流体阻力实验.doc

实验一 流体流动阻力的测定
  一、 实验目的和任务
1.了解流体流过管路系统的阻力损失的测定方法；
2.测定流体流过圆形直管的阻力，确定摩擦系数λ与流体Re的关系；
3.测定流体流过管件的阻力，局部阻力系数ξ；
4.学会压差计和流量计的使用方法；
5.识别管路中各个管件、阀门，并了解其作用；
二、实验原理
流体的流动性，即流体内部质点之间产生相对位移。真实流体质点的相对运动表现出剪切力，又称内摩擦力，流体的粘性是流动产生阻力的内在原因。流体与管壁面的摩擦亦产生摩擦阻力，统称为沿程阻力。此外，流体在管内流动时，还要受到管件、阀门等局部阻碍而增加的流动阻力，称为局部阻力。因此，研究流体流动阻力的大小是十分重要的。
I．直管摩擦系数λ测定
流体在管道内流动时，由于流体粘性作用和涡流的影响产生阻力。阻力表现为流体的能量损失，其大小与管长、管径、流体流速等有关。流体流过直管的阻力计算公式，常用以下各种形式表示：

或
式中hf ——以能量损失表示的阻力，J／kg；
Hf ——以压头损失表示的阻力，m液柱；
△Pf——以压降表示的阻力，N／m2
L——管道长，m
d——管道内径，m；
u——流体平均流速，m/s；
P——流体密度，kg／m3；
λ——摩擦系数，无因次；
g——重力加速度，g一9.81m/s2。．
λ为直管摩擦系数，由于流体流动类型不同，产生阻力的原因也不同。层流时流体流动主要克服流体粘性作用的内摩擦力。湍流时除流体的粘性作用外，还包括涡流及管壁粗糙度的影响，因此λ的计算式形式各不相同。层流时，利用计算直管压降的哈根－泊谡叶公式：

和直管阻力计算公式(3)，比较整理得到λ的理论计算式为

由此式可见，λ与管壁粗糙度ε无关，仅为雷诺数的函数。
湍流时，由于流体流动的复杂性和管壁粗糙度的影响，λ的计算比层流复杂，是利用因次分析和实验得到计算公式。将影响阻力的许多因素表示为压降的函数，即

通过因次分析得到以下准数函数式，

也与计算直管阻力的公式(3)相比较，整理得到：

由此式可见，湍流时直管摩擦系数λ，是流体流动Re和管壁相对粗糙度ε／d的函数。此函数的具体形式通过实验确定。
许多学者实验研究了上述函数关系，其中较简单的是柏拉修斯(Blasius)公式：

此式适用于光滑管，Re在2500～1×105范围内。对粗糙管λ与Re的关系，可见化工原理教材上册摩擦系数λ与雷诺数Re及相对粗糙度ε/d的关系图及其他学者的计算公式。 本实验是利用水作实验，在管长、管径和管壁粗糙度一定的条件下，改变水的流量，测定直管阻力，即流体压力降ΔPf=P1－P2，然后分别计算λ和Re值，考察两者的关系。
2．局部阻力系数ξ测定
流体在管路中流过管件如阀门、弯头、三通、突然扩大或突然收缩等处时，产生涡流形成阻力，习惯称为局部阻力。其计算式表示为

