《化工原理实验》（传热、干燥 、蒸发）（总分100分）
一 选择题（每空2分，共30分）
1 对蒸汽-空气体系的传热实验，你认为 A 方案对强化传热在工程中是可行的。
A提高空气的流速 B 提高蒸汽的压强
C 采用过热蒸汽以提高传热温差 D 在蒸汽侧管壁上加装翅片
2在干燥实验中，提高空气的进口温度则干燥速率____A____；若提高进口空气的湿度则干燥速率_____B_______
A提高 B 降低 C 不变 D 不确定
3换热器中冷热流体一般为逆流流动，这主要是为了 B
A减少流动阻力 B减少冷却剂用量 C提高传热系数
4在换热器上输水器的作用是排放冷凝液，截留蒸汽，当其发生阻塞，会导致 C
A 不凝性气体增多 B被加热流体的流量增大
C 换热器的总传热系数减小 D 冷流体出口温度上升
5 湿空气经预热后，空气的焓增大，而 A
A H，?都升高 B H不变，?降低 C H，?都降低
6在干燥流程中，湿空气经预热器预热后，其温度 A ，相对湿度 B
A 升高 B 降低 C 不变
7湍流体与器壁间的对流传热(即给热过程)其热阻主要存在于 C
A 流体内 B 器壁内 C 湍流体滞流内层中 D 流体湍流区域内。
8蒸汽中不凝性气体的存在，会使它的对流传热系数?值 A
A 降低 B 升高 C 不变
9蒸发操作中，从溶液中汽化出来的蒸汽，常称为 B
A 生蒸汽 B 二次蒸汽 C 额外蒸汽
10蒸发器的有效温度差是指 A
A 加热蒸汽温度与溶液的沸点之差 B 加热蒸汽与二次蒸汽温度之差 C温度差损失
11提高蒸发器生产强度的主要途径是增大 C
A 传热温度差 B 加热蒸汽压力 C 传热系数 D 传热面积
12 蒸发室内溶液的沸点 B 二次蒸汽的温度。
A 等于 B 高于 C 低于
13 在稳定变温传热中，流体的流向选择 B 时传热平均温度差最大。
A 并流 B 逆流 C 错流
二 填空题（每空2分，共30分）
1根据干燥过程的特点，干燥过程分为 两个 阶段。恒速干燥阶段也称为 表面汽化 ，控制阶段，物料表面的 温度 维持恒定，故 干燥速率 恒定不变。降速干燥阶段亦称为 内部迁移 控制阶段， 干燥速率 不断下降。
2在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于 空气 侧的对流传热系数，而壁温接近于 蒸汽 侧流体的温度值。
3蒸发是___浓缩溶液___的单元操作。蒸发过程实质上是传热过程，因此，蒸发器也是一种 换热器。
4采用真空蒸发时，需要在冷凝器后安装真空装置，其作用是排除_不凝性气体_____，以维持蒸发操作所要求的__真空度______。
5热量传递的基本方式有__传导传热___、__对流传热_______和_____辐射传热_______。
三简答题（每题5分，共40分）
1 试述缓冲罐的作用？
答：吸收震动，储存空气
2为什么要待空气的进口温度小于60度时，才关闭泵
答：对加热器进行风冷降温。
3准数关联式 Nu=ARe0.8Prn应用范围？
答：⑴流体无相变⑵在圆形直管内流动⑶做强制湍流
4传热系数的测定时，若存在不冷凝气体，对传热有何影响？应采取什么措施？
答：传热系数降低，尽量定时排除不凝性气体。
5工业生产中对溶液的浓缩，为何采用真空蒸发？
答：因为： 1、加热蒸汽压力相同时，真空蒸发时溶液的沸点较低，则有效温度差较大，可使传热面积A减小。 2、真空蒸发，可蒸发不耐高温的溶液。 3、真空蒸发，可利用低压蒸汽或废汽作加热剂。4、 真空蒸发时，由于溶液沸点低，设备的热损失。
6什么是恒定干燥条件？本实验装置中采用了哪些措施来保持干燥过程
