化工原理实验教素实验一流体阻力的测定实验教学目标：一、1、知识目标(1)掌握直管摩擦阻力压降AP、直管摩擦系数入的测定方法。(2)掌握局部摩擦阻力,局部阻力系数的测定方法。2、能力目标(1)掌握运用计算机软件绘制双对数坐标的方法。(2)掌握直管摩擦系数^与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系及变化规律。(3)合理运用不同压差计进行压强差的测量。3、素质目标能树立工程意识，合理运用数学思想解决工程问题二、教学重点：1、直管摩擦系数入、局部阻力系数的测定理论及方法。2、实验操作步骤及注意事项。三、教学难点：局部阻力压强降的测定原理及方法。四、教学方法：讲授法、互动法、演示法五、教学时数：4 学时六、教学过程：
化工原理实验 教案 实验一 流体阻力的测定实验 一、 教学目标： 1、 知识目标 （1） 掌握直管摩擦阻力压降 、直管摩擦系 数 的测定方法。 （2） 掌握局部摩擦阻力 ,局部阻力系数 的 测定方法。 2、 能力目标 （1） 掌握运用计算机软件绘制双对数坐标的 方法。 （2） 掌握直管摩擦系数 与雷诺数 Re 和相 对粗糙度之间的关系及变化规律。 （3） 合理运用不同压差计进行压强差的测 量。 3、 素质目标 能树立工程意识，合理运用数学思想解决工程 问题 二、 教学重点: 1、 直管摩擦系数 、局部阻力系数 的测定理 论及方法。 2、 实验操作步骤及注意事项。 三、 教学难点: 局部阻力压强降的测定原理及方法。 四、 教学方法: 讲授法、互动法、演示法 五、 教学时数: 4 学时 六、 教学过程: Pf Pf
化工原理实验教素1、实验内容测定光滑直管内流体流动的阻力P和(1)直管摩擦系数入。(2)测定粗糙直管内流体流动的阻力P和直管摩擦系数入。(3)测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数a与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系曲线。(4)测定管路部件局部摩擦阻力△P,和局部阻力系数。2、实验目的学习直管摩擦阻力压降P、直管摩擦(1)系数的测定方(2)掌握直管摩擦系数入与雷诺数Re和相对粗糙度之间的及变化规律。掌握局部摩擦阻力P,,局部阻力系数5(3)的测定方法。(4)学习压强差的几种测量方法和提高其测量精确度的一些技巧。3、实验原理（1）直管摩擦系数入与雷诺数Re的测定直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即几=f(Re,8/d),当粗糙度恒定，可简化为=f(Re)，即仅仅是Re的函数
化工原理实验 教案 1、 实验内容 （1） 测定光滑直管内流体流动的阻力 Pf 和 直管摩擦系数 。 （2） 测定粗糙直管内流体流动的阻力 Pf 和 直管摩擦系数 。 （3） 测定实验管路内流体流动的直管摩擦系 数 与雷诺数 Re 和相对粗糙度之间的关系曲线。 （4） 测定管路部件局部摩擦阻力 Pf 和局部 阻力系数 。 2、 实验目的 （1） 学习直管摩擦阻力压降 Pf 、直管摩擦 系数 的测定方 （2） 掌握直管摩擦系数 与雷诺数 Re 和相 对粗糙度之间的及变化规律。 （3） 掌握局部摩擦阻力 Pf ,局部阻力系数 的测定方法。 （4） 学习压强差的几种测量方法和提高其测 量精确度的一些技巧。 3、 实验原理 （1） 直管摩擦系数与雷诺数 Re 的测定 直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的 函数，即 = f (Re, / d) ,当粗糙度恒定，可简化为 = f(Re) ，即 仅仅是 Re 的函数
