化工原理实验指导 周立清邓淑华 大 广东工业大学化工原理教研室 2003.8
周立清 邓淑华 广东工业大学化工原理教研室 2003.8
化原理$验指 目录 绪论 第一章实验基础知识 第二章实验内容 实验一、流体流动阻力测定 2772 实验二、离心泵特性曲线测定 实验三、恒压过滤常数测定实验 17 实验四对流给热系数测定… 2 实验七干燥速率曲线的测定 26 实验八酒精分离工艺过程操作与控制优化… 29 注:实验五、六因设备正在更新的过度时期,暂略
化工原理实验指导 - I - 目 录 绪论.................................................................................................................1 第一章 实验基础知识.............................................................................2 第二章 实验内容 .......................................................................................7 实验一、流体流动阻力测定.................................................................7 实验二、离心泵特性曲线测定...........................................................12 实验三、恒压过滤常数测定实验 ......................................................17 实验四 对流给热系数测定...............................................................22 实验七 干燥速率曲线的测定...........................................................26 实验八 酒精分离工艺过程操作与控制优化...................................29 注：实验五、六因设备正在更新的过度时期，暂略
化原理$验指 绪论 化工原理是研究化工生产过程中各种单元操作的工程学科。它紧密联系生产实际,是 石油、化工、轻工等专业学生必修的一门专业基础课程。其教学目的是使学生学会用自然 科学的原理考察、解释和处理工程实际问题。实验是教学中的一个重要的实践环节,通过 实验,学生不但巩固了所学过的理论知识,而且还能在实验中增长不少新的知识,受到系 统的、严格的工程实验训练,因而提高了动手能力和分析、解决问题的能力。迄今为止 面对生动而复杂的化工生产过程的现象,还不能只靠几个假定和定理,或者是演绎推导的 方法便得到应用的理论。因此,不论是工程的可行性研究,新技术的开发和应用,或是工 程设计的依据往往都有赖于以实验为基础的经验或半经验的公式,或者直接取实验放大的 数据。这就是为什么要求学生必须掌握实验技能的原因,教师和学生都要把这一点作为衡 量教学质量的一个重要方面。 本书着重介绍实验原理、实验装置和实验方法,简略介绍数据的处理及常用仪表的测 量方法和计算机的应用。在这里要说明的一点是:由于本实验室的实验设备正处在更新的 过渡时期,新的实验教材有待全部设备更新完毕后,才能完成修订工作,本指导书就目前 已更新的设备编写了有关章节,其余待续
