化工原理实验操作说明书75页.docx
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化工原理实验操作说明书75页
化工原理实验操作说明书
柏努利方程演示实验(流体转能实验)
一、实验目的:
1、了解在稳定流动过程中,各种形式的机械能(动能,位能,静压能)之间相互转化的关系和机械能的外部表现,并运用柏努利方程分析所观察到的各种现象。
2、了解测压点的布置,几何结构对压力示值的影响。
二、原理简述:
当不可压缩流体在管内做稳定流动(同一种连续流体,定常流动,截面速度分布正常)时,两个截面1-1和2-2柏努利方程式为:
各点的静压强可直接由实验装置中测压管内的水柱高度测得,即可分析管路中任意两截面由于位置,速度变化以及两截面之间的阻力所引起的静压强变化。
根据上BNL方程分析任意两测点的压力变化情况,再对比实际情况,进行分析。
在分析过程中区别压差与玻璃测压管中液面差之间的区别。
三、实验装置(见上页图)
实验装置由循环泵、转子流量计、有机玻璃管路、循环水池和实验面板组成。
管路上装有进出口阀门和测压玻璃管。
管路中安装了23个测压点。
在φ40管的突扩和突缩处设置有两个排气点,在φ40管下设置有放净口。
四、实验方法与现象观察:
循环水槽内无杂物,尽量灌满水。
全开回路阀,全关进口阀和出口阀,启动泵;
全开出口阀,全开进口阀,逐渐关小回路阀到全关,使管内水流量达到最大。
此时可反复调节出口阀,观察系统内空气是否排出。
若最后粗管内剩余气泡可采用放气孔排出。
排净气体后全开出口阀。
此阶段为排气阶段;
逐渐开大回路阀,调节水流量。
当调到合适水流量时,可进行现象观察;建议,本实验可进行大流量和小流量两种情况演示。
大流量以第1实验测压管内液面接近最大,小流量则以最后1个实验测压管内液面接近最低。
除注意由于位能,动能(扩大或缩小)、动能转化为静压能、摩擦损失引起的静压示值变化外,还可注意由于引射,局部速度分布异常而引起的示值异常,了解测压点的布置,以及相对压力示值的可能影响。
同一流速下现象观察分析:
1、由上向下流动现象(1-2点);
2、水平流动现象(3-4-5-6点);
3、突然扩大旋涡区压力分布情况(6-7-8-9-10-11-12-13-15点);
4、毕托管工作原理(13-14点);
5、突然缩小的缩脉流区压力分布情况(16-17-18-19-20点);
6、由下向上流动情况(22-23点);
7、直管阻力测定原理(1-2点,4-5-6点,18-19点,22-23点等);
8、局部阻力测定原理(2-4点和21-22点的弯头测定原理,6-12点突扩和16-19点的突缩测定原理)。
阀门调节现象观察:
1、分别关小进、出口阀观察各点静压强的变化情况;
2、关小进口阀并开大出口阀(或关小出口阀并开大进口阀)维持流量与阀门改变前后相同,观察各点静压强的变化情况;
转子流量计现象观察:
结构、原理、安装注意
操作时的补充说明
1、排气操作:
当溢流管有溢流时,关出口阀,完全开大进口阀(让水从各测压点流出);然后开出口阀排主管气(可以关小,开大,反复进行,直到排完为止),然后调节出口阀到合适位置;再关小进口阀到合适位置。
注意事项
1、使用勿碰撞设备,以免玻璃损坏。
2、在冬季造成室内温度达到冰点时,应从放水口将玻璃管内水放尽。
水箱内严禁存水。
雷诺实验
一、实验目的
1、了解流体在圆管内的流动形态及其与雷诺数Re的关系。
2、观察流体在圆管内做稳定层流及湍流两种情况下的速度分布。
3、观察湍流时壁面处的层流内层。
二、实验原理
雷诺数Re=duρ/μ,一般情况下Re<(2000~3000)时,流动形态为层流,Re>4000时流动形态为湍流。
测出水流量q,可计算出对应的Re。
Re=2000时,管内水流量约为140l/h;
Re=4000时,管内水流量约为280l/h;
三、实验装置