答：恒定干燥条件是指干燥介质的温度、湿度、流速及与物料的接触方式，都在整个干燥过程中均保持恒定。本实验采用大量的空气干燥少量的湿物料，则可认为湿空气在干燥过程中温度湿度均不变。再加上气流速度及与物料的接触方式不变。整个过程可视为在恒定条件下进行。
7若加大空气流量，干燥律曲线有何变化？恒速干燥速率如何变化？为什么？
答：若加大空气流量，干燥曲线的起始点将上升，下降幅度变大，并且到达临界点的时间缩短。恒速干燥速率加大。因为风速增加后，加快了空气的排湿能力。
8为什么要先启动风机，再启动加热器？实验过程中干、湿球温度计是否变化？为什么？如何判断实验结束？
答：让加热器通过风冷慢慢加热，避免损坏加热器。理论上干、湿球温度是不变的，但实验过程中干球温度不变，湿球温度缓慢上升，估计是因为干燥速率不断降低，使得气体湿度降低，从而温度变化。物料恒重时，即为实验结束。
四、实验报告
离心泵特性曲线的测定
一 实验目的
1 了解离心泵的构造特点，熟悉并掌握离心泵的工作原理和操作方法；
2 掌握离心泵在一定转速下的特性曲线的测定方法。
二 实验原理
在生产上，要选用一台既满足生产任务，又经济合理的离心泵，须根据生产要求、被输送的流体性质和操作条件下的压头、流量参照泵的性能来选定。泵的性能及相互之间的关系是选泵和进行流量调节的依据。离心泵的主要性能参数有流量、压头、效率、轴功率等。它们之间的关系常用特性曲线来表示，即扬程和流量特性曲线（H~qv曲线），轴功率和流量特性曲线（N ~qv曲线），效率和流量特性曲线（h~qv曲线）。实际上，由于泵叶轮的叶片数目是有限的，且输送的是黏性流体，因而必然引起流体在叶轮内的泄漏和能量损失，致使泵的实际压头和流量小于理论值。这些机械能损失在理论上难以计算，因此离心泵的特性曲线通常在一定条件下由实验测定。
在离心泵进出口管道装设真空表和压力表的二截面间列柏努利方程式可得：
离心泵的特性曲线测定方法如下：
1 流量： 流量仪表直接显示流量。
2 扬程： H (m)的测定：
令： 
由于两截面间的距离很短，阻力忽略不计，Hf≈0
∴ 
式中 p1——截面1处的绝压，Pa；
p2——截面2处的绝压，Pa；
pa——大气压强，Pa；
p表——压强表的读数，Pa；
p真——真空表的读数，Pa；
h——压力表至测压口距离，mH2O；
H0——压力表与真空表测压口之间的垂直距离，m；
u1——吸入管内水的流速，m/s；
u2——排出管内水的流速，m/s；
g——重力加速度（9.81m/s2）。
3 轴功率N(即泵输入功率的测定)
离心泵的效率计算
式中 N电——电动机的输入功率，W；
h电机——电动机的效率；
h传动——电机和离心泵之间的传动效率；
Ne——泵的有效功率，W；
r——被输送流体的密度，kg/m3。
各种型号的离心泵都有其本身独有的特性曲线，且不受管路特性的影响。但它们都具有一些共同的规律：
（1）离心泵的压头一般随流量加大而下降(在流量极小时可能有例外)，这一点和离心泵的基本方程式相吻合。
（2）离心泵的轴功率在流量为零时为最小，随流量的增大而上升。故在启动离心泵时，应关闭泵出口阀门，以减小启动电流，保护电机。停泵时先关闭出口阀门主要是为了防止高压液体倒流损坏叶轮。
（3）额定流量下泵的效率最高，该最高效率点为泵的设计点，对应的值为最佳工况参数，离心泵铭牌上标出的性能参数即是最高效率点对应的参数。离心泵一般不大可能恰好在设计点运行，但应尽可能在高效区工作。
本实验以自来水为实验物料，在离心泵转速一定的情况下，测定不同流量下离心泵进、出口的压强和电机功率，从而计算出相应的扬程、功率和效率，在实验布点时，要考虑泵的效率随流量变化的趋势。
