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化工原理实验简明讲义

哈尔滨工业大学

绪论

化工综合实验课是化工、环境、生物化工等系或专业的重要基础实验技术课。它的历史悠久，已形成了完整的教学内容与教学体系。

化工综合实验课是化工原理等课程中所涉及的理论和计算方法的实验研究，化工综合实验课在化工类专业课程中占有重要的地位。

一、 化工综合实验课的目的和意义

巩固和深化理论知识

培养学生从事实验研究的能力

培养学生从事工程设计研发的能力

培养学生实事求是、严肃认真的学习态度

二、 化工综合实验课的主要内容

化工综合实验课程的内容应包括实验理论教学与基础实验教学两大部分，实验理论教学涉及到实验方法论、数据处理、测试技术及典型仪器、仪表的使用。基础实验为化工原理全国指导委员会规定的8个实验，即

（1） 伯努力试验；

（2） 流体流动形态及雷诺数的测定；

（3） 流体流动阻力的测定；

（4） 换热器传热系数及传热膜系数的测定；

（5） 间歇填料精馏柱性能的测定；

（6） 填料塔液侧传质膜系数的测定；

（7） 流化床干燥速率曲线的测定。

除此之外，还包括萃取实验及连续填料精馏柱性能的测定等。

根据不同专业、学科的要求及学时数要求，可以选择以上10个基础实验中的若干个作为实验内容。

三、 化工综合实验课的基本要求

化工原理实验对于学生来说是第一次接触到用工程装置进行实验，学生往往感到陌生，无从下手。有的学生又因为是2人一组而有依赖心理，为了切实收到教学效果，要求每个学生必须做到以下几点：

实验前的预习

实验中的操作训练

实验后的总结

实验一伯努利试验

一、 实验目的

本实验采用一种称之为伯努利试验仪的简单装置，实验观察不可压缩流体在导管内流动时的各种形式机械能的相互转化现象。并验证机械能衡算方程（伯努利方程）。通过实验，加深对流体流动过程基本原理的理解。

二、 实验原理

=gZ2

=gZ2+P+2u2瘁

J?kg-1

(1)

三、实验装置

四、 实验方法

五、 实验结果

六、 思考题

为什么实验要保持在恒水位条件下进行？

从实验中，你能从观察现象中解释流体在直管内流动的速度与阻力损失的变化关系吗？

操作过程中为什么要排气泡？

实验中所观察的现象，对其它流体是否也相类似，对不同流体，以上现象又将发生怎样变化？

实验二流体流动型态及临界雷诺数的测定

一、 实验目的

本实验的目的，是通过雷诺试验装置，观察流体流动过程的不同流型及其转变过程，测定流型转变时的临界雷诺数。

二、 实验原理

经许多研究者实验证明：流体流动存在两种截然不同的型态，主要决定因素为流体的密度和粘度、流体流动的速度，以及设备的几何尺寸（在圆形导管中为导管直径）。

将这些因素整理归纳为一个无因次数群，称该无因次数群为雷诺准数（或雷诺数），即

(1)

下临界雷诺数为2000，上临界雷诺数为4000时，即可形成湍流。

三、实验装置

图1雷诺实验装置及流程

四、实验方法

实验前准备工作：

（1） 实验前，先用自来水充满稳压溢流水槽。将适量示踪剂（红墨水）加入贮瓶内备用，并排尽贮瓶与计头之间管路内的空气。

（2） 实验前，先对转子流量计进行标定，作好流量标定曲线。

（3） 用温度计测定水温。

实验操作步骤：

（1） 开启自来水阀门，保持稳压溢流水槽有一定的溢流量，以保证试验时具有稳定的压头。

（2） 用放风阀放去流量计内的空气，再少许开启转子流量计后的调节阀，将流量调至最小值，以便观察稳定的层流流型，再精细地调节示踪剂管路阀，使示踪剂（红墨水）的注水流速与试验导管内主体流体的流速相近，一般略低于主体流体的流速为宜。精心调节至能观察到一条平直的红色细流为止。

（3） 缓慢地逐渐增大调节阀的开度，使水通过试验导管的流速平稳地增大。直至试验导管内直线流动的红色细流开始发生波动时，记下水的流量和温度，以供计算下临界雷诺数据。

（4） 继续缓慢地增加调节阀开度，使水流量平稳地增加。这时，导管内的流体的流型逐步由层流向湍流过渡。当流量增大到某一数值后，示踪剂（红墨水）一进入试验导管，立即被分散呈烟雾状，这时表明，流体的流型已进入湍流区域。记下水的流量和温度数据，以供计算上临界雷诺数。

这样实验操作需反复进行数次（至少5-6次），以便取得较为准确的实验数据。

实验操作注意事项：

（1） 本实验示踪剂采用红墨水，它由红墨水贮瓶，经连接软管和注射针头，注入试验导管。应注意适当调节注射针头的位置，使针头位于管轴线上为佳。红墨水的注射速度应与主体流体流速相近（略低些为宜），因此，随着水流速的增大，需相应地细心调节红墨水注射流量，才能得到较好的实验效果。

（2） 在实验过程中，应随时注意稳压水槽的溢流水量，随着操作流量的变化，相应调节自来水给水量，防止稳压槽内液面下降或泛滥事故的发生