化工流体综合实验

序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

入口压力 P1 (MPa)

0 0 0 0 0 0 0.001 0.0035 0.0065 0.01 0.013 0.016

工 流 体 过 程 实 验 数 据 表2 离 心 泵 性 能 测 定 实 验 数 据 处 液体温度：26.6℃ 液体密度ρ =998.05kg/m 泵进出口高度= 泵轴功率 出口压力 电机功率 流量Q 压头h P1 N (kw) (m^3/h) (m) (MPa) (KW) 0.21 0.21 0 21.82855251 0.1365 0.205 0.46 1.21 21.31787268 0.299 0.199 0.51 2 20.7050569 0.3315 0.188 0.56 2.98 19.58156129 0.364 0.165 0.61 3.99 17.23243411 0.3965 0.161 0.66 4.99 16.82389025 0.429 0.149 0.7 6 15.49612272 0.455 0.13 0.72 7.08 13.30019949 0.468 0.121 0.74 8 12.07456791 0.481 0.095 0

专业： 姓名： 学号： 日期：2015 地点：教十 1208 实验报告

课程名称：过程工程原理实验（乙） 指导老师：金伟光 成绩：__________________ 实验名称：流体力学综合实验（一、二） 实验类型：工程实验 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得

1、流体流动阻力的测定实验

1.1 实验目的：

1.1.1 掌握测定流体流经直管、阀门时阻力损失的一般实验方法 1.1.2 测定直管摩擦系数λ与雷诺数 Re的关系，验证在一般湍流区内λ与 Re的关系曲线

1.1.3测定流体流经阀门时的局部阻力系数ζ

1.1.4识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。

1.2 实验装置与流程：

1.2.1 实验装置介绍：

实验对象部分由贮水箱、离心泵、不同管径和材质的水管

北京化工大学 化工原理实验报告

实验名称：流体阻力实验 班级：化工1305班 姓名：张玮航

学号：2013011132序号： 11 同组人：宋雅楠、陈一帆、陈骏

设备型号：流体阻力-泵联合实验装置UPRSⅢ型-第4套 实验日期： 2015-11-27

北京化工大学化工原理流体阻力实验

一、实验摘要

首先，本实验使用UPRSⅢ型第4套实验设备，通过测量不同流速下水流经不锈钢管、镀锌管、层流管、突扩管、阀门的压头损失来测定不同管路、局部件的雷诺数与摩擦系数曲线。确定了摩擦系数和局部阻力系数的变化规律和影响因素，验证在湍流区内λ与雷诺数Re和相对粗糙度的函数。该实验结果可为管路实际应用和工艺设计提供重要的参考。

结果，从实验数据分析可知，光滑管、粗糙管的摩擦阻力系数随Re增大而

0.25减小，并且光滑管的摩擦阻力系数较好地满足Blasuis关系式：??0.3163Re。

突然扩大管的局部阻力系数随Re的变化而变化。

关键词：摩擦系数，局部阻力系数，雷诺数，相对粗糙度

二、实验目的

1、掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法：

①测量湍流直管的阻力，确定摩擦阻力系数。 ②测量湍流局部管道的阻力，确定摩擦阻力系数。 ③测量层流直

化学工程专业

实 验 讲 义

（试用版）

实验二 气固相催化宏观反应速率的测定

一、实验目的

气固相催化反应是在催化剂颗粒表面进行的非均相反应。如果消除了传递过程的影响，可测得本征反应速率，从而在分子尺度上考察化学反应的基本规律。如果存在传热、传质过程的阻力，则为宏观反应速率。测定工业催化剂颗粒的宏观反应速率，可与本征反应速率对比得到效率因子实验值，也可能直接用于工业反应器的操作优化和模拟研究，因而对工业反应器的操作与设计具有更大的实用价值。本实验目的有两项。