在300×400×500的有机玻璃溢流水箱内安装有一根内径为25、长为1330毫米的长有机玻璃管,玻璃管进口作成喇叭形以保证水能平稳地流入管内,在进口端中心处插入注射针头,通过小橡皮管注入显色剂——红墨水。
自来水源源不断流入水箱,并从上部溢流口排出,管内水的流速可由管路下游的阀门控制。
本实验消耗和自备设施:
水和红墨水:
四、实验方法与现象观察
1、开启上水阀至溢流槽出现溢流,为保证水面稳定,应维持少量溢流(溢流越小越好)。
2、缓和开启实验出口阀门。
开放气阀放出玻璃管内空气,调节红墨水阀(调解显示剂流速与管内水流速度一致)。
3、自小到大再自大到小调解流量,计算流型转变的临界雷诺数。
4、观察层流和湍流时速度分布侧形的差别。
5、观察湍流时壁面处的层流内层。
操作时的补充说明
1、由于红墨水的密度大于水的密度,因此为使从针头出来的红墨水线不发生沉降,需对红墨水用水稀释50%左右。
2、在观察层流流动时,当把水量调足够小的情况下(在层流范围),禁止碰撞设备,甚至周围环境的震动、以及水面风的吹皱均会对线型造成影响。
为防止上水时造成的液面波动,上水量不能太大,维持少量溢流即可。
3、红墨水流量太大,超过管内实际水流速度,容易造成红墨水的波动;太小,红墨水线不明显不易观测。
这需要教师的实际操作摸索。
4、在观察层流速度分布时,需预先将流量调节到层流,然后用手堵住出口,在喇叭口内注入大量红墨水,然后放开水流动,观测红墨水的形状;在观测湍流时的速度分布和层流底层现象时,需预先将流量调节到最大,方法同上。
注意事项
1、在移动该装置时,注意平稳;虽然玻璃厚度较厚且经过钢化处理,但毕竟是玻璃,严禁磕碰。
2、长期不用时,应将水放净,并用湿软布轻擦拭玻璃箱,防止水垢等杂物粘在玻璃上;用布将上口盖住以免灰尘落入。
3、在冬季造成室内温度达到冰点时,水箱内严禁存水。
过滤实验
一、实验目的
1、了解板框过滤机的构造和操作方法;学习定值调压阀、安全阀的使用;
2、学习过滤方程式中恒压过滤常数的测定方法;
3、测定洗涤速率与最终过滤速率的关系;
4、了解操作条件[压力]对过滤速度的影响,并测定出比阻。
二、实验装置
实验装置由配浆槽、物料加压罐、洗水罐、板框过滤机、计量槽等部分组成。
流程如图所示。
1、物料加压罐
罐φ300×450的总容积为28升,液面不超过进气口位置,有效容积约21升。
2、配浆槽
尺寸为φ350直筒高350锥高150,锥容积5升。
为了配物料加压罐中21升,直筒内容积应为16升,直筒内液体高为166mm。
因此,直筒内液面到上沿高应为350-166=184mm。
为了配置约5%—7%的质量百分比轻质MgCO3溶液,先将水加到一定,按21升水约21Kg,加MgCO3约1.5Kg。
3、洗水罐:
φ100×450容积为10升。
4、板框过滤机
1#滤板(非过滤板)一块;3#滤板(洗涤板)二块;2#滤框四块;以及两端的两个压紧档板,作用同1#滤板,因此也为1#滤板。
过滤面积
滤框厚度=12mm;
四个滤框总容积
5、计量筒
尺寸为φ133×2,1个8升,横截面=πd2/4=π*0.1292/4=0.01306m2
6、缓冲罐
φ133×300容积为4升。
三、实验操作
准备一:
板框过滤机的滤布安装。
按板、框的号数以1-2-3-2-1-2-3-2—1的顺序排列过滤机的板与框(顺序、方位不能错)。
把滤布用水湿透,再将湿滤布覆在滤框的两侧(滤布孔与框的孔一致)。
然后用压紧螺杆压紧板和框。
过滤机固定头的4个阀均处于关闭状态。
准备二:
加水。
在配浆槽内加水使水面到上沿180mm处,为配制一定浓度加水约21升。
在洗涤罐内加水约3/4,为洗涤做准备。
准备三:
清理缓冲罐。
打开缓冲罐下的放液阀,将缓冲罐内积存的液体放入加压罐内,然后关闭放液阀。
准备四:
配原料滤桨。
将固体粉末轻质碳酸镁约1.5Kg倒入配浆槽内,加盖。
启动压缩机,逐渐开启配浆槽内的气动搅拌阀F3,使其气动搅拌使液相混合均匀。
