化工原理实验思考题答案.docx
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化工原理实验思考题答案
化工原理实验思考题
实验一：
柏努利方程实验
1.关闭出口阀，旋转测压管小孔使其处于不同方向（垂直或正对
流向），观测并记录各测压管中的液柱高度H并回答以下问题：
（1）各测压管旋转时，液柱高度H有无变化？
这一现象说明了什么？
这一高度的物理意义是什么？
答：
在关闭出口阀情况下，各测压管无论如何旋转液柱高度H无任何变化。
这一现象可通过柏努利方程得到解释：
当管内流速u=0时动压
2
头H动—0，流体没有运动就不存在阻力，即艺hf=O,由于流体保持
2
静止状态也就无外功加入，既ve=o,此时该式反映流体静止状态见
（P31）。
这一液位高度的物理意义是总能量（总压头）。
（2）A、B、C、DE测压管内的液位是否同一高度？
为什么？
答：
A、B、C、D、E测压管内的液位在同一高度（排除测量基准和人为误差）。
这一现象说明各测压管总能量相等。
2.当流量计阀门半开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观
察其的液位高度H并回答以下问题：
（1）各H值的物理意义是什么？
答：
当测压管小孔转到正对流向时H值指该测压点的冲压头H冲；当测压管小孔转到垂直流向时H值指该测压点的静压头H静；两者之间的差值为动压头H动胡冲-H静。
（2）对同一测压点比较H与H各值之差，并分析其原因答：
对同一测压点H>H值，而上游的测压点H值均大于下游相邻测压点H值，原因显然是各点总能量相等的前提下减去上、下游相邻测压点之间的流体阻力损失艺hf所致。
（3）为什么离水槽越远H与H差值越大？
（4）答：
离水槽越远流体阻力损失艺hf就越大，就直管阻力公式可
I2
以看出Hf-—与管长I呈正比。
d2
3.当流量计阀门全开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察
2222
其的液位高度H土比土b恥止Hf丄L计算流量计阀门半开和
222d2
全开A点以及C点所处截面流速大小。
答：
注：
A点处的管径d=（m）;C点处的管径d=（m）
A点半开时的流速：
UA半
Vs4
0.084
0.135
（m/s）
3600
d
I23600C
）.01452
A点全开时的流速：
UA全
Vs4
0.164
0.269
（m/s）
3600
d2
36000.01452
C点半开时的流速：
Uc半
Vs
4
0.08
4
0.1965
（m/s）
3600
d23600
0.0122
C点全开时的流速：
UC全
Vs
4
0.16
4
0.393
（m/s）
3600
d23600
0.0122
实验二:
雷诺实验
1.根据雷诺实验测定的读数和观察流态现象，列举层流和湍流临界雷诺准数的计算过程，并提供数据完整的原始数据表。
答：
根据观察流态，层流临界状态时流量为90（l/h）
体积流量：
9010325105（3/）
Vs2.510（m/s）
3600
流速：
Vs2.51054
u-牙0.1514（m/s）
A0.0145
雷诺准数：
Redu0.01450.1514998.731973
1.111103
根据观察流态，
湍流临界状态时流量为174（l/h）
体积流量：
3
Vs174104.83105（m3/s）
3600
流速：
5
uVs4.8310240.29269（m/s）
A0.01452
雷诺准数：
cdu0.01450.29269998.73
Re33815
1.11110
同理，根据雷诺实验测定的读数计算其余各点的流量、流速和雷诺准数如原始数据表所述。
2.根据实验观察到的流态，层流和湍流临界雷诺准数值与公认值有无差距？
原因何在？
答：
略有差距。
主要原因在于实验设备测量精度和测量稳定性不高，其次是流态显色墨水的注入量控制不当以及人为干扰产生的震动等。
3.根据雷诺准数表示式，你认为在什么条件下可以只用流速来判断流动型态（如层流、湍流）？
答：
根据雷诺准数的四个影响因素：
d、u、p、卩可知，在同一台实
验装置（即管径d，且管子不变），水的温度不变（即水的密度和黏度不变）以及测试的人为环境不变时，可以依据前次的实验结果判断流态。