化工原理实验指导 - 1 - 绪论 化工原理是研究化工生产过程中各种单元操作的工程学科。它紧密联系生产实际，是 石油、化工、轻工等专业学生必修的一门专业基础课程。其教学目的是使学生学会用自然 科学的原理考察、解释和处理工程实际问题。实验是教学中的一个重要的实践环节，通过 实验，学生不但巩固了所学过的理论知识，而且还能在实验中增长不少新的知识，受到系 统的、严格的工程实验训练，因而提高了动手能力和分析、解决问题的能力。迄今为止， 面对生动而复杂的化工生产过程的现象，还不能只靠几个假定和定理，或者是演绎推导的 方法便得到应用的理论。因此，不论是工程的可行性研究，新技术的开发和应用，或是工 程设计的依据往往都有赖于以实验为基础的经验或半经验的公式，或者直接取实验放大的 数据。这就是为什么要求学生必须掌握实验技能的原因，教师和学生都要把这一点作为衡 量教学质量的一个重要方面。 本书着重介绍实验原理、实验装置和实验方法，简略介绍数据的处理及常用仪表的测 量方法和计算机的应用。在这里要说明的一点是：由于本实验室的实验设备正处在更新的 过渡时期，新的实验教材有待全部设备更新完毕后，才能完成修订工作，本指导书就目前 已更新的设备编写了有关章节，其余待续
化原理$验指 第一章实验基础知识 实验方法是化学工程研究方法中的一种。它是通过实验直接测定各变量之间的关系 以表格、线图或经验公式的形式表示。成功的实验来自于正确的方案和严谨的科学态度。 所谓严谨的科学态度就是实事求是的工作态度加工正确的数据处理方法。正确的方案包括 了从方案的制定到装置的设计、物系的选定及数据的读取这一全过程,做到“以小见大、 由此及彼”,多、快、好、省实现规划的任务。 、实验前的准备 实验开始首先要考虑如下的问题:为完成实验所提出的任务;采用什么样的装置;选 用什么物系;流程应怎样安排;读取哪些数据;应该如何布点等。如果实验装置已经被规 定,实验开始前,要弄清装置的原理和构造、看清流程、了解启动和使用方法(注意:未经 指导教师许可,不要擅自开动!)。也要考虑实验要如何布点,和实验数据的读取。做好记 录数据的表格。并预期可能出现的故障及其克服的办法。 、怎样做好实验 为了提高学生素质能力,提高实验教学质量,化工原理实验采用仿真实验和上机实验 操作相结合的教学方法。 仿真实验是让学生在计算机上做模拟实验,通过模拟实验,熟悉实验装置的组成、性 能、实验操作步骤和注意事项,思考并回答有关问题,也强化了对基础理论的理解。上机 实验要求学生正确使用设备、仔细观察现象,详细地记录数据。 读取数据时应注意 1.凡是影响实验结果或者数据整理过程中所必须的数据都一定测取。它包括大气条 件,设备有关尺寸,物料性质及操作数据等。 2.不是所有的数据都要直接测取。凡可以根据某一数据导出或从手册中查取的其他数 据,就不必直接测定。例如:水的粘度、重度等物理性质,一般只要测出水温,即可查出, 不必直接测定。 3.实验时一定要在现象稳定后才开始读薮据。条件改变后,要稍等一会,待达到稳定 才可读数。 4.同一条件下,至少要读取两次数据(研究不稳定过程除外)。在两次数据相近时,方 可改变操作条件。每个数据在记录后都必须复核,以防读错或记错 5.根据仪表的精确度,正确地读取有效数字。必须记录直读的数据,而不是通过换算
化工原理实验指导 - 2 - 第一章 实验基础知识 实验方法是化学工程研究方法中的一种。它是通过实验直接测定各变量之间的关系， 以表格、线图或经验公式的形式表示。成功的实验来自于正确的方案和严谨的科学态度。 所谓严谨的科学态度就是实事求是的工作态度加工正确的数据处理方法。正确的方案包括 了从方案的制定到装置的设计、物系的选定及数据的读取这一全过程，做到“以小见大、 由此及彼”，多、快、好、省实现规划的任务。 一、实验前的准备 实验开始首先要考虑如下的问题：为完成实验所提出的任务；采用什么样的装置；选 用什么物系；流程应怎样安排；读取哪些数据；应该如何布点等。如果实验装置已经被规 定，实验开始前，要弄清装置的原理和构造、看清流程、了解启动和使用方法(注意：未经 指导教师许可，不要擅自开动！)。也要考虑实验要如何布点，和实验数据的读取。做好记 录数据的表格。并预期可能出现的故障及其克服的办法。 二、怎样做好实验 为了提高学生素质能力，提高实验教学质量，化工原理实验采用仿真实验和上机实验 操作相结合的教学方法。 仿真实验是让学生在计算机上做模拟实验，通过模拟实验，熟悉实验装置的组成、性 能、实验操作步骤和注意事项，思考并回答有关问题，也强化了对基础理论的理解。