（1）了解宏观反应速率的测试方法。

（2）了解和掌握气固相催化反应实验研究方法。 二、实验原理

采用工业粒度的催化剂测试宏观反应速率时，反应物系经历外扩散、内扩散与表面反应三个主要步骤。对工业粒度的催化剂而言，外扩散阻力与工业反应器操作条件有很大的关系，线速度是调整外扩散传递阻力的有效手段。设计工业反应装置和实验室反应器时，一般选用足够高线速度，使反应过程排除颗粒外部传质阻力。本实验测定反应速率，实质上是在排除外部传质阻力后，包含内部传质阻力的宏观反应速率，，能表征工业催化剂的颗粒特性，便于应用于反应器设计与操作。催化剂颗粒通常制成多孔结构以增大其表面积，因此颗粒的内表面积远远大于外表

化学工程专业

实 验 讲 义

（试用版）

实验二 气固相催化宏观反应速率的测定

一、实验目的

气固相催化反应是在催化剂颗粒表面进行的非均相反应。如果消除了传递过程的影响，可测得本征反应速率，从而在分子尺度上考察化学反应的基本规律。如果存在传热、传质过程的阻力，则为宏观反应速率。测定工业催化剂颗粒的宏观反应速率，可与本征反应速率对比得到效率因子实验值，也可能直接用于工业反应器的操作优化和模拟研究，因而对工业反应器的操作与设计具有更大的实用价值。本实验目的有两项。

（1）了解宏观反应速率的测试方法。

（2）了解和掌握气固相催化反应实验研究方法。 二、实验原理

采用工业粒度的催化剂测试宏观反应速率时，反应物系经历外扩散、内扩散与表面反应三个主要步骤。对工业粒度的催化剂而言，外扩散阻力与工业反应器操作条件有很大的关系，线速度是调整外扩散传递阻力的有效手段。设计工业反应装置和实验室反应器时，一般选用足够高线速度，使反应过程排除颗粒外部传质阻力。本实验测定反应速率，实质上是在排除外部传质阻力后，包含内部传质阻力的宏观反应速率，，能表征工业催化剂的颗粒特性，便于应用于反应器设计与操作。催化剂颗粒通常制成多孔结构以增大其表面积，因此颗粒的内表面积远远大于外表

化工传热综合实验装置

说明书

天津大学化工基础实验中心

2011．7

强化传热又被学术界称为第二代传热技术，它能减小初设计的传热面积，从而减小换热器的体积和重量，提高现有换热器换热能力，减小换热阻力，降低换热器动力消耗，使换热器在较低温差下就可以工作，从而有效地利用能源，节省资金。强化传热的方法有多种，本实验装置采用的是在换热器内管插入螺旋线圈

的方法来达到强化传热的目的。

螺旋线圈内部结构如图-1所示，线圈由直径3mm以下的铜丝和钢丝按一定节距绕成。在普通套管换热器内将金属螺旋线圈插入并固定，即构成强化传热管。靠近管壁区域，流体一方面受到螺旋线圈的作用而发生旋转，一方面还周期性地受到线圈螺旋金属丝的扰动，使湍流程度增大，减小层流内层厚度，从而达到强化传热的

目的。由于绕制线圈的金属丝直径很细，流体旋流强度较弱，所以流动阻力小，有利于节省能源。螺旋线圈以线圈节距H与管内径d的比值为技术参数，另外，管长与管径之比（管径比）是影响传热效果和阻力系数的重要因素。强化传热的机理较为复杂，经过多年实验研究，人们总结出了Nu?BRe的经验公式，其中B和m值的大小因螺旋丝尺寸不同而变化。

按照实验方法操作，确定不同流量下Rei与Nu的数值，再通过线性回归最终确

流体力学综合实验数据处理

水在管道内流动的直管阻力损失

由附录查得水温t=20C时，密度??998.2kg/m3粘度??0.001pa?s?1

?lu2d?u??由公式hf?（1） hf????（2） Re?（3）可分别算出hf，?d2???p和

Re 管内径管a=管b=管c d=0.02m 长度管a=管b=管c L=1m

310.32?103以a管第一组数据为例 ?p=10.32?10pa 则hf?=10.34（J/kg）

998.2平均流速u?11.132?0.02?10.34?=9.85m/s 则==0.0043

3600?3.14?0.0121?9.8520.02?9.85?998.2Re==196645

0.001管a 平均流速（m/s） 压差（pa） 9.85 7.95 5.94 4.30 2.10 0.58 10320 6870 3660 2040 1690 1300 流量（m3/h) 11.13 8.99 6.72 4.86 2.37 0.66

hf(J/kg) 10.34 6.88 3.67 2.04 1.69 1.30 ? 0.0043 0.0044 0.0042 0.0044

绪论化工原理课程是化工、制药、生物、环境、 过程控制与装备的一门主干课程，是综合运用 数学、物理、化学、计算技术等基础知识，分 析和解决化工类型生产过程中各种物理操作问 题的技术基础课。 学习绪论，掌握五个方面的内容。