化工原理实验教案ldAPfP压差计图1水平圆管阻力压降测量示意图如图1所示，流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，根据伯努利方程，其管路阻力引起的能量损失为：h,=-P_APpP又根据范宁公式h，=d 20联立，得=2d.AP,p.lu?d.u.p同时，Re=A式中：d-管径，m；△Pf-直管阻力引起的压强降，Pa；1-管长，m；u-流速，m/s；p-流体的密度，kg/m3；μ-流体的粘度，N·s/m2；管长1和管径d是实验装置的固有值；水的密度p和粘度μ根据水的温度查表获取；压强降△P,采用在在直管两端连接压差计测测取，本次试验会分别用到压差计（大压差）和倒置U型管压差计（小压差）测量
化工原理实验 教案 图 1 水平圆管阻力压降测量示意图 如图 1 所示，流体在一定长度等直径的水平圆 管内流动时，根据伯努利方程，其管路阻力引起的能 量损失为： f f P P P h = − = 1 2 又根据范宁公式 2 2 u d l h f P f = = 联立，得 2 2 u P l d f = 同时， = d u Re 式中： d −管径，m； Pf −直管阻力引起的压 强降，Pa； l −管长，m； u −流速，m,/,s； − 流体 的密度，kg,/m3；, , − 流体的粘度，N·s,/,m2； 管长 l 和管径 d 是实验装置的固有值；水的密度 ρ和粘度μ根据水的温度查表获取；压强降 Pf 采用 在在直管两端连接压差计测测取，本次试验会分别 用到压差计（大压差）和倒置 U 型管压差计（小压 差）测量
化工原理实验教案图3倒置U型管结构细节图根据实验室条件，流量Q用玻璃转子流量计测取。因此实验的本质即为根据流量的调节，测取相应的压强差。根据实验数据，可计算出不同流量下的直管摩擦系数入及Re，整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，采用双对数坐标绘出入与Re的关系曲线。局部阻力系数的测定u?AP'fAP2h'=C=2u2(P)p式中：-局部阻力系数，无因次；AP'f-局部阻力引起的压强降，Pahj-局部阻力引起的能量损失，J/kg。局部阻力系数的测定重点和难点是局部阻力引起的压强降△P（符号区分）的测定。APAPeAP.bSAPr.abAPt,bc6oaca图2局部阻力测量取压口布置图
化工原理实验 教案 图 3 倒置 U 型管结构细节图 根据实验室条件，流量 Q 用玻璃转子流量计测 取。 因此实验的本质即为根据流量的调节，测取相 应的压强差。 根据实验数据，可计算出不同流量下的直管摩 擦系数λ及 Re，整理出直管摩擦系数和雷诺数的关 系，采用双对数坐标绘出λ与 Re 的关系曲线。局部 阻力系数 的测定 2 ' 2 P u h f f = = 2 ' 2 u P f = 式中： − 局部阻力系数，无因次；, , − ' Pf 局部阻力引起的压强降，Pa； − ' hf 局部阻力引起的能量损失，J／kg。 局部阻力系数的测定重点和难点是局部阻力引 起的压强降 ' Pf （符号区分） 的测定。 图 2 局部阻力测量取压口布置图
化工原理实验教案考虑到管道应力的局限性，运用已掌握的直管压强降测量方法，借助一些数学思想解决这个问题。在待测局部阻力的阀门上、下游两端任意位置各取一个测压点a、a.再分别取ac和a'c中点b、b’即有ab=bc；a'b'=b'c',则△Pf.ab=△Pf.b；Pf.a" b=△Pr. b c'在a-a'之间列柏努利方程式Pa-Pa=2△Pr.ab+2△Pf. a* b.+△P f在b-b'之间列柏努利方程式：Pb-Pb=△Pr.be+△Pr.b'c+△Pf=△Pf.ab+△Pf.a'b+△Pf联立，即有△P,=2(Pb—Pb·)—(Pa—Pa）为了实验方便，称(Pb一Pb·)为近端点压差，称(Pa一Pa)为远端点压差。其数值分别将压差计连接在近端点间和远端点间测量。（学生根据实验原理列出实验数据记录表格）4、实验流程及装置