上机 实验要求学生正确使用设备、仔细观察现象，详细地记录数据。 读取数据时应注意： 1.凡是影响实验结果或者数据整理过程中所必须的数据都一定测取。它包括大气条 件，设备有关尺寸，物料性质及操作数据等。 2.不是所有的数据都要直接测取。凡可以根据某一数据导出或从手册中查取的其他数 据，就不必直接测定。例如：水的粘度、重度等物理性质，一般只要测出水温，即可查出， 不必直接测定。 3.实验时一定要在现象稳定后才开始读数据。条件改变后，要稍等一会，待达到稳定 才可读数。 4.同一条件下，至少要读取两次数据(研究不稳定过程除外)。在两次数据相近时，方 可改变操作条件。每个数据在记录后都必须复核，以防读错或记错。 5. 根据仪表的精确度，正确地读取有效数字。必须记录直读的数据，而不是通过换算
化原理$验指 或演算以后的数据。读取的数据必须真实地反映客观实际,即使已经发现它是不合理的数 据,也要如实地记录下来,待讨论实验结果进进行分析讨论。这样做,对我们分析问题以 及核实情况有利 实验过程中,除了读取数据外,还应做好下列各项: 1.从事操作者,必须密切注意仪表指示的值的变动,随时调节,务使整个操作过程都 在规定条件下进行,尽量减少实验操作条件和规定操作条件之间的差距。操作人员不要擅 离岗位。 2.读取数据以后,应立即和前次数据相比较,也要和其他有关数据相对照,分析相互 关系是否合理。如果发现不合理的情况,应该立即同小组同学研究原因,是自己认识错误 呢还是测定的数据有问题,以便及时发现问题,解决问题 3.实验过程中还应注意观察过程现象,特别是发现某些不正常现象时更应抓紧时机, 研究产生不正常现象的原因 学生必须经历:预习—一仿真实验一一写出预习报告一—实机操作一一数据处理 交付实验报告,这些学习步骤 、怎样编写实验报告 实验报告是实验工作的总结,编写报告是对学生能力的训练。因此,学生应独立地完 成实验报告。实验报告要求文字简明,说理充分,计算正确,图表清晰而且有分析讨论。 虽然格式不强求完全一致,但都应包括以的内容。 实验题目 2.报告人及其合作者的姓名 3.实验任务 4.实验原理 5.实验设备及其流程,简要的操作说明 6.原始记录数据及整理后的数据(列出其中一组数据的计算示例)并列成表格 7.实验结果,用图线或用关系式标出 8.分析讨论:包括对实验结果的估计,误差的分析及其问题讨论,实验改进的建议等 四、实验误差分析及数据处理 有效数字的概念 在测量和实验的数据处理中,应该用几位数字来表示测量和实验结果,这是一个很重 要的问题。那种认为小数点后面的数字越多越准确或者是运算结果保留的位数越多越准确 的想法是错误的。测量值所取的位数,应正确反映所用的仪器和测量的方法可能达到的精 度。 记录测量数值时,一般只应也只能保留一位估计数字。例如:微压计的读数为 125.7mL0,前三位数字125是准确知道的,0.7是估计读出的,为了能清楚地表示出数
化工原理实验指导 - 3 - 或演算以后的数据。读取的数据必须真实地反映客观实际，即使已经发现它是不合理的数 据，也要如实地记录下来，待讨论实验结果进进行分析讨论。这样做，对我们分析问题以 及核实情况有利。 实验过程中，除了读取数据外，还应做好下列各项： 1.从事操作者，必须密切注意仪表指示的值的变动，随时调节，务使整个操作过程都 在规定条件下进行，尽量减少实验操作条件和规定操作条件之间的差距。操作人员不要擅 离岗位。 2.读取数据以后，应立即和前次数据相比较，也要和其他有关数据相对照，分析相互 关系是否合理。如果发现不合理的情况，应该立即同小组同学研究原因，是自己认识错误 呢还是测定的数据有问题，以便及时发现问题，解决问题。 3.实验过程中还应注意观察过程现象，特别是发现某些不正常现象时更应抓紧时机， 研究产生不正常现象的原因。 学生必须经历：预习——仿真实验——写出预习报告——实机操作——数据处理—— 交付实验报告，这些学习步骤。 三、怎样编写实验报告 实验报告是实验工作的总结，编写报告是对学生能力的训练。因此，学生应独立地完 成实验报告。实验报告要求文字简明，说理充分，计算正确，图表清晰而且有分析讨论。 