式中，ξ称为局部阻力系数，无因次。它与管件的几何形状与Re有关。当Re大到一定时，ξ与Re无关，成为定值。管件的局部阻力系数ξ也都是由实验测定的。
三、实验装置

四、实验要求
1．根据实验内容的要求和流程．拟定实验步骤．
2．根据流量范围和流动类型划分，大致确定实验点的分布。
3．经指导教师同意后，可以开始按拟定步骤进行实验操作。先排气，再测定数据。
4．在获取必要数据后．经指导教师检查同意后可停止操作。将装置恢复到实验前的状态，做好清洁工作。
五、操作方法
1．熟悉实验装置及流程。观察U型（倒U型压差计）与实验管道和管件上测压接头的连接及位置。弄清楚排气及平衡旋塞的作用和使用方法。
2．检查实验的管路上各阀门是否处于正确状况： U形管压差计上的平衡阀及相应的测压阀是否打开？若未打开，则将其打开。排气旋塞是否关闭和管路出口阀是否关闭？若未关闭，则将其关闭。
3．根据离心泵的安装位置判断是否需要灌泵？若需引水灌泵，则打开引水阀和泵体放气阀，观察到有水从泵体放气阀溢出，表示气体被排尽，关闭放气阀和引水阀。启动水泵。（注意在泵出口阀关阀的情况下，泵转动不可过久，以防其发热损坏）。
4．系统排气
慢慢打开出口阀，让水流入实验管道和测压导管，排出管道和测压导管中的气体。排气时可以反复调节泵的出口阀和有关管道上的其他阀门，使积存在系统中的气体全部被流动的水带出。
(1) 总管排气：先将控制阀开足然后再关闭，重复三次，目的为了使总管中的大部分气体被排走，然后打开总管排气阀，开足后再关闭，重复三遍。
(2) 引压管排气：依次分别对每个放气阀，开、关重复三次。
(3) U型压差计排气：关闭平衡阀，依次分别打开2个放气阀，此时眼睛要注视着U型压差计中的指示剂液面的上升，防止指示剂冲出，开、关重复三次。
（4）检验排气是否彻底是将控制阀开至最大，再关至为零，看U型压差计读数，若左右读数相等，则判断系统排气彻底；若左右读数不等，则重复上述（2）（3）步骤。
5．确认系统中的气体被排净后，关闭平衡阀，准备测取数据。
装置二 倒∪型压差计的处理。关闭泵的出口阀14，小转子流量计出口阀2和φ20×2mm实验直管入口阀8．然后再慢慢打开小转子流量计阀2，此时可以看到倒∪型压差计玻璃管中的水被排出，液面下降，当液面降到最低位置时，关闭阀2．接着关闭上部的排气旋塞17，以切断与大气的连通，此时如果打开泵的出口阀14．因玻璃管内空气被压缩，其水面会上升到适当的稳定位置。如果水面不断上升以致充满整个玻璃管内，说明排气旋塞没有关闭或未关严，排气失败，需要关闭水泵的出口阀，重新排水处理。
6．实验数据测定
用管路出口阀调节流量，注意阀门的开度，在最大流量范围要合理分割流量，进行实验布点。测量完成后，打开各测压计的平衡阀。
7．改测另一条管路；
打开第二条管路上相应的阀门及测压阀，关闭第一条管路上的相应的阀门及测压阀。
8．实验结束后，关闭泵的出口阀，停泵。请指导教师检查实验数据，通过后停止实验，将装置恢复到实验前的状态，做好清洁工作。
六、注意事项
1、在排气和使用时要特别注意开关顺序，因若操作失误，就可能发生冲走水银的事故。
2、实验开始与结束后，都应关闭泵的出口阀，检查各压差计两管读数是否相等，否则是排气过程气泡没排净或实验过程有气泡进入测量系统。
3、实验时需选择管路实验顺序，并开关相应的阀门。
4、装置一直管测量段管长都为2m；装置二φ1 4×2mm直管的测量段管长为1.1m，φ20×2 mm直管的测量段管长为1.5m。
5、数据测定时，层流由于流量范围较小，只要取三组数据；湍流一般应取8～l0组数据。
6、要注意分清各压差计的连接位置和压差计所用的指示液，不能混淆；数据记录时要注意有效数字和单位。
7、注意两直管管路包括引压管都要排气。
8、由于系统的流量采用涡轮流量计计量，其小流量受到结构的限制，因此，从大流量做起，实验数据比较准确。
9、改变流量后须等流量稳定后再测量数据。
10、若发现流量显示仪读数达不到零，可采用将调节阀开至最大，再快速关闭调节阀，流量显示仪读数将为零，可能此读数不久还会上升，仍为正常现象，上升的数据不采集，以零计。此时其余的仪表读数不随显示仪读数而变。
 六、原始实验数据
装置一
管径_______ 直管两测压接头间长度_________ 水温_______
涡轮流量系数___________
序号
流量计读数/sec
粗糙管阻力压差计读数cm
螺旋槽管阻力压差计读数cm
管件阻力压差计读数cm
阀门阻力压差计读数cm

左
右
差值
左
右
差值
左
右
差值
左
右
差值
1

2

……

装置二
管子内径 〔mm〕 直管两测压接头间距离 〔m〕 水温 〔℃〕
1、直管阻力
序号
流量计
流速u
〔m/s〕
Re

压差计读数
〔mmH2O〕或〔mmHg〕
ΔP
〔N/m2〕
摩擦系数λ
备注
〔L/h〕
〔m3/h〕
左
右
差
1

2

……

2、阀门局部阻力
球心阀两测压接头间距离 〔m〕 闸阀门两测压接头间距离 〔m〕
序号
流量
流速
Re

球心阀阻力压差计读数〔mmH2O〕
ΔP
[N/m2]
阻力系数ξ
球心阀阻力压差计读数〔mmH2O〕
ΔP
[N/m2]
阻力系数ξ
[m3/h]
[m/s]
左
右
差