化工原理实验 教案 考虑到管道应力的局限性，运用已掌握的直管 压强降测量方法，借助一些数学思想解决这个问题。 在待测局部阻力的阀门上、下游两端任意位置 各取一个测压点 a、a',再分别取 ac 和 a'c'中点 b、b’, 即有 ab＝bc, ； a’b’＝b’c’，则, , , △Pf，a,b ＝△Pf，bc ； △ Pf，a＇b＇=, △Pf，b＇c＇ 在 a-a＇之间列柏努利方程式 Pa－Pa＇ =2△Pf，a, b+2△Pf，a＇b＇+△P ＇ f, , 在 b-b＇之间列柏努利方程式： Pb－Pb＇ =, △Pf，bc+△Pf，b＇c＇+△P ＇ f , =, △Pf，a,b+△Pf，a＇b＇+△P ＇ f, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , 联立，即有 ' Pf ＝2(Pb－Pb＇)－(Pa－Pa＇) 为了实验方便，称(Pb－Pb＇)为近端点压差，称(Pa －Pa＇)为远端点压差。其数值分别将压差计连接在近 端点间和远端点间测量。 （学生根据实验原理列出实验数据记录表格） 4、 实验流程及装置
化工原理实验教案1-水箱：2-水泵：3-入口真空表：4-出口压力表：5-缓冲罐；6-左近端阀：7-左远端阀：8-粗糙管左测压阀：9-光滑管左测压阀；10-局部阻力阀：11-差压式压力计：12-缓冲罐：13-右近端阀：14-涡轮流量计；15-倒置U型管排水阀：16-倒置U型管平衡阀；17-倒置U型管平衡阀：18-倒置U型管排水阀：19-右远端阀：20-倒置U型管：21-粗糙管右测压阀：22-粗糙管阀：23-光滑管右测压阀：24-光滑管阀；25-倒置U型管放空阀：26-水箱放水阀；27-大流量调节阀：28-小流量调节阀：29-大转子流量计：30-小转子流量计5、操作要点1、检查水箱水位。（2/3处为佳）一、实验装2、检查离心泵后调节阀27、28处置的检查于关闭状态。3、数据采集电脑连接正常。1、打开光滑管管路阀24。二、导压系2、打开光滑管两端测压阀9、23。统排查3、启动泵4、导压系统排气泡排查1、缓慢打开调节阀27至1000L/h稳定。三、大流量2、观测压强差值稳定。数据采集3、采集数据并记录△f,tQ,d,14、从大流量测数据至120L/h。1、打开U型压差计进水阀，记录水位差。四、小流量2、调节流量至100L/h，待稳定数据采集3、读取水位差。4、采集数据，记录h左、h右、t.Qd、l
化工原理实验 教案 1-水箱；2-水泵；3-入口真空表；4-出口压力表；5-缓 冲罐；6-左近端阀；7-左远端阀；8-粗糙管左测压阀；9-光 滑管左测压阀；10-局部阻力阀；11-差压式压力计；12-缓 冲罐；13-右近端阀；14-涡轮流量计；15-倒置 U 型管排水 阀；16-倒置 U 型管平衡阀；17-倒置 U 型管平衡阀；18-倒 置 U 型管排水阀；19-右远端阀；20-倒置 U 型管；21-粗糙 管右测压阀；22-粗糙管阀；23-光滑管右测压阀；24-光滑 管阀；25-倒置 U 型管放空阀；26-水箱放水阀；27-大流量 调节阀；28-小流量调节阀；29-大转子流量计；30-小转子 流量计 5、 操作要点