虽然格式不强求完全一致，但都应包括以的内容。 1. 实验题目 2. 报告人及其合作者的姓名 3. 实验任务 4. 实验原理 5. 实验设备及其流程，简要的操作说明 6. 原始记录数据及整理后的数据（列出其中一组数据的计算示例）并列成表格 7. 实验结果，用图线或用关系式标出 8. 分析讨论：包括对实验结果的估计，误差的分析及其问题讨论，实验改进的建议等。 四、实验误差分析及数据处理 1. 有效数字的概念 在测量和实验的数据处理中，应该用几位数字来表示测量和实验结果，这是一个很重 要的问题。那种认为小数点后面的数字越多越准确或者是运算结果保留的位数越多越准确 的想法是错误的。测量值所取的位数，应正确反映所用的仪器和测量的方法可能达到的精 度。 记录测量数值时，一般只应也只能保留一位估计数字。例如：微压计的读数为 125.7mmH2O，前三位数字 125 是准确知道的，0.7 是估计读出的，为了能清楚地表示出数
化原理$验指 据的准确度和方便于运算,可将读取的数据写成指数的形式。在第一位有效数字后加小数 点,而其数值的数量级则由10的幂次方来确定。比如刚才读的125.7mmHl0,可记为1.257 ×10 mmH.O,它表示其有效安全数字为四位。这时即使有效安全数字末位为零,也要记取 例如:微压计读数恰为125.0mnHl0,可记为1.250×10mH2O。 如果是非直接测量值,即必须通过中间运算才得到结果的数据,可按有效数字的运算 规则进行运算。 (1)加法运算:在各数中,以小数位数最少的数为准,其余各数均凑成比该数多一位。 例如:60.4+2.02+0.222+0.0467 60.4+2.02+0.22+0.05=62.69 (2)减法运算:当相减的数差得较远时,有效数字的处理与加法相同。但如果相减的 数非常接近,这样相减则失去若干有效数字。因此除了保留应该保留的有效数字外,应从 记数方法或测量方法加以改进,使之不出现两个相接近的数相减的情况。 (3)乘除法运算:在各数中,以有效数字位数的数为准,其余各数及积(或商)均凑 成比该数多一位 例如:603.21×0.32÷4.011 603.21×0.32÷4.01=48.1 (4)计算平均值:若为四个或超过四个数相平均,则平均值的有效数字位数可增加 (5)乘方及开方运算:运算结果比原数据多保留一位有效数字。 例如:252=625,√48=2.19 (6)对数运算:取对数前后的有效数字位数应相等。例如:1g2.345=0.3701 lg2.3456=0.37025 2.实验数据的处理 化工原理实验测量多数是间接测量,实验数据一般处理的程序是:首先将直接测量结 果按前后顺序列出表格,然后计算中间结果、间接测量结果及其误差。并且将这些结果列 成表格,最后按实验要求或者将结果用图形表示出来,或者用经验公式表示。 (1)实验曲线的绘制:实验数据图形表示法的优点是直观清晰,便于比较,容易看 出数据中的极值点、转折点、周期性以及其它特性。精确的图形还可以在不知数学表达式 的情况下进行微积分运算 根据数据作图,通常要考虑如下问题 坐标系的选择:化工常用的坐标有直角坐标、对数坐标和半对数坐标等。根据数的关 系或预测函数形式来进行选择。如是线性函数,采用直角坐标;如是幂函数,采用对数 坐标以使图形线性化;指数函数则采用半对数坐标;若自变量或因变量中的一个最小与最 大值之间数量级相差太大时,亦可以选用半对数坐标。 例如:对于y=ae"函数,可用y为对数分度,x为直线分度的半对数坐标,因为: ny=Inatbx
