化工原理实验思考题答案.docx

1、化工原理实验思考题答案实 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。2这一现象可通过柏努利方程得到解释：当管内流速F0时动压头H动牛0 , 流体没有运动就不存在阻力，即2 hf=O,由于流体保持静止状态也就无外功加入，既S=0,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、D

2、E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(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HH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

3、2 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，就直管阻力公式可以看出I 2H f -与管长I呈正比。d 23.2 2 2位高度 H比 uub_pcL_paL Hf2 2 2当流量计阀门全开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察其的液I 2-计算流量计阀门半开和全开 A点以d 2答：注：A点处的管径d=(m) ;C点处的管径d=(m)及C点所处截面流速大小。A点半开时的流速: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

4、积流量:流速:3Vs 90 10 2.5 10 5(m3/s)3600u 21 0.1514(m/s)A 0.0145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，在同一台实验装置型态（如层流、湍流）？（即 管径d且管子不变），水的温度不变（即 水

5、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)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 方面由流体流经孔板产生的永久阻力 Pi,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 P2。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

6、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和入 Re uR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般湍流区内答：计算条件 差压计指示液及水的密度:3P Hg 13950 kg/mP CCI4 1596关系曲线。p h2o kg/m 3n=kg/m3实验温度20 C实验装置提供的有关系数: 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( mL1 ( m)L

7、2 (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(c P)Rez5 .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轴功率计算结果表和绘制答：计算条件：=1计N；总效率n的计算过程，并提供数据完整的原始数据、HQ N Q

8、 n Q特性曲线图。进出口压力、真空表间的垂直距离 hc= (m)； 按n传进出口管内径di = (m) d2 = (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：计算结果表你列如下。uU25.8167 109.61 10 4- 3 .3.2 m /s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 =同理其他数据按以上公式计算得表内结果:格数X C、参数乖量积算仪流量Q压力表读数真空表读数功率表电机输入功率电机效率扬程H轴功率N泵总效率次序灵数（m3/h）(l/s )(MPa(MPa（格数）(Wn电(%(MHO(

9、Wn( %119202188031840418005178061660715208136091240101080119402.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 zo、zi保持不变

10、,大气压Po不变，静压能P0/( g)不变。b.2 2两截面间的动能u和 也 将同步提2g 2gc. 0-0 、1-1两截面间无外功加入W，即无有d.由于流体的能量损失与动能成正比，2流量越大越大，H响应2增大，因此旦减g小，即Pi减小(真空度增大)。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

11、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Ki和K；过滤介质的当量滤液体积 Vei和Ve2；过滤介质的当量过滤时间9ei和9 e2。并提供数据完整的原始数据表。答：a.原始数据记录表K1=2/S - a2=2/ X 10-2)2K 2=2/S - A2=2/ X 10-4(mi/s )(mVs )过滤介质的当量滤液体积:Ve=I/S= 二 (m3) V e=I/S= =( m3)过滤介质的当量滤液时间:0 e=ve2/K - a2=-x i0-40 e=ve2/K - a2=-x i0-4项实验组数I目压力(表压)kPa P1=100k Pa P2=120k Pa次 序

12、滤液体积V(l)相邻V差 V(l)算术平均值 ？(l )过滤时 间0 (S) 0(s) 0 / V(s/l )过滤时， 间0 (S) 0(S ) 0 / V(S/l )10/00002345678910111213141516171819202.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

13、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?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进行压滤 对设定的单位滤液量进行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：q2 K 2k p1 sk 滤浆特性常数，因此相同滤浆和时间 q J P ,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

14、质量流量 W状态下，Re Nu的计算过程。注：实验数据表tW2为空气进口侧换热管壁温，tWi为空气出口侧换热管壁温答：计算条件 质量流量W( kg/s );_ 3换热管内径di = 2x =x 10 m换热管长度I换热管流通截面积3 2 一 4S= (x 10 ) x =x 10换热面积A = n di 匸 nxx 1。 3x = (m2)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 + )- 2 = (C)查表得：空气黏度U =x 10 * 5 ( Pa S)比热Cp =cg. C导热系数入=x 10-2(W/m K)空气进、出口侧对

15、应的换热管管壁温度 tw1=C、tw2=20C由于质量流速u WS质量流量/流通截面，因此:求：该流量状态下的雷诺值:Rei该流量状态下的努塞尔准数:Q W Cp(T1 T2) 0.023 1008(80 52.5)637.34 Wt1T1 t w 180 33.546.5 0 Ctmt, t2 46.5 33.5_tT . 46.5In In t2 32.539.65 (C )t2T2 tw 252.52032.50 C637.34Q1 A, tm 0.1175 39.65136.82 (W/)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 aW来关联?答：影响对流传热系数

16、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、p)；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=Ka 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At m（提高载热体的温度或降低冷流

17、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 P276）。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a 1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

18、算结果，并绘制 iu的关系曲线图。答:原始数据记录表大气压1030 hPa 塔径70 mm 填料层高度39 cm 标准酸浓度 mol/l1)喷淋密度：0_ (l/h )喷淋密度：N5 (l/h )环境温度22 C表12空气流量(rmJh).空气压力 R(cmCC4)全塔压差R全(cmHO)流量计后空气温度(C)填料层压降 P(Pa/m)2264931183630183823空塔气速(m/s)空气U型差压计读数(cmCCI)左R右R28空气温度(C)流量计刖流量计后3838流量计读数V示(m/h)氨气U型差压计 读数(cmCC4)左R20右R氨气温度(C)流量计读数V示(l/h )325325出

19、 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U型差压计读数(cmHO)左R右R压）全塔压强PU型差压计读数（cmHO）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）果见上表12算结果见表12103470.8

20、8 Pa全塔压力27.3 25.6 1021000 9.81R全 g 水 gg166.77 Pa103470.88 103637.65103554.3 Pa塔底溶液绝对温度T 25.5 273.15 298.65 K求亨利系数1922lg E 11.648 5.21237T5 21237E 10 163068.5 (Pa)空气压强R空气 g cci4 gg pq28 21.3 10 2 1595 9.81 103000空气的校正流量101325273 386.5 j104048 2936.5 1.0166883104048 Pa流量计出厂时标定的绝对压力X105,绝对温度273+20=293K

21、 注：上式Q二下式V测V01V测 gTjgQ22.4 T测 g-0空气摩尔流量校正6.6085 293 103554.322.4 (273 38) 1030000.279442 kmol/hR氨气 g CCl4 gg Fq氨气压强29.5 20 10 2 1595 9.81 103000 104486.5 Pa氨气的校正流量Vai氨气摩尔流量校正进塔气相组成Y10.3250.3250.432101325 273 28 国 104486.5 2931.0166883 1.3061m3/h测 gT0glw22.4 TA测扌00.432 293 103554.322.4 (273 28) 1030000.01848 kmol/hVa1 0.01848V 0.2794420.06277 kmol A /kmolB25.8 乎 3 0.023 5 55618S 5.23 10 2.04 10