三 实验装置
本实验采用普通离心泵进行实验，其装置如图所示，离心泵用三相电机带动，将水从水池中吸入，然后由压出管排至水池。在吸入管进口处装有底阀以便在启动前灌水，在泵的吸入口和压出口处分别装有真空表和压力表，以测量水的进出口处的压力。泵的出口管上安装了涡轮流量计，用来测量水的流量，并装有阀门，以调节流量。另有三相功率表测量电动机的输入功率。
四 实验方法
1 熟悉实验设备的流程和掌握所用仪表的使用方法；
2 打开灌水阀向离心泵和吸入管充水直到灌满水为止；
3 打开电源开关，调节频率至50Hz；
4水泵启动后，待运转正常，逐渐开大排水阀到全开为止。稳定后开始读取数据，每读完一组数据后即调节阀门开度，待稳定后再读数，注意在最大流量附近多取几组数据。在流量为零时，也应读取数据，以保证性能曲线的完整性；
5 停泵前，先关闭流量调节阀，然后按按钮停泵，并使系统仪表恢复原状。
五 数据处理要求
1 列表汇总原始数据和计算结果，写出计算示例；
2 标绘泵的特性曲线，并指示该泵的适宜工作范围。
第二篇：化工原理实验报告三空气总传热
实验三、总传热系数与对流传热系数的测定
一、实验目的
1．了解间壁式换热器的结构与操作原理；
2．学习测定套管换热器总传热系数的方法；
3．学习测定空气侧的对流传热系数；
4．了解空气流速的变化对总传热系数的影响。
二、实验原理
本实验采用套管式换热器，热流体走管间，为蒸汽冷凝，冷流体走内管，为空气。该传热过程由水蒸气到不锈钢管外管壁的对流传热、从外管壁到内管壁的传导传热、内管壁到冷水的对流传热三个串联步骤组成。
实验流程如图1所示。
图1. 传热实验装置流程图
1-空气流量调节阀 2-转子流量计 3-蒸汽调节阀 4-蒸汽压力表 5-套管换热器 6-冷凝水排放筒
7-旋塞 8-空气进口温度计 9-空气出口温度计 10-不凝气排放口
套管换热器5由不锈钢管（或紫铜管）内管和无缝钢外管组成。内管的进出口端各装有热电阻温度计一支，用于测量空气的进出口温度。内管的进、出口端及中间截面外壁表面上，各焊有三对热电偶，型号为WRNK-192。
不锈钢管规格F21.25´2.75，长1.10米 S=pdoL=0.0734m2
紫铜管F16´2，长1.20米 S=pdoL=0.0603m2
转子流量计（空气，0~20m3/h，20℃）
数字显示表SWP-C40
此设备的总传热系数可由下式计算：
其中 
式中：
——传热速率，W；
——传热面积，m2；S=pdoL
——对数平均温度差，℃
——饱和蒸汽温度，℃，根据饱和蒸汽压力查表求得；
——分别为空气进、出口温度，℃。
通过套管换热器间壁的传热速率，即空气通过换热器被加热的速率，用下式求得：
， W
其中，Cp应取进、出口平均温度下空气的比热容。W=Vs×r，其中r为进口温度下空气的密度。
对流传热系数的计算公式为
式中
S─内管的内表面积，m2；
a─空气侧的对流传热系数，W/(m2×°C)；
Dtm─空气与管壁的对数平均温度差，°C。 
所得到的a值可以仿照Dittus-Boelter equation进行关联：
式中
Re─Reynolds number雷诺准数，
Pr─Prandtl number普朗特准数，
空气的物性参数应取进、出口平均温度下的值。
实验过程中，蒸汽阀门和冷凝水排放阀都应保持开通，避免冷凝水在器内积存。
空气的流量Vs由转子流量计测得，单位为体积流量m3/h。当通过转子流量计的空气温度不是20℃是，需根据密度变化进行流量校正。若转化为质量流量，需根据通过转子流量计的空气的温度查表得到水的密度，此温度即空气入口处温度。