化工原理实验指导 - 4 - 据的准确度和方便于运算，可将读取的数据写成指数的形式。在第一位有效数字后加小数 点，而其数值的数量级则由 10 的幂次方来确定。比如刚才读的 125.7mmH2O，可记为 1.257 ×102 mmH2O，它表示其有效安全数字为四位。这时即使有效安全数字末位为零，也要记取。 例如：微压计读数恰为 125.0mmH2O，可记为 1.250×102 mmH2O。 如果是非直接测量值，即必须通过中间运算才得到结果的数据，可按有效数字的运算 规则进行运算。 （1）加法运算：在各数中，以小数位数最少的数为准，其余各数均凑成比该数多一位。 例如：60.4+2.02+0.222+0.0467 60.4+2.02+0.22+0.05=62.69 （2）减法运算：当相减的数差得较远时，有效数字的处理与加法相同。但如果相减的 数非常接近，这样相减则失去若干有效数字。因此除了保留应该保留的有效数字外，应从 记数方法或测量方法加以改进，使之不出现两个相接近的数相减的情况。 （3）乘除法运算：在各数中，以有效数字位数的数为准，其余各数及积（或商）均凑 成比该数多一位。 例如：603.21×0.32÷4.011 603.21×0.32÷4.01=48.1 （4）计算平均值：若为四个或超过四个数相平均，则平均值的有效数字位数可增加一 位。 （5）乘方及开方运算：运算结果比原数据多保留一位有效数字。 例如：252 =625， 4.8 =2.19 （6）对数运算：取对数前后的有效数字位数应相等。例如： lg2.345=0.3701 lg2.3456=0.37025 2. 实验数据的处理 化工原理实验测量多数是间接测量，实验数据一般处理的程序是：首先将直接测量结 果按前后顺序列出表格，然后计算中间结果、间接测量结果及其误差。并且将这些结果列 成表格，最后按实验要求或者将结果用图形表示出来，或者用经验公式表示。 （1）实验曲线的绘制：实验数据图形表示法的优点是直观清晰，便于比较，容易看 出数据中的极值点、转折点、周期性以及其它特性。精确的图形还可以在不知数学表达式 的情况下进行微积分运算。 根据数据作图，通常要考虑如下问题 坐标系的选择：化工常用的坐标有直角坐标、对数坐标和半对数坐标等。根据数的关 系或预测 函数形式来进行选择。如是线性函数，采用直角坐标；如是幂函数，采用对数 坐标以使图形线性化；指数函数则采用半对数坐标；若自变量或因变量中的一个最小与最 大值之间数量级相差太大时，亦可以选用半对数坐标。 例如：对于 y=ae bx函数，可用 y 为对数分度，x 为直线分度的半对数坐标，因为： lny=lna+bx
化原理$验指 而对于y=ax应采用双对数坐标,因为 I gy=lga+blox 应该清楚的看到,在对数坐标上,标出的数值为真数,原点应该是1而不是零,有由 于1,10,100等的对数分别为0,1,2等,所以在坐标纸上,每一数量级的距离是相等 的。由于是真数标值,所以求取直线的斜率时,不能直接用标度数值计算,而应该用它的 对数。该斜率为K。 K log x2-log xI 坐标的分度:坐标的分度应与实验数据的有效数字大体相符,最适合的分度是使实验 曲线坐标读数和实验数据具有同样的有效数字位数。其次,纵横坐标之间的比例不一定取 得一致,应根据具体情况选择,使实验曲线的坡度介于30°~60°之间,这样的曲线,坐 标读数准确度较高。 (2)经验公式的确定:经验公式法,又称数学模型法。它直观地描述了过程或现象 的自变量和因变量之间的关系,也是一种重要的方法。尤其在广泛应用计算机的今天。 通常多采用图形比较法,既将实验数据绘成实验曲线,并与典型曲线相比,看实验曲 线与哪种函数曲线相似,就取哪种函数为经验公式的类型。 (3)经验公式种待定系数的确定:凡可以在普通坐标系下把数据标绘成直线或经过 适当变换后在对数坐标系上可化为直线时,均可以采用直线图解法求常数(求斜率或求截 距后根据相关关系计算出来)。 除直线图解法外,还有分组平均法,最小二乘法等。直线图解法最简单,但精度较差 最小二乘法计算复杂,但精度较髙。所以,如果使用电子计算机计算,采用最小二乘法可 以达到又快又好的效果。 为了使实验数据整理又快又好,可以采用以下的办法。 ①于在同一条件下所得到的比较稳定(既波动不大)的数据,可先取其平均值再 进行数据处理。 ②根据有效数字的运算规则,舍弃一些没有意义的数字。 ③采用常数归纳法使变量和因变量的关系更加直观,而且提髙了计算速度。所谓 常数归纳法就是将计算公式中的常数归纳为一个常数。 五关于“设计型”实验 “设计型”实验属于“提高型”实验,在完成教学大纲规定的实验教学任务之外,为 加强对学生独立动手能力和分析问题的能力而安排的实验。 设计型”实验由学生设定实验流程和确定操作参数,在规定的时间内达到规定产量 和质量的要求,最后尚需作初步的经济核算 学生在全程实验课中必须完成至少一个设计型实验。有兴趣的学生可根据自己意愿与
