《环境工程原理实验指导书》-环境工程专业

环境工程原理实验指导书目录前言----------------------------------------------------------------------------------------------------2实验守则-------------------------------------------------------------------------------------------------3对学生基本要求----------------------------------------------------------------------------------------3实验一化工流体过程综合实验-------------------------------------------------------------------4实验二恒压过滤常数测定实验-------------------------------------------------------------------12实验三传热综合实验-------------------------------------------------------------------------------16实验四填料吸收塔实验----------------------------------------------------------------------------23、1前言21世纪人类将进入知识经济的时代，人们正将其视为继农业经济、工业经济之后人类社会所面临的又一次生产方式、生活方式乃至思维方式的历史性变革。面对知识经济的到来，我国高等教育改革势在必行，以培养出知识面宽广且具有较强创新能力的人才。化工原理实验作为化工类创新人才培养过程中重要的实践环节，在化工教育中起着重要的作用，它具有直观性、实践性、综合性和创新性，而且还能培养学生具有一丝不苟、严谨的工作作风和实事求是的工作态度。因此，以培养实验研究过程中所需的各种能力和素质为目的，以强化创新能力为重点，对化工原理实验进行了相应的改革，更新了全部实验内容。更新后的实验主要是符合“素质教育”需要的综合型、研究型、设计型实验，同时实验设备也达到了国内领先水平。本书作为化工原理实验的指导书。其具有如下特点：（1）将实验研究过程中所需要的各种能力，通过不同的实验来培养；而工作作风和态度的培养则贯穿于每个实验环节。（2）实验内容各专业稍有差别，真正达到因材施教的目的。（3）实验内容尽可能接近工厂实际，以训练工程能力。由于编者水平有限，时间仓促，书中难免有不妥和错误之处，恳切希望读者批评指出。2实验守则要讲究科学态度要遵守课堂纪律要敢于实事求是要勤于动脑动手要尊重老师指导要爱护仪器设备要注意人身安全要保持环境卫生对学生基本要求⒈实验前必须到现场结合实验装置，进行实验预习，列出书写报告所需要的原始数据表，并通过老师的检查提问，方可参加实验。⒉实验做完后，所记录的数据经指导老师检查合格后，才可结束实验；实验若有短缺或不合理应该补全或重做。结束实验后，指导老师在原始数据表上签字。⒊实验结束后，应将使用的仪器设备整理复原。检查水源、电源、汽源等是否已确实关断，并将场地打扫干净。⒋用计算机整理数据时，要爱护计算机，不要胡乱操作，如计算机出现问题要及时报告老师，要节约打印纸。⒌实验后要认真写实验报告，报告要求独立完成，若发现彼此抄袭，对有关的所有人3都给低于及格分数线的低分。⒍实验报告中，除了包括实验数据与计算结果的表格以及需要的标绘曲线外，还必须有计算举例。同组人取实验的不同序号进行举例，列出全部数字运算过程；若发现同组中两人用相同的序号进行计算举例，则两人的报告均给低分。⒎对实验所测得的数据结果做必要的分析、讨论。实验一化工流体过程综合实验一、实验方法1.掌握测定流体阻力的实验方法。2.掌握测定流体流经直管时摩擦系数与雷诺数Re之间的关系。3.掌握离心泵的操作方法，了解离心泵的结构与性能。4.掌握离心泵特性曲线和管路特性曲线的测定方法。5.掌握流量计的标定方法。6.学习压强差的几种测量方法和技巧。7.掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。二、实验原理Ⅰ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)/(Re,df，对一定的相对粗糙度而言，(Re)f。流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路阻力引起的能量损失为：ffPPPh21（1）又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式）22udlhfPf（2）整理（1）（2）两式得22uPldf（3）udRe（4）4式中：d——管径，m；fP——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。在实验装置中，直管段管长l和管径d都已固定。若水温一定，则水的密度ρ和粘度μ也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降△Pf与流速u（流量V）之间的关系。根据实验数据和式（3）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（4）计算对应的Re，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与Re的关系曲线。Ⅱ流量计性能测定流体通过节流式流量计时，在流量计上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量的关系为：12002()sPPVCA（5）式中：VS(Q)——被测流体(水)的体积流量，m3/s；0C——流量系数，无因次；0A——流量计节流孔截面积，m2；12()PP——流量计上、下游两取压口之间的压强差，Pa；——被测流体(水)的密度，kg／m3。用涡轮流量计作为标准流量计来测量流量VS。