实验三管道流体阻力的测定
1.测得水银一水差压计的读数为Rf（mHg,证明Rf与阻力的关系
为：
H=•g（J/kg）
答：
设环境温度为20C，水银的密度pHg=13590（kg/m3）水的密度p
H2（=（kg/m3）
证明如下：
HfABRfg13590998.2Rfg12.6Rfg
b998.2
2.紧靠孔板流量计前后测得的压差，是否代表流体通过流量计的永
久阻力损失？
为什么？
答：
测得的压差不代表流体通过流量计的永久阻力损失。
流量计测得的压差△P一方面由流体流经孔板产生的永久阻力APi，另一方面由
流体流经孔板的流速变化也将产生一定的阻力△F2O
3.实验装置各压差计上的“平衡阀”（旁通阀）有何作用？
在什么状况下进行开启或关闭操作？
答：
平衡阀用以调节压差计两臂液柱的平衡。
在实验装置启动运行或
结束实验时，平衡阀应该处在开启状态；在实验装置检验系统内空气
是否排净或测量阻力数据是平衡阀应该处在关闭状态。
4.根据管道流体阻力测定的读数，列举1米直管在某一流量下的阻
力H和摩擦系数入;在某一流量下的局部阻力H'和局部阻力系数
Z的计算过程，并提供数据完整的实验结果表及用双对数坐标绘制一
3
pHg13950kg/mp
pH2Okg/m
般湍流区内入〜Reu~R关系曲线。
答：
计算条件差压计指示液及水的密度:
3
cci41596kg/m
实验温度20C
实验装置提供的有关系数:
n=
求实验装置流量最大时一米直管的流体阻力H；摩擦系数入
值。
求实验装置流量最大时两米直管内，截止阀的局部阻力Hf;局部
阻力系数Z值
t（C）
d（m
L1（m）
L2（m）
20
实验
条件
阻力实验结果图表2007年10月25日
R（cmHg）
u（m/s）
Rf1（cmCCI4）
Hf1（J/kg）
Rf2（cmHg）
Hf2（J/kg）
p（kg/m3）
u（cp）
Re
Z
5.如何检验实验装置中的空气已经排净
答：
排空气操作后，在离心泵运行的状态下，关闭管路中的流量调节
阀和各压差计上的平衡阀，观察各压差计上的读数为0是时，表示系
统内的空气已经排净。
实验四离心泵特性曲线的测定
1.根据离心泵特性曲线实验所测定的读数，列举某一流量q（m/s）
下的实际扬程H；轴功率N；总效率n的计算过程，并提供数据完整的原始数据、计算结果表和绘制H—QN-Q；n—Q特性曲线图。
答：
计算条件：
进出口压力、真空表间的垂直距离hc=（m）；按
n传=1计
进出口管内径d1=（md2=（m
根据电机编号1194的效率n与电机输入功率（W曲线图，查得电机效率n电（%数据表你列如下。
计算示例：
功率
a.
1二格数1XC=48X40=1920
（W
计算结果表你列如下。
cd：
U1Q-
4
5.8167103
2.304103
4
3‘
3.2m/s
U2
d12
4
5.816710
4
9.6110
103
He1gggg
总1
7.71m3/s
1534.08W
N
16.99.815.8167
1534.08
62.86%
同理其他数据按以上公式计算得表内结果:
离心泵特性曲线实验原始数据记录及计算结果表功率表常数C=40功
率（W=格数XC
参数
〈序、7
至量积算仪冥数（m3/h）
流量c
（l/s）
压力表读数
（MPa
真空表读数
（MPa
功率表
（格数）
电机输入功率电
（W
包机效率
n电（%
扬程H
（MHO
轴功率N
（W
泵总效率n（%）
1
1920
2
1880
3
1840
4
1800
5
1780
6
1660
7
1520
8
1360
9
1240
10
1080
11
940
2.离心泵启动前为何要引水灌泵？
若灌泵后仍不能正常运行，你认
为是什么原因？
答：
离心泵启动前引水灌泵，可避免泵腔产生气膊，也有利于泵进口的吸人真空度。
倘若灌泵后仍不能正常运行，原因有几个方面：
a底
阀锈蚀不能自动打开，b进口管污物堵塞，c水面上方至泵腔明显的空气泄漏点，d泵的安装高度大于泵的实际吸入扬程。
3.根据实验数据所知，泵的输送水量越大进口处的真空度越大，为什
么？
答：
根据示意图按柏努利方程分析可知：
a.系统流体构成有效回路，形成稳态流动，两截面的位能z。
、乙保持不变，大气压Po不变，静压能Po/（g）不变。
22
b.
