时随Re的变化，我们把实验中的流量定得很低，以获得较小的Re。

另外，一般流量计校验实验是在孔流系数几乎不变的范围内测定多次取平均值，以得到C0，而不采用C0随Re的变化关系。

因此，如果用手动记录数据和计算，就会出现很大的误差，用自动计算可以得到比较好的结果。

第六步：

记录多组数据

调节主调节阀的开度以改变流量，然后重复上述第4——5步，为了实验精度和回归曲线的需要，至少要测10组数据。

记录完毕后进入数据处理。

四．数据处理

第一步：

记录原始数据

如果您使用“自动记录”功能或已经将数据记录在数据库内，则可以跳过此步，如果您是将数据记录在用点击“打印数据记录表”键所打印的数据记录表内，请您参阅数据记录将所有数据填入数据库。

第二步：

数据计算

如果要使用“自动计算”功能，在相应的计算结果页点击“自动计算”即可，数据即可自动计算并自动填入数据库。

第三步：

曲线绘制

计算完成后，在曲线页点击“开始绘制“即可根据数据自动绘制出曲线。

五．思考题

1．孔板流量计的孔流系数与流动形态的关系如何？

实验二丙酮填料吸收塔实验仿真

一．实验原理及计算公式

1．实验原理

填料塔是一种应用广泛、结构简单的气液传质设备。

本试验所用的吸收塔塔身由透明玻璃管制成，两端面磨光，且与中心线垂直。

塔径φ41X3，塔身高度600mm，填料为瓷质拉西环，填料层高度390mm，填料尺寸6X6X1mm。

填料塔操作时，混合气体由下而上呈连续相通过填料层孔隙，液体则沿填料表面流下，形成相际接触界面并进行传质。

实验装置包括空气输送，空气和丙酮鼓泡接触以及吸收剂供给和气液两相在填料塔中逆流接触等部分组成。

来自空气压缩机的空气，经压力定值器定值在0.03Mpa左右，并经转子流量计计量后，再经空气加热器加热到8-15oC（T1），进入鼓泡器使空气和液体丙酮.鼓泡接触，带有丙酮蒸汽的空气（温度变为T2）进入填料塔的底部，和自塔顶喷下温度为T3的水逆流接触，被吸收掉大部分丙酮后，从塔顶排出。

塔顶的水来自液体衡压槽，经转子流量计计量，再经水加热器加热到10-20oC，进入填料塔吸收空气中丙酮后，温度变为T4，流入吸收液储槽。

T1、T2、T3、T4均使用热电偶测量，用温度显示仪表显示出来。

仿真实验忽略流体通过管道而产生的热损失，即空气离开丙酮.鼓泡器时的温度（T2）与进入填料塔时的温度相同；同样，水离开加热器的温度与自填料塔顶喷下时的温度相同。

组分的浓度使用气相色谱仪表和数据处理器测量，自动显示。

2．计算公式

利用全塔物料衡算，平衡关系和吸收速率方程求取逆流时Kya及η

（1）标准状态下空气摩尔流量：

（kmol/h）

T——室温，试验中取293K

P大气——大气压，试验中取760mmHg

V空计——空气流量，m3/h

（2）水的摩尔流量：

（kmol/h）

L水计——水流量，l/h

——水密度，g/l

（3）摩尔吸收量：

（4）对数平均浓度差：

（5）总体积传质系数：

（kmol/m3·h）

DT——吸收塔内径，m

H——填料层高度，m

（6）回收率：

二．操作步骤

实验的主界面如下图所示，包括主界面左边的主菜单和下方的菜单。

菜单各项的功能与前面的试验保持一致。

1．进入实验后，显示如上图所示的主界面。

试验开始时，用鼠标左键点击右边的绿色开关启动空气压缩机（绿灯亮表示空气压缩机已开启）。

如下图所示：

点击图中的控制面板显示其放大的图：

用鼠标左键点击控制面板上红线所圈的部分，就会出现这个部分放大的窗口，各部分所对应的仪器如下：

1、气动压力定值器2、空气转子流量计3、空气加热器4、水转子流量计

5、水加热器6、温度显示器7、加热电源总开关

2．点击控制面板7号位置，弹出加热电源总开关画面，点击左下的绿色开关打开加热电源（绿灯亮）。

3．在主界面点击吸收塔顶部，出现出口调节阀画面，将其打开到一定开度。

4．到控制面板点击4号位置，出现水转子流量计画面。

鼠标左键点击转子流量计下面的黑色调节旋钮增加开度（旋钮顺时针转动），右键点击减小开度（旋钮逆时针转动）。

适当调节旋钮开度大小使水转子流量计流量在2-8升/时：

5．到控制面板点击5号位置，出现水加热器画面（见下页图所示）：

用鼠标左键点击圆形旋钮使其顺时针旋转（用鼠标右键点击使旋钮逆时针旋转），调节加热电源电压到88伏特左右，加热水到10-20℃（T3）。

点击控制面板6号位置，用温度显示器可查看水温。

点击温度显示器下的一排红色按钮可查看对应的温度，从左到右依次为：

T1、T2、T3、T4，单位为摄氏度。

如图所示：

6．在控制面板1号位置点击鼠标左键，出现气动压力定值器窗体，用鼠标左键点击右边黑色旋钮增加空气压力调节阀开度（可观察到旋钮顺时针旋转），用鼠标右键点击减少空气压力调节阀开度，同时左边的压力表实时显示空气压力大小。

调节适当的开度使气动压力定值器上压力表读数为0.03Mpa。

7．到控制面板点击2号位置，出现空气转子流量计画面，操作方法同水转子流量计，使空气流量为200-800升/时。

然后到控制面板点击3号位置，用和调节水温度相同的方法调节空气加热器使空气温度为8-15℃（T1）。

8．当空气和水的流量和温度都稳定后，在主界面用鼠标点击填料塔塔身或者底部弹出对话框显示塔顶和塔底的组份和气液两相温度，要求塔底入口混合气体中丙酮的含量在10-18%左右，如果达不到要求可适当微调空气加热器温度或空气的流量，直到满足要求为止。

9．再次等到空气和水的流量和温度都稳定，读取塔顶和塔底的组分和温度（T3、T4），以及水和空气的流量，气动压力定值器读数。

点击控制面板6号位置弹出温度显示器画面，记录水与空气的温度：

T1、T2、T3、T4。

10．点击左侧菜单的“数据处理”进入数据处理单元进行数据处理。

详见“四、数据处理”。

11．改变水温重复第8-11步。

12．改变水流量重复第8-11步。

13．实验完毕后，先关空气加热器，再关水加热器，（将加热器的白色旋钮调到OFF位置），再打开加热电源开关画面，点击右下的红色按钮断开加热电源（红灯亮），如图所示：

14．过一分钟后，回到主界面，点击空气压缩机红色按钮，关闭空气压缩机（红灯亮）；

15．最后关空气压力调节阀和水流量调节阀。

四．数据处理

1。

点击左边菜单“实验数据”，弹出数据处理窗口，在此可填写实验的原始数据（如果使用自动记录功能，数据则已自动填写完毕）。

2。

点击上方的计算结果，则出现计算结果画面。

点击“自动计算”则自动计算出当前一组数据所对应的结果。

3．点击上方的操作曲线，则出现操作曲线画面。

点击“绘制曲线”按钮，则自动绘制出当前数据所对应的操作曲线。