左
右
差

1

2

……

七、实验报告要求
1、数据整理结果表
2、计算示例
以其中一组数据的计算举例。
3、作图并讨论实验结果
根据测定的数据，计算Re和λ值，在双对数坐标纸上标绘二者的关系，并与教材上的图线相比较。或按经验式关联．并与层流理论式和湍流柏拉修斯公式比较。  
 4回答下列思考题、。
（1）∪型压差计的平衡旋塞和排气旋塞起什么作用?怎样使用?在什么情况下会冲走水银?如何防止？
（2）如何检验测试系统内的空气已经排除干净？
（3）U型压差计的零位应如何校正？
（4）倒U型压差计读数与压差之间的换算式与U型压差计有什么不同？倒U型压差计一般适用于什么场合？

实验二、孔板流量计的流量校正
一、实验目的
(1)、熟悉孔板流量计的构造、性能及使用方法；
(2)、学会流量计流量校正(或标定）的方法。
(3)、通过孔板流量计孔流系数的测定，了解孔流系数的变化规律。
(4)、学会压差计、流量计的使用方法以及识别管路中各个管件、阀门的作用。
二、基本原理
流量计的种类和型式很多，本实验是研究差压式流量计的校正。差压式流量计也称速度
式流量计，是用测定流体的压差来确定流体的速度，常用的有孔板流量计，文丘利流量计以
及毕托管和喷嘴等。
本实验用的孔板流量计如图所示，是在管道法兰间装有一中心开孔的铜板。我们可用流体流动规律导出孔板流量计的计算模型。

当流体通过孔板时，因流道缩小使流速增加，降低了势能，流体流过孔板后，由于惯性，实际流道将继续缩小至截面2为止，形成一缩脉(即流动截面最小处)，此处流速最大，引起的静压降也最大。截面l和及截面2可认为是均匀流。暂时不计阻力损失，在此两截面间列伯努利方程，得

由于缩脉处(即截面2)的截面积A2无法知道，但孔口的大小是知道的，因此工程上以孔口速度代替上式中的，同时，两侧压孔的位置也不在截面1和截面2处，而且实际流体流过孔口时有阻力损失，实际所测得势能差不会恰巧是(p1－p2)/ρ，因此引入一校正系数C来校正上述各因素的影响，则(3)式变为

按质量守恒
令，得

将（5）和（6）式代入（4）可得

式中
称为孔板的流量系数。于是，孔板的流量计算式为

流量系数C0的数值只能通过实验求得。C0主要取决于管道流动的雷诺数Red和面积比m，测压方式、孔口形状、加工光洁度、孔板厚度和管道粗糙度也对流量系数C0有影响。测压方式、结构尺寸、加工状况等均已规定的标准孔板，流量系数C0可以表示成

式中Red是以管径计算的雷诺数，
孔板流量计的缺点是阻力损失大，流体流过孔板流量计，由于流体与孔板有摩擦，流道突然收缩和扩大，形成涡流产生阻力，使部分压力损失，因此流体流过流量计后压力不能完全恢复，这种损失称为永久压力损失（局部阻力损失）。流量计的永久压力损失可以用实验方法测出。如下图所示，实验中测定３、４两个截面的压力差，即为永久压力损失。对孔板流量计，测定孔板前为d１的地方和孔板后６d１的地方两个截面压差。

孔板流量计的局部阻力损失hf可写成

其中。
式（12）表明阻力损失正比于压差计读数Ｒ，说明读数Ｒ是以机械能损失为代价取得的。缩口愈小，孔口速度ｕ0愈大，读数Ｒ愈大，阻力损失也随之增大。因此选用孔板流量计的中心问题是选择适当的面积比ｍ以期兼顾是以的读数和阻力损失。
工厂生产的流量计大都是按标准规范生产的。出厂时一般都在标准技术状况下以水或空气为介质进行标定，给出流量曲线或按规定的流量计算公式给出指定的流量系数，然而在使用时，往往由于所处温度、压强、介质的性质同标定时不同，因此为了测定准确和使用方便，应在现场进行流量计的校正。即使已校正过的流量计，由于在长时间使用中被磨损较大时，也需要再一次校正。
三、实验装置