化工原理实验指导 - 5 - 而对于 y=ax b应采用双对数坐标，因为： lgy=lga+blgx 应该清楚的看到，在对数坐标上，标出的数值为真数，原点应该是 1 而不是零，有由 于 1，10，100 等的对数分别为 0，1，2 等，所以在坐标纸上，每一数量级的距离是相等 的。由于是真数标值，所以求取直线的斜率时，不能直接用标度数值计算，而应该用它的 对数。该斜率为 K。 K= 2 1 2 1 log log log log x x y y − − 坐标的分度：坐标的分度应与实验数据的有效数字大体相符，最适合的分度是使实验 曲线坐标读数和实验数据具有同样的有效数字位数。其次，纵横坐标之间的比例不一定取 得一致，应根据具体情况选择，使实验曲线的坡度介于 30°～60°之间，这样的曲线，坐 标读数准确度较高。 （2）经验公式的确定：经验公式法，又称数学模型法。它直观地描述了过程或现象 的自变量和因变量之间的关系，也是一种重要的方法。尤其在广泛应用计算机的今天。 通常多采用图形比较法，既将实验数据绘成实验曲线，并与典型曲线相比，看实验曲 线与哪种函数曲线相似，就取哪种函数为经验公式的类型。 （3）经验公式种待定系数的确定：凡可以在普通坐标系下把数据标绘成直线或经过 适当变换后在对数坐标系上可化为直线时，均可以采用直线图解法求常数（求斜率或求截 距后根据相关关系计算出来）。 除直线图解法外，还有分组平均法，最小二乘法等。直线图解法最简单，但精度较差； 最小二乘法计算复杂，但精度较高。所以，如果使用电子计算机计算，采用最小二乘法可 以达到又快又好的效果。 为了使实验数据整理又快又好，可以采用以下的办法。 ① 于在同一条件下所得到的比较稳定（既波动不大）的数据，可先取其平均值再 进行数据处理。 ② 根据有效数字的运算规则，舍弃一些没有意义的数字。 ③ 采用常数归纳法使变量和因变量的关系更加直观，而且提高了计算速度。所谓 常数归纳法就是将计算公式中的常数归纳为一个常数。 五 关于“设计型”实验 “设计型”实验属于“提高型”实验，在完成教学大纲规定的实验教学任务之外，为 加强对学生独立动手能力和分析问题的能力而安排的实验。 “设计型”实验由学生设定实验流程和确定操作参数，在规定的时间内达到规定产量 和质量的要求，最后尚需作初步的经济核算。 学生在全程实验课中必须完成至少一个设计型实验。有兴趣的学生可根据自己意愿与
化原理$验指 实验教师联系,在非实验时间安排多做
化工原理实验指导 - 6 - 实验教师联系，在非实验时间安排多做
化原理$验指 第二章实验内容 实验一、流体流动阻力测定 、实验目的 1.掌握流体流经直管和管阀件时阻力损失的测定方法,通过实验了解流体流动中能 量损失的变化规律。 2.测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系,将所得的λRe方程与公认经验关系 比较 3.测定流体流经闸阀等管件时的局部阻力系数ξ 4.学会压差计和流量计的使用方法 5.观察组成管路的各种管件、阀件,并了解其作用。 、基本原理 流体在管内流动时,由于粘性剪应力和涡流的存在,不可避免地要消耗一定的机械能, 这种机械能的消耗包括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻 力 1.沿程阻力 流体在水平均匀管道中稳定流动时,阻力损失表现为压力降低。即 P1-P2 影响阻力损失的因素很多,尤其对湍流流体,目前尚不能完全用理论方法求解,必须 通过实验研究其规律。为了减少实验工作量,使实验结果具有普遍意义,必须采用因次分 析方法将各变量综合成准数关联式。根据因次分析,影响阻力损失的因素有 (1)流体性质:密度p,粘度μ; (2)管路的几何尺寸:管径d,管长1,管壁粗糙度ε (3)流动条件:流速μ 可表示为: Ap=f(d, l,u, p, u,a) 7
