化工原理实验

实训一 四位一体多功能管路拆装实训

一、实训项目

1. 掌握流程图的识读

2. 认识管路拆装设备的管件

3. 根据提供的流体输送流程图，准确填写安装管线所需管道、管件、阀门、仪表的规格型号及数量等的材料清单；准确列出组装管线所需的工具和易耗品等领件清单并正确领取工具和易耗品。

4. 进行管线的组装、管道的试压、管线的拆除。

二、实训要求

1. 化工管路装拆的基本要求

化工管路布置的一般要求：在管路布置及安装时，主要考虑安装、检修、操作的方便及安全，同时尽可能减少基建费用，并根据生产的特点、设备的布置、材料的性质等加以综合考虑。

1) 化工管路安装时，各种管线应成平行铺设，便于共用管架，要尽量走直线，少拐弯，

少交叉，以节约管材，减小阻力，同时力求做到整齐美观；

2) 为便于操作及安装检修，并列管路上的零件与阀门位置应错开安装；

3) 管子安装应横平竖直，水平管其偏差不大于15mm/10m，垂直管其偏差不大于

10mm/10m；

4) 管路安装完毕后，应按规定进行强度和严密度试验；

5) 管路离地面的高度以便于检修为准，但通过人行道时,最低点离地面不得小于2m 2. 常见管件及阀门、流量计的安装要求：

转子流量计是用来测量管系中流体流量的，其安装有严格的要求。它必须垂直安装在管系中，若有倾斜，会影响测量的准确性，严重时会使转子升不上来。转子流量计前后各应有相应的直管段，前段应有15～20d的直管段，后段应有5d左右的直管段（d为管子内径），以保证流量的稳定。 3. 阀门的装拆：

截止阀结构简单，易于调节流量，但阻力较大。安装时，应使流体从阀盘的下部向上流动，目的是减小阻力，开启更省力。在关闭状态下阀杆、填料函部不与介质接触，以免阀杆等受腐蚀。

闸阀密封性能好，流体阻力小，但不适用输送含有晶体和悬浮溶物的液体管路中。 4. 活动接头

是管系中常见的管件，在闭合管系时，它应是最后安装，拆除管系时，应首先从活动接头动手。

5. 泵的管路布置

总的原则是保证良好的吸入条件与检修方便：

（1）为增加泵的允许吸上高度, 吸入管路应尽量短而直，减少阻力, 吸入管路的直径不应小于泵吸入口直径。

（2）在泵的上方不布置管路，有利于泵的检修。

1

三、 管路拆装实训装置流程图

67981213PI025PI011011432141四、实训心得

2

实训二 流体输送综合实训

一、实训目的

化工生产涉及的物料大部分是流体，涉及的过程绝大部分是在流动条件下进行的。流体流动的规律是化工原理的重要基础。

1.认识流体流动设备结构

2.认识流体流动装置流程及仪表 3.掌握流体流动装置的运行操作技能 4.学会常见异常现象的判别及处理方法

二、实训原理

1. 流体流动基本原理

1.1流体流动阻力

设有间距甚小的两平行平板，其间充满流体。下板固定，上板施加一平行于平板的切向力F，使此平板以速度u做匀速运动。紧贴于运动板下方的流体层以同一速度u流动，而紧贴于固定板上方的流体层则静止不动。两板间各层流体的速度不同，其大小如图中箭头所示。单位面积的切向力（F/A）即为流体的剪应力τ。对于大多数流体，剪应力τ服从下列牛顿黏性定律：

?＝?du（1） dy—

法向速度梯度，1/s —

μ — 流体的黏度，N?s/m2，即Pa?s τ — 剪应力，Pa

流体在管道内流动时，由于流体的黏性作用和涡流的影响会产生阻力。直管的摩擦系数是雷诺数和管的相对粗糙度（?/d）的函数，即?＝??Re，?/d?，因此，相对粗糙度一定，