四、实验要求
1．根据实验内容的要求和流程．拟定实验步骤．
2．根据流量范囤和流动类型划分，大致确定实验点的分布。
3．经指导教师同意后，可以开始按拟定步骤进行实验操作。先排气，再测定数据。
4．在获取必要数据后．经指导教师检查同意后可停止操作。将装置恢复到实验前的状态好清洁工作。
五、实验步骤
1．熟悉实验装置及流程。观察U型压差计与实验管道和孔板流量计测压接头的连接及位置。弄清楚排气及平衡旋塞的作用和使用方法。
2．打开U型压差计上的平衡阀及相应的测压阀，关闭排气旋塞和管路出口阀。
3．启动水泵。（注意在泵出口阀关阀的情况下，泵转动不可过久，以防其发热损坏）。
4．系统排气
慢慢打开出口阀，让水流入实验管道和测压导管，排出管道和测压导管中的气体。排气时可以反复调节泵的出口阀和有关管道上的其他阀门，使积存在系统中的气体全部被流动的水带出。
(1) 总管排气：先将控制阀全开然后再关闭，重复三次，目的为了使总管中的大部分气体被排走。
(2) 引压管排气：依次分别对每个放气阀，开、关重复三次。
(3) U型压差计排气：关闭平衡阀，依次分别打开2个放气阀，此时眼睛要注视着U型压差计中的指示剂液面的上升，防止指示液冲出，开、关重复三次
（4）检验排气是否彻底是将控制阀开至最大，再关至为零，看U型压差计读数，若左右读数相等，则判断系统排气彻底；若左右读数不等，则重复上述（2）（3）步骤。
5．确认系统中的气体被排净后，关闭平衡阀，准备测取数据。
用管路出口阀调节流量，注意阀门的开度，在最大流量范围要合理分割流量，进行实验布点。测量完成后，打开各测压计的平衡阀。
6．实验结束后，关闭泵的出口阀，停泵。请指导教师检查实验数据，通过后停止实验，将装置恢复到实验前的状态，做好清洁工作。
六、注意事项
1、在排气和使用时要特别注意开关顺序，因若操作失误，就可能发生冲走水银的事故。
2、实验开始与结束后，都应关闭泵的出口阀，检查各压差计两管读数是否相等，否则是排气过程气泡没排净或实验过程有气泡进入测量系统。
3、实验时需缓慢开、关出口阀，避免因流量剧烈波动，防止压差计中的指示液冲出。
4．改变流量后需等流量稳定后再测量数据。
5．实验布点
由于C0在充分湍流区时，C0～Red的关系是水平直线，所以在大流量时少布点，而
Red在比较小时，C0～Red的关系是曲线，所以小流量时多布点。先将控制阀开至最
大，读取流量显示仪读数F大，然后关至水银压差计差值约0.10时，再读取流量显示
仪读数F小，在F小和F大二个读数之间布10～12个点。
6．若发现流量显示仪读数达不到零，可采用将调节阀开至最大，再快速关闭调节阀，流量显示仪读数将为零，可能此读数不久还会上升，仍为正常现象，上升的数据不采集，以零计。此时其余的仪表读数不随显示仪读数而变。
七、原始数据记录要求
1、记录设备参数；
2、实验原始数据的记录以表格形式。
八、实验报告要求
１、将实验数据和整理结果以数据表格列出，并以其中一组数据计算举例。
２、在双对数坐标系上，标绘流量计的流量VS与压差△P（压差计读数R）的关系曲线（即流量标定曲线），并求出斜率，考察VS～△P（或R）是否为0.5次方的关系？
３、在半对数坐标纸上作出孔流系数和雷诺数的关系曲线。
4、讨论与思考题
（1）流量计的孔流系数C0与哪些参数有关？这些参数对孔流系数C0有和影响？
（2）标绘C0～Red时选择什么样坐标纸？你从所标绘的曲线中得出什么结论？
（3）局部阻力系数ζ与雷诺数Red的关系
（4）试验管路及导压管中如果积存有空气，为什么要排除?
（5）什么情况下的流量计需要标定?标定方法有几种?本实验是用哪一种?
（6）U管压差计上装设的平衡阀有何作用？在什么情况下应开着?在什么情况下应该关死?、

实验三、离心泵特性曲线的测定
一、实验目的
 1、了解离心泵的特性；
 2、学习离心泵特性曲线的测定方法；
.        3、熟悉离心泵操作方法和特性曲线的应用；
4、正确掌握作图法处理实验数据。
二、基本原理
1