化工原理实验指导 - 7 - 第二章 实验内容 实验一、流体流动阻力测定 一、实验目的 1．掌握流体流经直管和管阀件时阻力损失的测定方法，通过实验了解流体流动中能 量损失的变化规律。 2．测定直管摩擦系数λ与雷诺准数 Re 的关系，将所得的λ~Re 方程与公认经验关系 比较。 3．测定流体流经闸阀等管件时的局部阻力系数ξ。 4．学会压差计和流量计的使用方法。 5．观察组成管路的各种管件、阀件，并了解其作用。 二、基本原理 流体在管内流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地要消耗一定的机械能， 这种机械能的消耗包括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻 力。 1．沿程阻力 流体在水平均匀管道中稳定流动时，阻力损失表现为压力降低。即 p p p hf = − = 1 2 影响阻力损失的因素很多，尤其对湍流流体，目前尚不能完全用理论方法求解，必须 通过实验研究其规律。为了减少实验工作量，使实验结果具有普遍意义，必须采用因次分 析方法将各变量综合成准数关联式。根据因次分析，影响阻力损失的因素有， (1)流体性质：密度ρ，粘度μ； (2)管路的几何尺寸：管径 d，管长 l，管壁粗糙度ε； (3)流动条件：流速μ。 可表示为： p = f (d,l,, ,u, )
化原理$验指 组合成如下的无因次式: p dup l d ' d Ap dup 则 h,=4=2 式中, △P一一压降Pa h一直管阻力损失Jkg, p一—流体密度kg/m3 λ一一直管摩擦系数,无因次 一直管长度m d一一直管内径m u—一流体流速,由实验测定m λ—一称为直管摩擦系数。滞流(层流)时,λ=64/Re;湍流时λ是雷诺准数Re 和相对粗糙度的函数,须由实验确定. 2.局部阻力 局部阻力通常有两种表示方法,即当量长度法和阻力系数法 (1)当量长度法 流体流过某管件或阀门时,因局部阻力造成的损失,相当于流体流过与其具有相当管 径长度的直管阻力损失,这个直管长度称为当量长度,用符号1e表示。这样,就可以用 直管阻力的公式来计算局部阻力损失,而且在管路计算时.可将管路中的直骨长度与管件 阀门的当量长度合并在一起计算,如管路中直管长度为乙各种局部阻力的当量长度之和为 ∑b,则流体在管路中流动时的总阻力损失∑h为 1+>le ∑h=1-a2 (2)阻力系数法 流体通过某一管件或阀门时的阻力损失用流体在管路小的动能系数来表示,这种计算
化工原理实验指导 - 8 - 组合成如下的无因次式： ( , , ) 2 d d du l u p = 2 ( , ) 2 u d l d p du = • • 令 ( ) d du = • 则 2 2 u d p l hf = = 式中， P ——压降 Pa hf——直管阻力损失 J/kg， ρ——流体密度 kg/m3 λ——直管摩擦系数，无因次 l——直管长度 m d——直管内径 m u——流体流速，由实验测定 m/s λ——称为直管摩擦系数。滞流(层流)时，λ＝64／Re；湍流时λ是雷诺准数 Re 和相对粗糙度的函数，须由实验确定. 2．局部阻力 局部阻力通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。 (1)当量长度法 流体流过某管件或阀门时，因局部阻力造成的损失，相当于流体流过与其具有相当管 径长度的直管阻力损失，这个直管长度称为当量长度，用符号 le 表示。这样，就可以用 直管阻力的公式来计算局部阻力损失，而且在管路计算时．可将管路中的直骨长度与管件、 阀门的当量长度合并在一起计算，如管路中直管长度为乙各种局部阻力的当量长度之和为 le ，则流体在管路中流动时的总阻力损失 hf 为 2 2 u d l le hf + = (3—6) (2)阻力系数法 流体通过某一管件或阀门时的阻力损失用流体在管路小的动能系数来表示，这种计算