式中

du dyλ与Re有一定的关系。根据流体力学的基本理论，摩擦系数与阻力损失之间存在如下关系：

lu2（2）

hf??d2—

阻力损失，J/kg —

l — 管段长度，m d — 管径，m u — 流速，m/s λ — 摩擦系数

管路的摩擦系数是根据这一理论关系来测定的。对已知长度、管径的直管，在一定流速范围内，测出阻力损失，然后按（2）式求出摩擦系数。根据能量守恒方程：

式中

hf

2u12p2u2?z1g??w??z2g??hf（3） ?2?2在一条等直径的水平管上选取两个截面，测定?～Re的关系，则这两截面间管段的阻力损失便简化为

p1hf?p1?p2???p（4）

?两截面间管段的压力差ΔP可以用压差传感器测量，故可计算出hf。

3

用涡轮流量计测定流体通过已知管段的流量，在已知d的情况下流速可以通过式V??d2u4计算，由流体的温度可查得流体的密度、黏度，因此，对于每一组测得的数据可分别计算出对应的λ和Re。

1.2文丘里流量计

节流式流量计是利用流体流经节流装置时产生压力差而实现流量测量的。它通常是由能将被测流量转换成压力信号的节流元件（如孔板、喷嘴等）和测量压力差的压差计组成。下图式节流式流量计的一种——文丘里流量计。它采用了渐缩和渐扩管，避免了突然的缩小和突然的扩大，与其它节流元件相比，大大地降低了阻力损失。

为了避免流量计长度过大，收缩角可取得大一些，通常为15°～25°；扩大角仍需取得小些，一般为5°～7°。流量采用下式计算：

Vs?CA02?P（5）

?式中 Vs —— 被测流体的体积流量，m3/s C —— 流量系数，无因次 A0 —— 流量计节流孔截面积，m2 ΔP —— 流量计上、下游两取压口之间的压差，Pa ρ —— 被测流体的密度，kg/ m3

文丘里流量计的流量系数C约为0.98～0.99，阻力损失（J/kg）为

2（6） hf?0.1u0式中，u0为喉孔流速，m/s。它的能量损失为各种节流装置中最小的，流体流过文丘里管后压

力基本能恢复。但制造加工复杂，成本高。

1.3离心泵

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N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：

（1）H的测定

在泵的吸入口和排出口之间列伯努力方程

22P出u出P入u入Z入＋＋＋H＝Z出＋＋＋Hf入－出（8）

?g2g?g2g22P出－P入u出－入H＝（Z出－Z入）＋＋＋Hf入－出（9）

?g2g上式中Hf入－出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，与伯努力方程中其它项比较，

Hf入－出值很小，故可忽略。于是（9）式变为：

22P出－P入u出－入（10） H＝（Z出－Z入）＋＋?g2g 4

将测得的（Z出－Z入）和（P出－P入）的值以及计算所得的u入，u出代入上式即可求得H的值。

（2）N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＝电机的输出功率，KW（11）

电机的输出功率＝电机的输入功率?电机的效率（12） 泵的功率＝功率表的读数?电机效率，KW（13）

（3） η的测定：

?＝NeHQ?gHQ??KW（14） ，其中Ne?N1000102η

N Ne H Q ρ

—— —— —— —— —— ——

泵的效率

泵的轴功率，KW 泵的有效功率，KW 泵的压头，m 泵的流量，m3/h

被测流体的密度，kg/ m3

式中

（4）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。

管路特性曲线是指流体流经管路系统的流量与所需压头之间的关系。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，如同通过改变阀门开度来改变管路特性曲线，求出泵的特性曲线一样，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。

5

三、实训内容

（一）流体阻力测定

1. 训练目标

学习直管摩擦阻力?Pf、直管摩擦系数λ的测定方法，掌握直管摩擦系数λ与雷诺数Re和相对粗糙度之间关系的测定方法及变化规律，学习压差的几种测量方法。

2. 操作要求

（1）打开离心泵1入口管线的相应阀门。 （2）启动离心泵1，全开离心泵1出口阀门。 （3）在大流量下进行管路排气。

（4）打开光滑管路的相应阀门（或粗糙管路的相应阀门）。

（5）将涡轮流量计设定到某一数值，待流动稳定后记录下流量FI01与摩擦压降PI01的读数。 （6）切换到另一条管路进行实验。 （7）关闭离心泵，将各阀门恢复至开车前的状态。

3. 数据记录

表1实验记录 测量管规格Φ22×3mm，长1.6mm 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 流量 进出口压力差

4. 数据处理

lu2（1） hf??d2式中

hf

l d u λ

—— — — — —

阻力损失，J/kg 管段长度，m 管径，m 流速，m/s 摩擦系数

p1

2u12p2u2?z1g??w??z2g??hf（2） ?2?26

hf?p1?p2???p（3）

?