1

2

2

  图2-1 泵结构示意图

 泵是输送液体的设备，在选用泵时，一般总是根据生产要求的扬程和流量，参照泵的性能来决定的。对一定类型的泵来说，泵的性能主要是指一定转速下，泵的流量、压头（扬程）、轴功率和效率等。泵的特性曲线主要是指在一定转速下，泵的扬程﹑功率和效率与流量之间的关系，即扬程和流量的关系曲线（Hｅ～Q曲线），轴功率和流量的关系曲线（N轴～Q曲线），效率和流量的关系曲线（η～Q曲线）。由于离心泵的结构和流体本身的非理想性以及流体在流动过程中的种种阻力损失，至今为止，还没有人能推导出计算扬程的纯理论数学方程式。因此，本实验采用最基本的直接测定法，对泵的特性曲线用实验测得。
１、泵的扬程Ｈe
见图2-1。对泵的进出口取1-1截面与2-2截面，建立机械能衡算式：

ho — 两测压截面的垂直距离，m；
P1—泵入口处的压强，Pa；P2—泵出口处的压强，Pa；
u1、u2 — 进、出口管中液体的流速，m/s。
2、泵的轴功率N轴的测定
  由电机输入离心泵的功率称为泵的轴功率。本实验不是直接测量泵的轴功率，而是利用功率表测量电机的输入功，再由下式计算轴功：
N轴=N电机•η电机•η传动 　　　　　　　　　　　　　　　　　　（４）
N电机……电动机的输入功率，Ｗ；本实验是利用功率表测量一相的电机的输入功率，则电机的输入功率N电机:
N电机＝相数×仪表系数×表头读数
（注：装置一电机的相数为３，仪表系数为１；装置二电机的相数为１，仪表系数为１０）
η电机－电机的效率，由电机效率曲线求得，装置二电机的效率为0.6。
η传动－传动装置的传动效率，由于泵是由电机直接带动，传动效率可视为１。
3、离心泵效率的计算

从方程式（2）可见，实验的组织方法是：实验装置中在泵的进出口管上分别装有真空表p1和压力表p2；由温度计测量流体温度，从而确定流体的密度ρ；由功率表计量电机输入功率Na； 管路中需安装流量计，确定流体的流速u；欲改变u需阀门控制。除以上仪表外，配上管件，水槽等部件组合成循环管路。实验操作原理是：按照管路特性曲线和泵特性曲线的交点作为泵的工作点这一原理，改变管路阻力可以通过调节阀门开度来实现，使管路特性曲线上的工作点发生移动，再将一系列移动的工作点的轨迹连接起来，就是泵的扬程曲线，见图2。
三、实验流程及说明
装置流程如图3、图4所示，离心泵由电机驱动，泵从水槽中吸入水，然后由压出管排至水槽，循环使用。再吸入管进口处装有滤水器，以免污物进入水泵，滤水器上带有单向阀，以便在启动前可使泵内灌满水。在泵的吸入口和压出口处，分别装有真空表和压力表，以测量泵的进出口的压力。泵的出口管道上装有蜗轮流量计（装置一）或转子流量计（装置二），用以计量水的流量，此外还装有阀门，用以调节水的流量。用单相功率表测量电动机的单相的输入功率。