化工原理实验教案6、注意事项(1)你在本实验中掌握了哪些测试流量、压强的方法？它们各有什么特点？(2)开启阀门要逆时针旋转、关闭阀门要顺时针旋转，为什么工厂操作会形成这种习惯？(3)本实验用水为工作介质做出的入～Re曲线，对其它流体能否适用？为什么？(4）量影响流动型态的因素有哪些？用Re判断流动型态的意义何在？(5）仔细阅读数字仪表操作方法说明书，待熟悉其性能和使用方法后再进行使用。(6）启动离心泵之前以及从光滑管阻力测量过渡到其它测量之前，都必须检查所量调节阀是否关闭。(7)实验开始前以及各个试验项目切换前要检查倒置U型管两端水位是否相等，若不相等应记录下差值，在计算时要考虑进去。(8)在大流量测量时，应保证小流量计阀门全关，并且切断倒置U型玻璃管的阀，取差压变送器的读数。(9）在小流量测量时，差压变送器的读数已失效，应读取倒置U型管两端水位差。（10）在实验过程中每调节一个流量之后应待流量和直管压降的数据稳定以后方可集数据。（11）在做局部阻力实验时，测量不同流量下的数据，保持阀门开度保持一致，数据有可比性。（12）若较长时间未使用该装置，启动离心泵时应先盘轴转动以免烧坏电机
化工原理实验 教案 6、 注意事项 （1） 你在本实验中掌握了哪些测试流量、压 强的方法？它们各有什么特点？ （2） 开启阀门要逆时针旋转、关闭阀门要顺 时针旋转，为什么工厂操作会形成这种习惯？ （3） 本实验用水为工作介质做出的 λ～Re 曲 线，对其它流体能否适用？为什么？ （4） 影响流动型态的因素有哪些？用 Re 判 断流动型态的意义何在？ （5） 仔细阅读数字仪表操作方法说明书，待 熟悉其性能和使用方法后再进行使用。 （6） 启动离心泵之前以及从光滑管阻力测量 过渡到其它测量之前，都必须检查所量调节阀是否 关闭。 （7） 实验开始前以及各个试验项目切换前要 检查倒置∪型管两端水位是否相等，若不相等应记 录下差值，在计算时要考虑进去。 （8） 在大流量测量时，应保证小流量计阀门 全关，并且切断倒置 U 型玻璃管的阀，取差压变送 器的读数。 （9） 在小流量测量时，差压变送器的读数已 失效，应读取倒置 U 型管两端水位差。 （10） 在实验过程中每调节一个流量之后应待 流量和直管压降的数据稳定以后方可集数据。 （11） 在做局部阻力实验时，测量不同流量下 的数据，保持阀门开度保持一致，数据有可比性。 （12） 若较长时间未使用该装置，启动离心泵 时应先盘轴转动以免烧坏电机
化工原理实验教案(13)该装置电路采用五线三相制配电，实验设备应良好接地。（14）启动离心泵前，必须关闭流量调节阀，关闭压力表和真空表的开关，以免损量仪表。(15）实验用水要用清洁的蒸馏水，以免影响涡轮流量计运行和寿命。7、思考题(1)测取压强降△P，的方式有哪些？(2)通过流量的调节，如何求得流速u？(3)的密度p和粘度μ如何获取？(4)雷诺数的物理含义是？(5)伯努利方程是什么？(6)怎样排除管路系统中的空气？如何检验系统内的空气已经被排除干净？七、教学反思
化工原理实验 教案 （13） 该装置电路采用五线三相制配电，实验 设备应良好接地。 （14） 启动离心泵前，必须关闭流量调节阀， 关闭压力表和真空表的开关，以免损量仪表。 （15） 实验用水要用清洁的蒸馏水，以免影响 涡轮流量计运行和寿命。 7、 思考题 （1） 测取压强降 Pf 的方式有哪些？ （2） 通过流量的调节，如何求得流速 u？ （3） 的密度 ρ 和粘度 μ 如何获取？ （4） 雷诺数的物理含义是？ （5） 伯努利方程是什么？ （6） 怎样排除管路系统中的空气？如何检验 系统内的空气已经被排除干净？ 七、 教学反思
化工原理实验教案实验二流线演示实验一、教学目标：1、通过演示实验帮助学生进一步理解流体流动的轨迹及流线的基本特征。2、观察液体流经不同固体边界时的流动现象以及漩涡发生的区域和形态等流动图像。3、定性地分析和考察流动形态和流速之间的关系。二、 教学重点：流体流动的轨迹及流线的基本特征。三、教学难点：定性地分析和考察流动形态和流速之间的关系。四、教学方法：讲授法、互动法、演示法五、教学时数：4学时六、教学过程：1、实验目的(1)通过演示实验帮助学生进一步理解流体流动的轨迹及流线的基本特征。(2)观察液体流经不同固体边界时的流动现象以及漩涡发生的区域和形态等流动图像。(3)定性地分析和考察流动形态和流速之间的关系。2、实验原理在化学工程学科中非常重视对边界层的研究。边界层概念的意义在于研究真实流体沿着固体壁面