每一个流量在压差计上都有一对应的读数，将压差计读数△P和流量Vs绘制成一条曲线，即流量标定曲线。同时用上式整理数据可进一步得到C0—Re关系曲线。Ⅲ离心泵性能的测定（一）离心泵特性曲线离心泵是最常见的液体输送设备。在一定的型号和转速下，离心泵的扬程H、轴功率及效率η均随流量Q而改变。通常通过实验测出H—Q、N—Q及η—Q关系，并用曲线表示之，称为特性曲线。特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用泵的重要依据。泵特性曲线的具体测定方法如下：⒈H的测定：在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程出入入出入出入出出入出出出入入入）ffHguugPPZZHHgugPZHgugPZ2(2222225上式中出入fH是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力(不包括泵体内部的流动阻力所引起的压头损失)，当所选的两截面很接近泵体时，与柏努利方程中其它项比较，出入fH值很小，故可忽略。于是上式变为：guugPPZZH2(22入出入出入出）将测得的）入出ZZ(和入出PP的值以及计算所得的u入，u出代入上式即可求得H的值。⒉N的测定：功率表测得的功率为电动机的输入功率。由于泵由电动机直接带动，传动效率可视为1.0，所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。即：泵的轴功率N＝电动机的输出功率，kW电动机的输出功率＝电动机的输入功率×电动机的效率。泵的轴功率N＝功率表的读数×电动机效率，kw。⒊η的测定NNe其中1021000HQgHQNekw式中：η——泵的效率；N——泵的轴功率，kwNe——泵的有效功率，kwH——泵的压头，mQ——泵的流量，m3/sρ——水的密度，kg/m3（二）管路特性曲线当离心泵安装在特定的管路系统中工作时，实际的工作压头和流量不仅与离心泵本身的性能有关，还与管路特性有关，也就是说，在液体输送过程中，泵和管路二者是相互制约的。在一定的管路上，泵所提供的压头和流量必然与管路所需的压头和流量一致。若将泵的特性曲线与管路特性曲线绘在同一坐标图上，两曲线交点即为泵在该管路的工作点。因此，可通过改变泵转速来改变泵的特性曲线，从而得出管路特性曲线。泵的压头H计算同上。6三、实验装置与流程（一）实验装置、流程示意图见图1图1流动过程综合实验装置1—水箱；2—水泵；3—入口真空表；4—出口压力表；5,16—缓冲罐；6,14—测局部阻力近端阀；7,15—测局部阻力远端阀；8,17—粗糙管测压阀；9,21—光滑管测压阀；10—局部阻力阀；11—文丘里流量计；12—压力传感器；13—涡流流量计；18—阀门；719—光滑进口管阀门；20—粗糙管进口阀门；22—小流量计；23—大流量计；24—阀门；25—水箱放水阀；26—倒U型管放空阀；27—倒U型管压差计；28,30—倒U型管排水阀；29,31—倒U型管平衡阀；32，33—文丘里测压阀图2流动过程综合实验流程示意图（二）设备的主要技术数据：Ⅰ.流体阻力⒈被测直管段：型号光滑管管径d(m)粗糙管管径d(m)管长L(m)LZT—B0.0080.0101.715LZT—20.0080.0101.698⒉玻璃转子流量计：型号测量范围精度LZB—25100~1000（L/h）1.5LZB—1010~100（L/h）2.5⒊压差传感器：型号：LXWY测量范围：200KPa⒋数显表：型号：501测量范围：0~200Kpa⒌离心泵：型号：WB70/055流量：20—200（1／h）扬程：19—13.5(m)电机功率：550（W）电流：1.35(A)电压：380（V）Ⅱ.流量计性能设备型号涡轮流量计流量Q(m3/h)文丘里喉径d(m)实验管路管径D(m)LZT—B仪表直接显示0.0200.043LZT—2用下面公式计算：Vs（Q）=f/ξ=(f/77.468)×(3600/1000)式中：f—涡轮流量计频率，（赫兹）；ξ—涡轮流量计仪表常数ξ=77.4680.0200.043Ⅲ.离心泵性能⒈离心泵型号WB70/055流量Q=4m3/h，扬程H=8m，轴功率N=168w，电机效率为60%⒉真空表用于泵吸入口真空度的测量8盘真径-100mm测量范围-0.1-0MPa精度1.5级真空表测压位置管内径d1=0.025m⒊压力表用于泵出口压力的测量表盘直径-100mm测量范围0-0.25MPa精度1.5级压强表测压位置管内径d2=0.025m⒋流量计涡轮流量计精度0.5级；⒌功率表型号501精度1.0级⒍两测压口之间距离真空表与压强表测压口之间的垂直距离h0=0.35mⅣ.管路特性变频器：型号：N2-401-H规格：（0-50）Hz（三）实验流程1．流体阻力的测量流程：水泵2将储水槽1中的水抽出，送入实验系统，经玻璃转子流量计22,23测量流量，然后送入被测直管段测量流体流动的阻力，经回流管流回储水槽1。被测直管段流体流动阻力ΔP可根据其数值大小分别采用变送器12或空气—水倒置Ｕ型管来测量。2．流量计、离心泵性能的测定流程：水泵2将水槽1内的水输送到实验系统，用流量调节阀18调节流量，流体经涡轮流量计13计量，回到储水槽。同时测量文丘里流量计两端的压差，离心泵进出口压强、离心泵电机输入功率。3．管路特性的测量流程：流量调节阀18调节流量调节到某一位置，改变电机频率，测定涡轮流量计的频率，泵入口真空度，泵出口压强四、实验内容及操作步骤Ⅰ直管摩擦系数与雷诺数Re的测定⒈向储水槽内注满水（蒸馏水，以保持流体清洁）。关闭流量调节阀18，压力表4的开关及真空表3的开关。2.启动实验装置总电源，预热约15分钟，用变频调速器上∧、∨及＜键设定频率后，按run键启动离心泵。⒊光滑管阻力测定：9⑴如图3，关闭粗糙管进水阀——20、粗糙管测压进出水阀——（17，8）、测局部阻力近端阀——(6,14)、测局部阻力远端阀——（7,15）、局部阻力阀——10、文丘里流量计测压阀——（32，33）。⑵在流量为零条件下，打开光滑管进水阀—19，旋开倒置U型管（如图３）进水阀29和出水阀31（LTZ—B型这样操作。对LTZ—2型操作则相反，即：旋开倒U型管进水阀28和出水阀30），检查导压管内是否有气泡存在。若倒置