四、实验要求
1．根据实验内容的要求和流程．拟定实验步骤．
2．根据流量范囤，大致确定实验点的分布。
3．经指导教师同意后，可以开始按拟定步骤进行实验操作。
4．获取必要数据后．经指导教师检查同意后可停止操作。将装置恢复到实验前的状态，做好清洁工作。
五．实验步骤
1、了解设备，熟悉实验流程及所用仪表。
2、根据离心泵的安装位置判断是否需要灌泵？
3、 关闭流量调节阀，启动泵。
4、用出口阀调节流量，在最大流量范围要合理分割流量，进行实验布点。
5、实验结束后，关闭泵的出口阀，停泵。请指导教师检查实验数据，通过后停止实验，将装置恢复到实验前的状态，做好清洁工作。
六、注意事项
1、启动泵前必须关闭出口阀。
2、调节流量时开关阀门动作要缓慢，避免流量剧烈波动。
3、改变流量后须等系统稳定后再测量数据。
4、装置二功率表的电压线圈和电流线圈分别与面板功率表上对应的电压、电流接线柱相连接，电压选择330V档，电流选择25A档，注意不要接错或接反，以免损坏仪表。
5、装置二在启动泵之前，先接通功率表分流闸即按下绿色开关，夹紧泵出口测压引压管夹子。（功率表的使用 功率表分流闸开关是为了保护功率表而设置的，测量读数时请按下红色按钮，即电路关闭不进行分流，在启动泵或不读数时按下绿色开关，即电路接通进行分流，此时功率表指示值减少。）
6、装置二大流量用大转子流量计计量，小流量用小转子流量计计量，实验过程中应注意大小流量计的使用和切换，待系统内没有气泡存在且流量稳定后打开夹子，然后切断功率表分流闸。
7、若发现流量显示仪（装置一）读数达不到零，可采用将调节阀开至最大，再快速关闭调节阀，流量显示仪读数将为零，可能此读数不久还会上升，仍为正常现象，上升的数据不采集，以零计。此时其余的仪表读数不随显示仪读数而变。
8、实验布点服从大流量多布点，小流量少布点规则。原因是：离心泵效率极值点会出现在大流量区域。实验时流量从大到小或从小到大，测取12组数据以上。
9、建议装置一前五组数据按流量显示仪读数每下降约50布一个实验点，以后实验数据布点约下降100～200，实验顺序从大到小。
10、实验结束后须测离心泵进出口两截面中心点间距离。
七．原始数据记录
1、记录设备参数
2、原始数据以表格形式记录
八、实验报告要求
1、 将实验数据及计算结果整理列表，并以其中一组数据计算举例。
2、在直角坐标纸上标绘离心泵在特定转速下的特性曲线 Hl～Ql、N轴～Ql、η泵～Ql。
3、讨论实验现象和结果。
4、思考题
（1）离心泵启动前为什么要先灌水排气？本实验装置中的离心泵在安装上有何特点？
（2）启动泵前为什么要先关闭出口阀，待启动后，再逐渐开大？而停泵时，也要先关闭出口阀？
（3）离心泵的特性曲线是否与连接的管路系统有关？
（4）离心泵的流量增大时，压力表与真空表的数值将如何变化?为什么？
（5）离心泵的流量可通过泵的出口阀调节，为什么？
（6)什么情况下会出现“汽蚀”现象？
（7）离心泵在其进口管上安装调节阀门是否合理？为什么？

实验四、真空恒压过滤实验
一、 实验目的
1、熟悉过滤的工艺流程。
2、掌握过滤的操作及调节方法。
3、掌握恒压过滤常数 、 、 的测定方法，加深对 、 、 的概念和影响因素的理解。
    4、学习滤饼的压缩性指数s和物料常数 的测定方法。

二 、实验原理
       过滤是利用过滤介质进行液—固系统的分离过程，过滤介质通常采用带有许多毛细孔的物质如帆布、毛毯、多孔陶瓷等。含有固体颗粒的悬浮液在一定压力的作用下液体通过过滤介质，固体颗粒被截留在介质表面上，从而使液固两相分离。
   过滤操作通常分为恒压过滤和恒速过滤。在过滤过程中，由于固体颗粒不断地被截留在介质表面上，滤饼厚度增加，液体流过固体颗粒之间的孔道加长，而使流体阻力增加，故恒压过滤时，过滤速率逐渐下降。随着过滤进行，若得到相同的滤液量，则过滤时间增加。如果要维持过滤速率不变，就必须不断提高滤饼两侧的压力差，此过程称为恒速过滤。
恒压过滤方程
（V+Ve）2＝KA2(θ+θe) （1）
V—滤液体积，m3
θ－过滤时间，s
Ve－过滤介质的当量滤液体积，m3
θe －于得到当量滤液体积Ve相应的过滤时间，s
A－过滤面积，m2
K—过滤常数，m2/s；包含物料特性常数k和操作压力△p参数，表示为：

△p—滤饼两侧压力差．N/m2
s—滤饼压缩指数；
k—表征过滤物料特性的常数，m4/(s·N)，对一定的悬浮掖是常数；
μ—滤液粘度，Pa.s；
r0—单位压力差下滤饼的比阻，1／m2
ν—过滤单位体积滤液时生成的滤饼体积，m3/m2。
为了便于测定过滤常数K、qe、θe，将式(1) 以单位过滤面积表示的恒压过滤方程为：
　　　　　　　　　　　 （2）
式中： —单位过滤面积获得的滤液体积，m3 / m2；
      —单位过滤面积上的虚拟滤液体积，m3 / m2；
      —实际过滤时间，s；
      —虚拟过滤时间，s；
      —过滤常数，m2/s。
     将式（2）进行微分可得： （3）
     这是一个直线方程式，于普通坐标上标绘 的关系，可得直线。其斜率为 ，截距为 ，从而求出 、 。至于 可由下式求出： （4）
    当各数据点的时间间隔不大时， 可用增量之比 来代替，   则方程式（3）变为：

