食品工程原理實驗講義
許昌學院化學化工學院化工教研室
目錄流體流動阻力測定實驗1
離心幫浦效能測定5
流化床乾燥器的操作及其乾燥速率曲線的測定7
板式精餾塔的操作及其效能評定9
能量轉化實驗15
雷諾實驗18
氣-汽對流傳熱綜合實驗22
流量計流量的校正實驗27
填料吸收塔的操作及其kya的測定34
一、流體流動阻力測定實驗
一、實驗目的
1．了解流體流動阻力的測定原理及方法；
2．測定流體流過直管時的摩擦阻力,並確定摩擦係數與雷諾數的關係；
3．測定流體流過管件時的區域性阻力,並求出阻力係數；
4．了解與本實驗有關的各種流量測量儀表、壓差測量儀表的結構特點和安裝方式，掌握其測量原理、學會正確使用。
二、實驗原理
流體在管路中流動時，由於粘性剪應力和渦流的存在，不可避免地會引起壓強損耗。這種損耗包括流體經過直管的沿程阻力以及因流體運動方向改變或因管子大小形狀改變所引起的區域性阻力。
1．直管摩擦係數與雷諾數re的測定
直管的摩擦阻力係數是雷諾數和相對粗糙度的函式，即，對一定的相對粗糙度而言，。
流體在一定長度等直徑的水平圓管內流動時，其管路阻力引起的能量損失為：
1）又因為摩擦阻力係數與阻力損失之間有如下關係（范寧公式）
2）整理（1）（2）兩式得
34）式中：管徑，m ；
直管阻力引起的壓強降，pa；
管長，m；
流速，m / s；
流體的密度，kg / m3；
流體的粘度，n·s / m2。
在實驗裝置中，直管段管長l和管徑d都已固定。若水溫一定，則水的密度ρ和粘度μ也是定值。所以本實驗實質上是測定直管段流體阻力引起的壓強降△pf與流速u（流量v）之間的關係。
根據實驗資料和式（3）可計算出不同流速下的直管摩擦係數λ，用式（4）計算對應的re，從而整理出直管摩擦係數和雷諾數的關係，繪出λ與re的關係曲線。
2．區域性阻力係數的測定
流體通過某一管件或閥門的阻力損失用流體在管路中的動能係數來表示。由於管件兩側距測壓孔間的直管長度很短，引起的摩擦阻力與區域性阻力相比，可以忽略不計，因此動能係數之值可應用伯努利方程由壓差計讀數求出。
5）6）
式中：區域性阻力係數，無因次；
區域性阻力引起的壓強降，pa；
區域性阻力引起的能量損失，j／kg。
圖1 區域性阻力測量取壓口布置圖
區域性阻力引起的壓強降可用下面的方法測量：在一條各處直徑相等的直管段上，安裝待測區域性阻力的閥門，在其上、下游開兩對測壓口a-a』和b-b＇，見圖3，使
ab＝bca＇b＇＝b＇c＇
則pf，a b ＝△pf，bc ； △pf，a＇b＇= △pf，b＇c＇
在a~a＇之間列柏努利方程式： pa－pa＇ =2△pf，a b+2△pf，a＇b＇+△p＇f7）
在b~b＇之間列柏努利方程式： pb－pb＇ = △pf，bc+△pf，b＇c＇+△p＇f
pf，a b+△pf，a＇b＇+△p＇f8）
聯立式（7）和（8），則：
2（pb－pb＇）－（pa－pa＇）
為了實驗方便，稱（pb－pb＇）為近點壓差，稱（pa－pa＇）為遠點壓差。用差壓感測器來測量。
三、實驗裝置圖
實驗流程示意圖見圖1。 水幫浦2將儲水槽1中的水抽出，送入實驗系統，首先經玻璃轉子流量計15、16測量流量，然後送入被測直管段測量流體在光滑管或粗糙管的流動阻力，或經10測量區域性阻力後回到儲水槽，水迴圈使用。被測直管段流體流動阻力△p可根據其數值大小分別採用變送器12或空氣-水倒置∪型管22來測量。
圖2 流動阻力實驗流程示意圖
1-水箱；2-離心幫浦；3、4-放水閥；5、13-緩衝罐；6-區域性阻力近端測壓閥；7、15-區域性阻
力遠端測壓閥； 8、20-粗糙管測壓回水閥； 9、19-光滑管測壓閥；10-區域性阻力管閥；
11-u型管進水閥；12-壓力感測器；14-流量調節閥；15、16-水轉子流量計；17-光滑管閥；
18-粗糙管閥； 21-倒置u型管放空閥； 22-倒置u型管； 23-水箱放水閥； 24-放水閥；
四、實驗步驟
1．向儲水槽內注水，直到水滿為止(有條件最好用蒸餾水，以保持流體清潔) 。
2．大流量狀態下的壓差測量系統，應先接電預熱10～15分鐘，調好數字表的零點。
3．關閉幫浦的出口閥門，開電源、啟動迴圈水幫浦開關。
4．開啟各閥門，包括測壓閥，流量調到最大，排儘管道內空氣，以免影響u型管壓差計讀數。
