化工基础实验
咸阳师范学院化学与化工学院 应用化学教研室
2017/11/30
实验一 流体流型实验
一、实验目的
1、观察流体在管内流动的两种不同流型。
2、测定临界雷诺数Re c 。
二、基本原理
流体流动有两种不同型态，即层流和湍流
流体作层流流动时，其流体质点作平行于管轴的直
线运动，且在径向无脉动；
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2
u1d1 u2 d 2
2
2.伯努利方程
以单位重量流体为基准
u12 p1 u2 2 p 2 z1 H `e z 2 H f 2 g g 2 g g
2 2 u p u 无外加功 z1 1 1 z 2 2 p 2 H f 2 g g 2 g g
（即保证整个系统处于稳定流动状态），并尽可能使转子流量
计读数在刻度线上。观察记录各单管压力计读数和流量值。 3.改变流量，观察各单管压力计读数随流量的变化情况。注
意每改变一个流量，需给予系统一定的稳流时间，方可读取数
据。
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4.结束实验，关闭循环泵，全开出口阀排尽系统内流体， 之后打开排水阀排空管内沉积段流体。 注意：（1）若不是长期使用该装置，对下水槽内液体也应 作排空处理，防止沉积尘土，否则可能堵塞测速管。
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二、基本原理
在传热过程达到稳定后，有如下关系式：
Φ=qm,hCp,h ( T1 – T2) = qm,cCp,c ( T2′– T1′)
1 A1 (T TW ) m α2 A2( T W` T` ) m =KAΔTm
K q m c c pc T `2 T `1 ATm
3、过度流
随着流速的增大，红色细流的波动程度也随之增大，最后 断裂成一段段的红色细流。记录两个流量
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四、演示操作
4、湍流流动型态 当流速继续增大时，红墨水进入试验导管后立即呈烟雾状 分散在整个导管内，进而迅速与主体水流混为—体，使整个 记录两个流量 管内流体染为红色，以致无法辨别红墨水的流线。
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，
三、装置流程
管路内径为30mm； 节流件：前端面内径30mm，变截面处内径15mm，后端面处内径30mm。 直管阻力段：测量段长度为600mm。
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四、演示操作
1.先在下水槽中加满清水，保持管路排水阀、出口阀关闭状
态，通过循环泵将水打入上水槽中，使整个管路中充满流体， 并保持上水槽液位一定高度，可观察流体静止状态时各管段高 度。 2.通过出口阀调节管内流量，注意保持上水槽液位高度稳定
3.刚开始通入蒸汽时，要仔细调节阀3的开度，让蒸汽徐徐流 入换热器中，逐渐加热，由“冷态”转变为“热态”，不得 少于10分钟，以防止玻璃管因突然受热、受压而爆裂。 4.操作过程中，蒸汽压力一般控制在0.05MPa（表压）以下，
否则可能造成玻璃管爆裂和填料损坏。(本实验控制在
0.01MPa) 5.确定各参数时，必须是在稳定传热状态下，随时注意蒸汽 量的调节和压力表读数的调整。
流动了。
3.蒸汽发生器的开关在蒸汽发生器的右侧。打开针形阀，这时 蒸汽发生器就开始向换热器的壳程中供汽。控制蒸汽压力在 0.01MPa 4.打开放汽阀放出不凝气体使在换热器壳程中的蒸汽流动通畅。
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5.读取转子流量计读数。经过换算可得冷却空气的流量。 6.读取各处温度显示数值，蒸汽进出口及空气进出口的温 度需要记录。 7.改变空气流量调节阀开度，重复以上步骤，读取8-10组
60℃以下 70℃以上
C p ＝ 1005
J / (kg ∙℃), J / (kg ∙℃)。
Cp
＝
1009
空气的导热系数与温度的关系式： 空气的黏度与温度的关系式：
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2 108 t 2 8 105 t 0.0244
(2 106 t 2 5 103 t 1.7169） 105
与平均流速比较
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流量 m3/h
400 600 800 1000 1200
H机械能 H机械能 1 2
u1d1
2
u2 d 2
2
H f 1-3
Re4
λ
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三、空气-蒸汽对流给热系数的测定
一、实验目的
1.了解换热器的基本结构与操作原理； 2.学习传热系数K与对流传热系数律的经验公 式，检验通用的传热膜系数准数方程； 4.了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。
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数据分析
对于H1和H2之间
P u P u 1 1 2 2 g 2g g 2g
2 2
u1d1 u2 d 2
H1和H3间 节流件的阻力损失
p1 p3 H f 1-3 g g
2
2
以验证连续性方程。
H1 H 3 H f 1-3