一、化工生产过程与单元操作 二、化工原理课程的研究方法 三、化工原理课程学习的要求 四、化工原理课程的五个重要基本概念 五、化工常用量和单位

一、化工生产过程与单元操作化工生产过程： 用化工的手段将原料加工成产品的生产过程，称为化工生产过程。 化 工产品成千上万，每种产品均有它自己特定的生产过程。由于原料、 产品的多样性及生产过程的复杂性，形成了数以万计的化工生产工艺。

例如：乙炔法制取聚氯乙烯的生产是以乙炔和氯化氢为原料进行加成 反应以制取氯乙烯单体，然后单体在0.8MPa、55℃左右进行聚合反应 获得聚氯乙烯。聚氯乙烯的工艺流程图见图1。

HCL 单 体 合 成加 入 成 分 ( (含有少量杂质 ( 水

碱液

全凝器 氯乙烯(CH2=CHCL)

H2O C2H2(g)含有少量杂质 反应釜 水 液体 压缩冷凝水洗

碱洗(除未反应的 HCL) 精馏塔

杂质

产品

(聚氯乙烯)

高压聚合

聚氯乙烯化工生产过程流程示意图干燥

(聚氯乙烯)

(1)化工生产过程的

绪论化工原理课程是化工、制药、生物、环境、 过程控制与装备的一门主干课程，是综合运用 数学、物理、化学、计算技术等基础知识，分 析和解决化工类型生产过程中各种物理操作问 题的技术基础课。 学习绪论，掌握五个方面的内容。

一、化工生产过程与单元操作 二、化工原理课程的研究方法 三、化工原理课程学习的要求 四、化工原理课程的五个重要基本概念 五、化工常用量和单位

一、化工生产过程与单元操作化工生产过程： 用化工的手段将原料加工成产品的生产过程，称为化工生产过程。 化 工产品成千上万，每种产品均有它自己特定的生产过程。由于原料、 产品的多样性及生产过程的复杂性，形成了数以万计的化工生产工艺。

例如：乙炔法制取聚氯乙烯的生产是以乙炔和氯化氢为原料进行加成 反应以制取氯乙烯单体，然后单体在0.8MPa、55℃左右进行聚合反应 获得聚氯乙烯。聚氯乙烯的工艺流程图见图1。

HCL 单 体 合 成加 入 成 分 ( (含有少量杂质 ( 水

碱液

全凝器 氯乙烯(CH2=CHCL)

H2O C2H2(g)含有少量杂质 反应釜 水 液体 压缩冷凝水洗

碱洗(除未反应的 HCL) 精馏塔

杂质

产品

(聚氯乙烯)

高压聚合

聚氯乙烯化工生产过程流程示意图干燥

(聚氯乙烯)

(1)化工生产过程的

流体流动 一、填空题：

1.牛顿粘性定律用内摩擦力的表达式为_____________. 用剪应力的表达式为____________. 答案：F=μAdu/dy; τ=μdu/dy

2.当地大气压为750mmHg时,测得某体系的表压为50mmHg,则该体系的绝对压强为_________mmHg, 真空度为_______mmHg. 答案： 800; -50

3.计算流体局部阻力损失的方法有:_______________,_________________,其相应的阻力损失计算公式为_______________,____________________。答案：当量长度法; 阻力系数法;

22

hf =λ(le/d)(u/2g); hf =ζ(u/2g) ;

4.理想流体是指________________________________；而实际流体是指___________________________。 答案：没有粘性、没有摩擦阻力、液体不可压缩；具有粘性、有摩擦力、液体可压缩、受热膨胀、消耗

能量。

5.牛顿粘性定律表达式为__________