实验过程中，锅炉内的水蒸气压力由控温仪自动控制在0.05（0.04）MPa，此压力为表压力，水蒸气的温度应由其绝对压力查表得到。在此，水蒸气温度为110.4（109.4）℃。
三、实验步骤
1．实验开始时，先开通锅炉加热器开关，等待蒸汽压力达到设定的0.05MPa，打开放气阀及冷凝水排出阀使套管中空气及积聚的冷凝水排净。放气阀在整个实验过程中，稍稍开启，以便不凝性气体能连续排出，不致积累。然后，打开气泵，通空气，并保持旁路始终开通，避免气泵因憋气过热而烧坏。
2．调节空气的流量，从低流速开始，做8个点，每点测量时必须待流速稳定，加热蒸汽压强维持稳定，空气出口温度不变后，才可记录数据。需记录的数据包括：空气的流量和进、出口温度。
3．实验完毕后，关闭气泵，关闭加热电源。
四、数据处理与讨论
1．总传热系数K的测定
本实验所用的装置为不锈钢管，相应的数据处理如下：
不锈钢管外表面积
=0.0734m2 内管横截面积1.9473´10-4 m2 蒸汽温度T=110.4℃
表1. 总传热系数的测定数据与处理结果
以第三组数据为例：
平均温度tm=(32.5+96.4)/2=64.45°C
查表，在此温度下空气的比热容为1.007kJ/(kg×°C)
在32.5°C的进口温度下，密度为1.155kg/m3
若不对流量计读数进行校正，可采用如下计算方法
若对流量计进行温度校正，则需采用以下步骤
误差为
结果表明，K值随空气流量的增加而增大，其值接近空气侧的a。
2．空气侧对流传热系数ai的测定
本实验所用的装置为不锈钢管，相应的数据处理如下：
不锈钢管内表面积
= 0.0544m2 内管横截面积1.9473´10-4 m2 蒸汽温度T=109.4℃
46℃时空气的密度r=1.107kg/m3 70℃时空气的比热容Cp=1.009kJ/(kg×°C)
表2. 对流传热系数的测定数据与处理结果
以第一组数据为例，其计算过程如下
计算结果列于表1中，空气的ai与平均流速u的关系绘于图2中的对数坐标中。由图中曲线可以看出，其斜率为0.87，接近Dittus-Boelter equation中的0.8。
比较表1和2中的总传热系数和对流传热系数，可以看出：K值与ai值接近（因为不是同一次实验，K值比ai值小）。原因在于水蒸气膜状冷凝的ao值很大，在5000以上，与ai值相比，其热阻可以忽略。
图2. 实验测定空气侧对流传热系数ai与管内平均流速u的关系
五、思考题
1． 本实验要想提高K值应当增加哪一个管内的流体流量？
因为水蒸汽冷凝的对流传热系数要远大于空气的对流传热系数，而总热阻的大小总是决定于值最大的单步热阻，所以提高空气的流动速度可提高K的值。
2． 不锈钢管内壁的温度与哪一种流体的温度相接近？
多步串联传热过程中，每步的温差与该步的热阻成正比，内外侧对流传热的热阻比较，水蒸气冷凝的对流传热系数大，热阻小，所以该步的温差小，即内管壁的温度接近于水蒸汽的温度，这也与实验过程观测到的现象一致。
3. 转子流量计读数是否准确，如何校正？
转子流量计在出厂时是根据20°C、101kPa下的空气进行标定的，实际情况与之不符时，需根据密度进行校正。校正公式为
4．不凝性气体对冷凝传热有何影响？
不凝性气体能严重降低冷凝传热系数，1%的不凝性气体可使ai值减小50%。应及时排出不凝性气体，避免在蒸气腔内积累。
5. 空气侧的对流传热系数与空气平均流速成何关系？
在湍流强制对流的条件下，根据Dittus-Boelter equation，管内流动ai与u0.8成线性关系。本实验测定结果与此相近。