两截面间的动能虬和生将同
2g2g
c.0-0、1-1两截
面间无外功加入
W，即无有效压头
hl能量损失与动能成正比，
2
流量越大—越大，
2
H响应增大，因此巴减
g
小，即Pi减小（真空度增大）。
4.能否在离心泵
的进口管处安装调节阀？
为什么？
答：
不能。
因为在离心泵的进口管处安装调节阀，会增加吸入管路的
压头损失，也有出现增加叶轮汽蚀可能性。
5.两台同型号的离心泵并联，其流量能否增加一倍？
若两泵串联，
其扬程能否增加一倍？
答：
由于流量的增大使管路阻力增加，因此两台同型号的离心泵并联
后的总流量必然低于原单台泵流量的两倍。
两台泵串联操作的总压头
必然低于单台泵压头的两倍。
实验五板框压滤机过滤常数的测定
1.据板框压滤机实验所测定的数据，计算出两种过滤条件下的过
滤常数&和K2;过滤介质的当量滤液体积Ve和Ve2;过滤介质的当量过滤时间9ei和Be2O并提供数据完整的原始数据表。
答：
a.原始数据记录表
过滤介质（滤布）直径d=120mm数量2块。
（m/s）
（m/s）
过滤介质的当量滤液体积:
过滤介质的当量滤液时间:
\目
次
序\
_J
i实验组数
I
n
压力（表压）kPa
△P=100kPa
△F2=120kPa
滤液体积
V（l）
相邻V差
△V
（l）
算术平均
值？
（l）
过滤时间
e（s）
△e
（s）
△e/△v
（s/l）
过滤时间
e（s）
△e
（s）
△e/△v
（s/l）
1
0
/
/
0
0
/
0
0
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
2.在过滤初始阶段，为什么可见滤液是由浑浊变清？
答：
过滤介质中微孔通道的直径可能大于悬浮液中部分颗粒直径，因此，过滤初期会有一些小颗粒穿过而使滤液浑浊，但是颗粒会在孔道中迅速地发生“架桥”现象，使小于孔道直径的细小颗粒也能被拦截，并开始形成滤饼，由此滤液变清，过滤才有效进行。
3•请阐述板框压滤机的优、缺点和适用场合。
答：
板框压滤机优点：
结构简单、制造方便、占地面积较小过滤面积较小，操作强度高，适应能力强。
缺点；间歇操作，生产效率低，劳动强度大，滤布损耗也比较快。
适应与中小规模的生产场合。
4.实验板框压滤机的操作分哪几个阶段？
答:
按实验要求配制滤浆飞浆搅拌开泵将滤浆打入衡压罐并
搅拌组装板框压滤机衡压罐加压将滤浆按实验设定的
压力打入板框压滤机进行压滤对设定的单位滤液量进行
计时并记录过滤结束用衡压水罐的水对滤饼进行清洗打开
板框压滤机取出滤饼并对板框压滤机及管路进行清洗。
5.若操作压力提高一倍，过滤效率是否增加一倍？
答:
不。
根据单位过滤面积获得的滤液体积计算公式可知：
q2K2kp1s，
k—滤浆特性常数，因此相同滤浆和时间qp，结论：
过滤效率与压力成正比但不成倍数。
实验六管内强制对流传热膜系数的测定
1.根据实验数据，列举某一设定的空气质量流量W状态下，ReNu
twi
的计算过程。
注：
实验数据表tW2为空气进口侧换热管壁温，
为空气出口侧换热管壁温
答：
计算条件
x10_3m
质量流量W=（kg/s）；换热管内径di=—2x=
换热管长度1
=;换热管流通截面积S=（x103）2x=x104
换热面积A=n-di-l=nXX10—3X=（m）
进、出换热器的空气温度Ti=80C、T2=C;热空气进、出口的算术平
均温度（定性温度）：
T平均（80+）一2=（C）
查表得：
空气黏度u=x10_5（Pa•s）比热Cp=kg.C导热系数入=
x102（W/m・K）
空气进、出口侧对应的换热管管壁温度twi=C、tw2=20C
由于质量流速u詈质量流量/流通截面'因此:
该
流
量
状
态
下的
努
塞
尔准
数：
Q
WCp（T；
T2）
0.0231008（80
52.5）
637.34W
t1
T1
tw1
80
33.5
tm
t1
t2
46.533.5
39.65（C）
t1
46.5
46.5
oC
In
t2
ln
32.5
t2
T2
tw2
52.5
20
1
Q
637.34136.82（W/）
A1tm
0.117539.65
32.5
0C
Rei
diu
diW
S
3
25.8100.023
5.231042.04105
55618
2.为何要把实验结果关联成Nu-Re的准数方程式的形式，而不
用a—W来关联?