5．測定不同開度下（全開，1/2開，1/3開，1/4開，開度不同，阻力不同）球形閥的流量及壓降。
注意：全開時阻力小，用u型管壓差計測量，其餘用壓力感測器讀數。
記錄水溫，如有變化，記錄初值和結束值，取平均值。
6．光滑管阻力測定
⑴ 將光滑管閥17及測壓點9、19全開，其餘閥門關閉。
⑵ 倒u管調零
⑶ 該裝置兩個轉子流量計併聯連線，根據流量大小選擇不同量程的流量計測量流量。
⑷ 差壓變送器與倒置u型管也是併聯連線，用於測量直管段的壓差，小流量時用倒置∪型管壓差計測量，大流量時用差壓變送器測量。0—100l/h範圍取10個點；100—700l/h範圍取15個點，前密後疏。
7．粗糙管阻力測定
方法同光滑管
8．區域性阻力測定
關閉閥門17和18，測定不同開度下（全開，1/2開，1/3開，1/4開，開度不同，阻力不同）球形閥的流量及壓降。
遠點、近點壓差的測量使用同一差壓變送器。當測量遠點壓差時，要把通向近點壓差的閥門關閉；同樣當近點壓差時，要把通向遠點壓差的閥門關閉。
9．測取水箱水溫。
10．待資料測量完畢，關閉流量調節閥，停幫浦。
五、使用實驗裝置應注意的事項
1．啟動或關閉離心幫浦之前，以及從光滑管阻力測量過渡到其它測量之前，都必須檢查所有流量調節閥是否關閉。
2．利用壓力感測器測量大流量下△p時，應切斷空氣—水倒置∪型玻璃管的閥門18、20否則影響測量數值。
3．在實驗過程中每調節乙個流量之後應待流量和直管壓降的資料穩定以後方可記錄資料。
4．較長時間未做實驗，啟動離心幫浦之前應先盤軸轉動，否則易燒壞電機。
六、思考題
預習報告思考題：1．本次實驗在安全方面需要注意哪些問題？
2．本實驗涉及到哪些測量儀器？如何讀數？
3．本實驗的三個實驗資料記錄表有何區別？
實驗報告思考題： 1．本次實驗中，使用的倒u型管和壓力感測器有哪些相同點？又有何區別？
2．本次實驗中，管路閥門、轉子流量計閥門及離心幫浦開關，在啟動時三者順序如何？關閉時三者的順序又如何？
二、離心幫浦效能測定
一、實驗目的
1．了解離心幫浦的構造與特性，掌握離心幫浦的操作方法；
2．測定並繪製離心幫浦在恆定轉速下的特性曲線。
二、實驗原理
離心幫浦的壓頭h、軸功率n及功率η與流量q之間的對應關係，若以曲線h～q、n～q、η～q表示，則稱為離心幫浦的特性曲線，可由實驗測定。
實驗時，在幫浦出口閥全關至全開的範圍內，調節其開度，測得一組流量及對應的壓頭、軸功率和效率，即可測定並繪製離心幫浦的特性曲線。
幫浦的揚程he有下式計算：
而幫浦的有效功率ne與幫浦效率η的計算式為：ne＝qhe ρg；η＝ne/n
測定時，流量q可用渦輪流量計或孔板流量計來計量。軸功率n可用馬達－天平式測功器或功率來表測量。
離心幫浦的效能與其轉速有關。其特性曲線是某一恆定的給定轉速（一般nl＝2900prm）下的效能曲線。因此，如果實驗中的轉速n與給定轉速nl有差異，應將實驗結果換算成給定轉速下的數值，並以此數值繪製離心幫浦的特性曲線。
換算公式如下：
時，三、實驗裝置圖
圖1 離心幫浦效能測定實驗流程示意圖
1-離心幫浦；2-水箱;3-進水閥；4-入口真空表；5-出口壓力表
6-智慧型流量調節閥；7-渦輪流量計；8-溫度計；9-放水閥；
水幫浦1將水槽2內的水輸送到實驗系統，用流量調節閥6調節流量，流體經渦輪流量計7計量後，流回儲水槽。
四、操作步驟
1．熟悉實驗裝置及儀器儀表等裝置，做好啟動幫浦前的準備工作；將幫浦盤車數轉，關閉幫浦出口閥。
2．全開幫浦進口閥，待幫浦內灌滿水後啟動離心幫浦，並逐漸開啟離心幫浦出口閥以調節流量。在操作過程穩定條件下，在流量為零和最大值之間，進行20次測定。
3．在每次測定流量時，應同時記錄流量計、溫度、真空計、壓力表、功率測定器示值。
資料取全後，先關閉幫浦出口閥，再停幫浦。
五、實驗注意事項
1．該裝置電路採用五線三相制配電，實驗裝置應良好地接地。
2．使用變頻調速器時要注意fwd指示燈亮，切忌按鍵rev指示燈亮，電機反轉。
3．開關離心幫浦前要關出口閥門。啟動離心幫浦前，關閉壓力表和真空表的開關以免損壞壓強表。
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