化工原理实验 教案 实验二 流线演示实验 一、 教学目标： 1、 通过演示实验帮助学生进一步理解流体流动的 轨迹及流线的基本特征。 2、 观察液体流经不同固体边界时的流动现象以及 漩涡发生的区域和形态等流动图像。 3、 定性地分析和考察流动形态和流速之间的关系。 二、 教学重点: 流体流动的轨迹及流线的基本特征。 三、 教学难点: 定性地分析和考察流动形态和流速之间的关系。 四、 教学方法: 讲授法、互动法、演示法 五、 教学时数: 4 学时 六、 教学过程: 1、 实验目的 （1） 通过演示实验帮助学生进一步理解流体流 动的轨迹及流线的基本特征。 （2） 观察液体流经不同固体边界时的流动现象 以及漩涡发生的区域和形态等流动图像。 （3） 定性地分析和考察流动形态和流速之间的 关系。 2、 实验原理 在化学工程学科中非常重视对边界层的研究。 边界层概念的意义在于研究真实流体沿着固体壁面
化工原理实验教流动时，要集中注意流动边界层内的变化，它的变化将直接影响到动量传递、能量传递和质量传递。边界层：当流体经过固体壁面时，由于流体具有粘性，粘附在固体壁面上静正的流体层与其相邻的流体层之间产生摩擦力，使相邻流体层的流动速度减慢。因此在垂直于流体流动的方向上便产生速度梯度du/dy，有速度梯度存在的流体层称之为边界层。边界层的分离：在流体流过曲面，或者流体的流道截面大小或流体流动方向发生改变时，若此时流体的压强梯度dp/dx（沿着流动方向的流体压强变化率）改变比较大，那么流体边界层将会与壁面脱离而形成旋涡，加剧了流体质点间的互相碰撞，造成流体能量的损耗。边界层从固体壁面脱离的现象称之为边界层的分离或脱体。由此，我们可寻找到流体在流动过程中能量消耗的原因。同时，这种旋涡（或称涡流）造成的流体微团的杂乱运动并相互碰撞混合也会使传递过程大大强化。因此，流体流线研究的现实意义就在于，可对现有流动过程及设备进行分析研究，强化传递，为开发新型高效设备提供理论依据，并在选择适宜的操作控制条件方面作出指导。本演示实验采用气泡示踪法，可以把流体流过不同几何形状的固体中的流线、边界层分离现象以及漩涡发生的区域和强弱等流动图像清晰地显示出来
化工原理实验 教案 流动时，要集中注意流动边界层内的变化，它的 变 化将直接影响到动量传递、能量传递和质量传递。 边界层：当流体经过固体壁面时，由于流体具有 粘性，粘附在固体壁面上静止的流体层与其相邻的 流体层之间产生摩擦力，使相邻流体层的流动速度 减慢。因此在垂直于流体流动的方向上便产生速度 梯度 du/dy，有速度梯度存在的流体层称之为边界层。 边界层的分离：在流体流过曲面，或者流体的流 道截面大小或流体流动方向发生改变时，若此时流 体的压强梯度 dp/dx, , (沿着流动方向的流体压强变 化率)改变比较大，那么流体边界层将会与壁面脱离 而形成旋涡，加剧了流体质点间的互相碰撞，造成流 体能量的损耗。边界层从固体壁面脱离的现象称之 为边界层的分离或脱体。 由此，我们可寻找到流体在流动过程中能量消 耗的原因。同时，这种旋涡(或称涡流)造成的流体微 团的杂乱运动并相互碰撞混合也会使传递过程大大 强化。因此，流体流线研究的现实意义就在于，可对 现有流动过程及设备进行分析研究，强化传递，为开 发新型高效设备提供理论依据，并在选择适宜的操 作控制条件方面作出指导。 本演示实验采用气泡示踪法，可以把流体流过 不同几何形状的固体中的流线、边界层分离现象以 及漩涡发生的区域和强弱等流动图像清晰地显示出 来