高度差随流量增大而变大，可分析出局部阻力随流速变大而增大
三、实验装置及流程
1 2
主管路为
20 2
mm硬质玻璃
6 3 7 4 8
9 5
1－红墨水储槽； 2－溢流稳压槽； 3－实验管； 4－转子流量计； 5－循环泵； 6－上水管； 7－溢流回水管； 8－调节阀； 9－储水槽
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注意：
实验前，先将水充满低位贮水槽，关闭流量计后的调节阀， 然后启动循环水泵。 待水充满稳压溢流水槽后，开启流量计后的调节阀。水由稳 压溢流水槽流经缓冲槽、试验导管和流量计，最后流回低位贮
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五、实验数据记录及处理
数据记录
流型 层流 临界 过渡 湍流 流量(m3/h) Re 验证性
Re
du

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实验二 机械能转化实验
一、实验目的 1.观测动、静、位压头随管径、位置、流量的变化情 况，验证连续性方程和柏努利方程。 2.定量考察流体流经收缩、扩大管段时，流体流速与
q m c c pc T `2 T `1 0.00641005 72.6 28.8 2 K 3.14 0.016 51.27 ATm 2
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五、数据记录及处理
原始数据记录
次数
1 2 3 4
qv
20.0
T`1
28.8
T`2
72.6
T1
105.2
T2
104.8
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1. 通过近似法得空气在管内的对流传热系数α2
2 K
q m c c pc T `2 T `1 ATm
f V V f
流体作湍流流动时，其流体质点除沿管轴方向作向前
运动外，还在径向作脉动，从而在宏观上显示出紊乱
地向各个方向作不规则的运动。
流体流动型态可用雷诺准数（Re）来判断，
Re
当Re≤2000时为层流
du

当Re>4000时，圆管内已形成湍流 Re在2000至4000范围内，流动处于一种过渡状态
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管径关系。
3.定量考察流体流经直管段时，流体阻力与流量关系
4.定性观察流体流经节流件、弯头的压损情况。
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二、基本原理
1.连续性方程 1u1 A1 2 u 2 A2
而对均质、不可压缩流体， 1 2 常数 对圆管
u1 A1 u 2 A2
2
A d / 4
定性温度=(t1+t2)÷2=(28.8+72.6)÷2=50.7 (1)空气的密度与温度的关系式：ρ=10-5t2-4.5×10-3t+1.2916 ρ'=10-5×50.72-4.5×10-3×50.7+1.2916=1.0892 kg/m3
q vc 1.205 20 21m 3 / h 1.0892
三、实验装置与流程
������ 紫铜管规格：直径φ21×2.5mm，长度L=1000mm
������
外套玻璃管规格：直径φ100×5mm，长度L=1000mm
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四、实验步骤
1.打开风机电源开关的绿色按钮，启动风机，风机开始工作为 换热器提供空气。 2.调节空气流量调节阀至微开。这时换热器的管程中就有空气
对流给热系数的求法
1. 通过近似法得空气在管内的对流传热系数α2
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以管内壁面积为基准的总给热系数与对流给热系数间的关系为
bd2 d2 d2 1 1 RS 2 RS1 K 2 d m d1 1 d1
2 K
K
q m c c pc T `2 T `1 ATm
数据。
注意事项 1.先打开排冷凝水的阀 1，注意只开一定的开度，开的太 大会使换热器里的蒸汽跑掉，开的太小会使换热玻璃管 里的蒸汽压力增大而使玻璃管炸裂。
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2.一定要在套管换热器内管输以一定量的空气后，方可开启 蒸汽阀门，且必须在排除蒸汽管线上原先积存的凝结水后，
方可把蒸汽通入套管换热器中。
（2）每次实验开始前，也需先清洗整个管路系统，即先使
管内流体流动数分钟，检查阀门、管段有无堵塞或漏水情况。
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五、数据记录及分析
原始数据记录表
流量 m3/h 400 600 800
H1 mm
H2 mm H3 mm H4 mm
H5 mm
1000
1200
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数据分析 在管路充满流体且静止状态下，可观察到六根标竿高度 一致，读数也与上水槽液位相同，说明管内各处能量相等， 验证了流体静力学方程。 （此步操作也可供流动操作前的预检查，即重新标定标尺高 度一致或检查地势平稳情况） 在使管内流体流动后，可发现H1比H0低了，说明管路阻力 对流动的影响。纵向比较，可发现流量越大，H0和H1的差值 越大，说明流动阻力与流量有关。 （进一步可分析出，与流速的平方成正比。）