   为求滤饼的压缩指数s，须在不同的过滤压力差Δp的条件下进行实验，测出各种条件下的过滤常数K值。再由过滤常数的定义式： （5）

两边取对数 (6)
因，故 与 的关系在对数坐标上标绘时应是一条直线，直线的斜率为 ，截距为2k，[或在普通坐标纸上以lgK—lgΔp作图得一直线，斜率为 ，截距为lg(2k)],由此可得滤饼的压缩性指数 和物料特性常数 。
 三、实验装置
    ⒈本实验的装置流程如图2-1所示，滤浆槽内放有已配制具有一定浓度的 CaCO3溶液（滤浆）。用电动搅拌器进行搅拌使滤浆浓度均匀（但不要出现打旋现象），用真空泵使系统产生真空，作为过滤推动力。滤液在计量筒内计量。

四、实验要求
(1)学生根据实验原理．熟悉实验流程及装置；
(2)熟悉数据采集的位置及方法，以获取必要的实验数据；
(3)拟定实验步骤及操作方法，要求保证实验数据的准确性和可靠性．经指导教师同
意后开始实验操作；
(4)按拟定的实验步骤进行实验，完成效据采集，经指导教师同意后停止实验，做好清洁工作。
五、实验方法
1、将滤布固定紧，然后将过滤板按流程接入真空系统。
 2、将一定量的粉状CaCO33混入已装有水的滤浆槽内, 开动电动搅拌器将滤浆槽内料浆搅拌成悬浮液作为滤浆。滤浆浓度可按需要配制(实验常用浓度lO％(质量％))。
3、开动水泵，使真空喷射泵开始工作，若系统不能造成真空，检查原因，作适当处理。
 4、真空系统运转正常后．做好实验前的准备工作：首先初步调好实验要求的真空度．
可将连接过滤板与滤液计量筒问胶管上的阀门lO关闭，用真空度调节阀，4调节真空度。
然后将过滤板放入清水盆中，打开阀门lO，将清水吸人计量筒中某液面建立零点．然后关
闭阀门10。将过滤板放人滤浆槽中固定，秒表回零。
5、实验测定：打开阎门lO．同时记录计量简中液面上升至一定高度时的过滤时间和
相应的滤液体积；滤液量和过滤时间要连续记录(因为过滤操作是不稳定过程)。滤液量
的间隔最好相等．可控制液位计量高度在50～80刻度．每组实验测定5～7个数据。按照
真空度为O．02．0．04，0．05 MPa做三纽实验。
    6、过滤结束后，停真空泵、电动搅拌器电源。打开真空调节阀10，利用系统内大气压把吸附在吸滤器上滤饼卸到槽内。放出计量瓶内滤液，用量筒计量，并倒回滤浆槽内。卸下吸滤器清洗待用。做好清洁工作。
   六、注意事项
1、恒压过滤前，把帆布用租线绳紧固在过滤板上．确保真空系统的密闭性；
2、恒压过滤前，应调整计量筒零点，即用真空操作吸人一定最清水，作为起始零点。
在过滤实验开始时，将过滤板放人滤浆槽内，打开阀门lO的同时。开始用秒表记时；
3、恒压过滤过程中．应注意保持真空度恒定。如有波动．应随时调节；
4、为保证滤浆浓度恒定．每次恒压过滤操作后，计量筒中滤液应放回滤浆槽．并重新
调整零点，再进行下一次操作；
5、每次恒压过滤操作后．应彻底清洗过滤板上的滤饼。洗下的滤饼层同样要放回滤
浆槽．以保证滤浆浓度恒定。过滤操作的原始数据记录。
6、现场测量过滤面积。
七、实验数据记录
1、记录设备参数
2、以表格形式记录原始数据
八、实验报告要求
1、 将实验数据及计算结果整理列表，并以其中一组数据计算举例。
2、作图求出 、 、、滤饼的压缩性指数 和物料特性常数 。
3、讨论实验结果。
4、思考题
在过滤实验中，当操作压强增加一倍时，其Ｋ值是否也会增加一倍？当要得到同样的过滤量时，其过滤时间是否缩短了一半