表2数据处理 测量管规格Φ22×3mm，长1.6mm 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

流速 阻力损失 摩擦系数 Re 5.实验心得

7

（二）离心泵性能测定

1.实验操作

1.打开离心泵1入口管线相应阀门，启动离心泵。

2.泵出口调节阀全开，将涡轮流量计设定到某一数值，待流动稳定后同时读取流量（FI01）、泵出口处的压强（PI04）、泵进口处的真空度（PI03）、功率等数据。

3.关小流量调节阀，从大流量到小流量依次测取10~15组实验数据。 4.将出口阀调节阀全开，逐次调节离心泵的频率（20－50Hz之间），分别在不同的频率下读取流量（FI01）、泵出口处的压强（PI04）、泵进口处的真空度（PI03）等数据。

5.实验完毕，关闭泵的出口阀门，停泵。

2.数据记录

表1数据记录

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 流量 （m3/h） 入口真空度 （KPa） 出口压强 （KPa） 压头 He 功率 Ne 功率表读数 （W） 泵效率

3.根据实验数据画出He-qV、Ne-qV、η-qV之间的关系曲线。

（1）H的测定

在泵的吸入口和排出口之间列伯努力方程

22P出u出P入u入Z入＋＋＋H＝Z出＋＋＋Hf入－出（1）

?g2g?g2g22P出－P入u出－入H＝（Z出－Z入）＋＋＋Hf入－出（2）

?g2g上式中Hf入－出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，与伯努力方程中其它项比较，

Hf入－出值很小，故可忽略。于是（9）式变为：

8

22P出－P入u出－入（3） H＝（Z出－Z入）＋＋?g2g将测得的（Z出－Z入）和（P出－P入）的值以及计算所得的u入，u出代入上式即可求得H

的值。

（2）N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＝电机的输出功率，KW（4）

电机的输出功率＝电机的输入功率?电机的效率（5） 泵的功率＝功率表的读数?电机效率，KW（6）

（3） η的测定：

?＝NeHQ?gHQ??KW（14） ，其中Ne?N1000102η

N Ne H Q ρ

—— —— —— —— —— ——

泵的效率

泵的轴功率，KW 泵的有效功率，KW 泵的压头，m 泵的流量，m3/h

被测流体的密度，kg/ m3

式中

9

（三）文丘里流量计标定

1.训练目标

了解常用流量计的构造、工作原理、主要特点，掌握流量计的标定方法；了解节流式流量计流量系数C随雷诺数的变化规律，流量系数C的确定方法。

2.操作要求

（1）打开离心泵1入口管线相应阀门，启动离心泵，全开泵出口调节阀。

（2）将涡轮流量计（FI01）固定在某一流量，待流动稳定后记录与之相对应的文丘里流量计的压降读数。

（3）关小出口调节阀门，依次减小涡轮流量计的流量，重复步骤2。 （4）实验结束时关闭离心泵，将各阀门恢复开车前的状态。

3.操作数据记录

表1数据记录 文丘里流量计喉径25mm 序号 1 2 3 4 5 6 涡轮流量计读数m3/h 表1数据记录 文丘里流量计喉径25mm 序号 1 2 3 4 5 6 涡轮流量计读数m3/h 雷诺数Re 文丘里流量流量系数c 计压降KPa 文丘里流量计压强降KPa 4.数据处理 5.实训心得 Vs?CA02?P（5）

?式中 Vs C A0 ΔP ρ —— —— —— —— ——

被测流体的体积流量，m3/s 流量系数，无因次

流量计节流孔截面积，m2

流量计上、下游两取压口之间的压差，Pa 被测流体的密度，kg/ m3

10

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/v3ig.html