后关闭F3,将物料加压罐的放空阀F4打开,开F5将配浆槽内配制好的滤浆放进物料加压罐。
料放完后关闭F4和F5。
准备五:
物料加压。
开启F12。
先确定在什么压力下进行过滤,本实验装置可进行三个固定压力下的过滤,分别由三个定值调压阀并联控制,从下到上分别是0.1、0.15、0.2MPa。
以实验0.2MPa为例,全开定值调压阀前的F6-1,定值调压阀工作,压力指示在0.2MPa,约1/3开启定值调压阀后的F7-1(这里一定要注意,若全开F7-1,会使定值调压阀下游压力急降而导致定值调压阀无法正常工作)。
使压缩空气进入物料罐内下部的气动搅拌盘,使气体鼓泡搅动物料罐内的物料保持浓度均匀,同时将密封的物料罐内的料液加压。
当物料加压罐内的压力维持在0.2MPa时,可准备过滤。
过滤:
开上边的两个出滤液出口阀,全开下方的滤浆进入球阀,滤浆便被压缩空气的压力送入板框过滤机过滤。
滤液流入称量筒,可测取一定体积的滤液量所需要的时间(本实验建议每升高50mm读取时间数据)。
待滤渣充满全部滤框后(此时滤液流量很小,但仍呈线状流出)。
关闭滤浆进入阀,停止过滤。
洗涤:
物料洗涤时,关闭物料罐进气阀,打开连接洗水罐的压缩空气进气阀,压缩空气进入洗涤罐,维持洗涤压强与过滤压强一致。
关闭过滤机固定头右上方的滤液出口阀,启开其左下方的洗水进入阀,洗水经过滤渣层后流入称量筒,测取有关数据。
卸料:
洗涤完毕后,关闭进水阀,旋开压紧螺杆,卸出滤渣,清洗滤布,整理板和框。
板框及滤布重新安装后,进行另一个压力操作。
过滤:
由于物料罐内有足够的同样浓度的料液,可调节过滤压力进行过滤操作,作出该压力下的过滤数据。
完毕后卸料,再清洗安装,可作第三个压力下的过滤数据。
结束一:
全部过滤洗涤结束后,关闭洗涤进气阀,打开物料压力罐进气阀,盖住配浆槽盖,打开放料阀F14,用压缩空气将物料罐内的剩余悬浮液送回配浆槽内贮存,关闭物料进气阀。
结束二:
打开物料罐放空阀。
清理缓冲罐--将缓冲罐下阀打开,将缓冲罐内积存的液体放入物料罐内,然后关闭阀门。
清洗物料罐及其液位计--打开洗水罐进气阀,使物料罐保持常压。
打开物料罐液位计上部旋塞,打开高压清水阀F16,让清水洗涤物料罐液位计,以免剩余悬浮液沉淀,堵塞液位计、管道和阀门等。
结束三:
关闭洗水罐进气阀,停压缩机。
四、实验原理
1、恒压过滤方程式为:
(V+Ve)2=KA2(τ+τ0)
(1)
式中:
V――滤液体积,m3;
Ve――过滤介质的当量滤液体积,即虚拟的滤液体积,m3;
K――过滤常数,m2/s;
A――过滤面积,m2;
τ――相当于得到滤液V所需的过滤时间,s;
τ0――相当于得到滤液V0所需的过滤时间,s;
上式也可以写为:
(q+qe)2=K(τ+τ0)
(2)
式中:
q=V/A,即单位过滤面积的滤液量,m;
qe=Ve/A,即单位过滤面积的虚拟液量,m。
2、过滤常数K、qe、τ0测定法
将式
(2)对Q求导数,得
(3)
这是一个直线方程式,以dτ/dq对q在普通坐标纸上标绘必得一直线,它的斜率为2/K,截距为2qe/K,但是dτ/dq难以测定,故实验时可用Δτ/Δq代替dθ/dq即
(4)
因此,我们只需在某一恒压下进行过滤,测取一系列的q和Δτ、Δq值,然后在笛卡儿坐标上以Δτ/Δq为纵坐标,以q为横坐标(由于Δτ/Δq的值是对Δq来说的,因此图上q的值应取其此区间的平均值)。
即可得到一直线,这条直线的斜率为2/K,截距即为2qe/K,由此可求出K及qe,再以q=0,τ=0带入式
(2)即可求得τe。
3、涤速率与最终过滤速率关系的测定
洗涤速率的计算
(5)
式中:
Vw――洗液量,m3
τw――洗涤时间,s。
最终过滤速率的计算:
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- 化工 原理 实验 操作 说明书 75