实验五 气-汽对流传热实验
一、实验目的
⒈了解套管换热器的结构。
⒉通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数 的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m的值。
二、 实验原理
1．对流传热系数αi的测定
对流传热系数αi可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定
　　　　　　　　　　　　　　　　　（1）
式中： —管内流体对流传热系数，W/(m2·℃)；Qi—管内传热速率，W；
Si—管内换热面积，m2；—对数平均温差，℃。
对数平均温差由下式确定：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（2）
式中：ti1，ti2—冷流体的入口、出口温度，℃； tw—壁面平均温度，℃。
因为传热管为紫铜管，其导热系数很大，而管壁又薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用tw 来表示。采用铜-康铜热电偶测量铜管外壁面温度。
管内换热面积：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（3）
式中：di—内管管内径，m；
Li—传热管测量段的实际长度，m。
由热量衡算式：
　　　　　　　　　　　　　　　　（4）
其中质量流量由下式求得：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（5）
式中：Vi—冷流体在套管内的平均体积流量，m3/h；空气主管路流量由孔板流量计测量。
cpi—冷流体的定压比热，kJ / (kg·℃)；ρi—冷流体的密度，kg /m3。
cpi和ρi可根据定性温度tm查得， 为冷流体进出口平均温度。
应用实验测得空气的流量及进出口温度即可求出在不同空气流速下的值。
本实验空气流量用的孔板流量计位非标准设计，故进行了整体校正，得到空气流量V20(m3/h)与压差计读数R（mmH2O）间的关系式：

实验条件下空气的流量Vt(m3/h)则需按下式计算：
（7）
ρ20 －20℃时的空气密度 （kg/m3）
－实验时空气入口温度平均值查出的密度 （kg/m3）
－实验时空气入口温度平均值 ℃
由于被测管段上温度的变化，空气的真实流量还需进行进一步校正，
（8）
⒉对流传热系数准数关联式的实验确定
流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（9）
其中： ， ，
物性数据λI、 cpi、ρI、μI可根据定性温度tm查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pri变化不大，可以认为是常数，而Prn的指数取n=0.4，则关联式的形式简化为：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(10)
通过实验确定不同流量下的Rei与 ，然后用线性回归方法确定A和m的值。
三、实验装置
⒈实验流程图及基本结构参数：
如图所示，实验装置的主体是一根平行的套管换热器，外管为玻璃管，内管为紫铜材质，内径18mm，外径22mm，加热管有效长度Li=1.10m。实验的蒸汽发生釜为电加热釜，内有1根螺旋形电加热器，加热电压可由固态调压器调节。
    空气由旋涡气泵吹出，由旁路调节阀调节，经孔板流量计，进入换热器。管程蒸汽由加热釜发生后自然上升，经支路控制阀选择逆流进入换热器壳程，由另一端蒸汽出口自然喷出，达到逆流换热的效果。

四、实验要求
1、熟悉空气系统和水蒸气加热系统的流程，了解空气流量调节和计量方法。
2、拟定实验步骤及操作方法，要求保证实验数据的准确性和可靠性．经指导教师同意后开始实验操作；
3、按拟定的实验步骤进行实验，完成效据采集，经指导教师同意后停止实验，做好清洁工作。
五、实验步骤
1、了解加热蒸汽的控制调节的方法。合上电源开关。
2、将毫伏测量仪表接通电源预热15分钟，校零。检查热电偶的冷端，是否全部浸没在冰水混合物中。
3、检查电加热釜中的水位是否在正常范围内。如果发现水位过低，应及时补给水量。
4、打开加热电源开关，调节调压器，使电压表的读数为150～200V左右。
5、估计水即将沸腾时，将空气系统的旁路调节阀5完全打开，启动风机，此时空气进入换热器。
6、在一定空气流量条件下，调节控制加热电压，保证蒸汽放空口一直有少量蒸汽放出，。
7、实验数据测量：改变空气流量，待系统稳定后记录数据。测定5~6组数据。
8、实验结束后，关闭加热电压调节旋钮，关闭加热电源开关，待空气出口温度下降到40℃以下时，关闭风机电源，切断总电源，全开旁路调节阀，做好清洁卫生。
六、注意事项
1、由于采用热电偶测温，所以实验前要检查冰桶中是否有冰水混合物共存。检查热电偶冷端是否全部浸没在冰水混合物中。
2、实验过程中须注意检查电加热釜中的水位是否在正常范围内。如果发现水位过低，应及时补给水量。
3、在给电加热釜电压之前，必须保证蒸汽放空管线的畅通。防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。
4、启动风机之前，旁路调节阀必须全开，此时进入换热器的空