答：
影响对流传热系数a的因素太多，如：
流体的种类和相变化；流体的特性（入、u、p、Cp、B）;流体温度；流体的流动状态；流体流动的原因；传热面的形状、位置和大小。
因此要以质量流量W来
关联，建立一个通式来求各种条件下的a是很困难的，所以通过实验结果关联成Nu—Re的准数间的关系形式，即可求得不同情况下的a的关联式。
3．分析强化传热过程有哪些途径？
在不改变本系统中套管式换热器型式的前提下，如何提高其传热速率？
答：
按照传热速率方程Q=KS\tm（化原教材上册P229公式4-43）可知，强化传热的途径有：
1）增加传热面积S（既单位体积的传热面积）；2）增大传热温差
△tm（提高载热体的温度或降低冷流体的温度；若两流体温度一定时，尽量采用逆流）；3）主要提高传热系数K,由K值的计算公式可知（化原教材上册P227公式4-42）:
在上述各项热阻中，应重点降低主要热阻数值。
在不改变本系统中套管式换热器型式的前提下，强化传热速率途径可用螺纹管或翅片管代替原有的光滑管（化原教材上册P27⑤。
本装置
的主要热阻是空气的对流热阻，如此即可提高空气的湍流程度，也可增加管壁的传热面积，使空气侧传热系数a1增大（即主要热阻降低），从而使K值有明显的提高。
实验七填料吸收塔的操作及体积吸收系数的测定
1．根据实验采集的数据提供原始数据表，列举某一状态下填料层
压力降△P与气速u的计算示例，表列完整的计算结果，并绘制△
P〜u的关系曲线图
答:
原始数据记录表
大气压1030hPa塔径70mm填料层高度39cm标准酸浓度
mol/l环境温度22C
1）喷淋密度：
0（l/h）
）喷淋密度：
25（l/h）
表1〜2
（C）
计前
流量
计后
38
38
流量计读数V示
（rm/h）
氨
气
U型差压计读数
（cmCCl）
左R
20
右R
氨气温度（C）
流量计读数V示
（l/h）
325
325
出
塔
尾
气
尾气温度（C）
湿式流量计读数V初
（l）
625
湿式流量计读数V终
（l）
标准硫酸溶液浓度
M（mol/l）
标准硫酸溶液用量
Va（ml）
塔底
溶液
塔底溶液温度（C）
用水
量
水流量计读数V示
（l/h）
塔顶
压强
（表
压）
U型差压计
读数
（cmHC）
左R
右R
全塔
压强
△P
U型差压计
读数
（cmHC）
左R
右R
注：
按理论，塔内的空气流量应进行校正，但由于流量计后的空
气压力略高于塔系统总压力，而流量计后空气温度却也相应的高于塔系统空气温度（塔系统且无温度监测），因此为计算方便，可用流量计显示的流量读数直接代入，计算空塔气速（本环节已经过验算误差小可忽略不计）。
数据处理：
塔内流通截面
-d20.78540.072
4
pRg水g
Z
0.003847m2
填料层单位压降
0.00310009.81
同理各压降计
0.39
75.46Pa/m
算结果见上表1〜2
Q
u
3600g
空塔气速
5
同理各空塔气
36000.003847
0.361m/s
速计算结果见表1〜2
上册P1139
R顶g水ggPo
塔顶压力
全塔压力
103470.88166.77103637.65
103470.88103637.65
塔底溶液绝对温度
求亨利系数
求相平衡常数
空气压强
27.722.910210009.81
103470.88Pa
R全g水gg
27.325.6
166.77
Pa
Pa
103554.3Pa
ig
103000
25.5273.15
10210009.81
298.65K
1922
E11.6485.21237
T
E105.21237163068.5（Pa）
E163068.5
P总103554.3
1.5747
P空气
R空气gCCl4gg
2821.310
F0
215959.81
104048Pa
根据流量计校正公式:
测
Q测
P测9^0
空气的校正流量
6.5
6.5
103000
《化工工艺设计手册》
10132527338
104048293
1.0166883
3
6.6085m/h
流量计出厂时标定的绝对压力X
105,
绝对温度273+20=293&注:
上式Q=下式V测
空气摩尔流量校正
氨气压强
V测gT°gP测
22.4T测g
6.6085293103554.3
22.4（27338）103000
0.279442kmol/h
Ps气R氨气gCCI4ggF0
29.52010215959.81103000
氨气的校正流量
104486.5Pa
0.3251.01668831.3061
0.432m3/h
Va测gTo^
22.4T测呎
氨气摩尔流量校正
0.432293103554.3
22.4（27328）103000
0.01848kmol/h
进塔气相组成
Y1Va10.018480.06277kmolA/kmolB
V10.279442
4
升级会员 