离心泵特性曲线测定
学 院： xxx
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一、实验目的
1．了解离心泵结构与特性，熟悉离心泵的使用；
2．掌握离心泵特性曲线测定方法；
3．了解电动调节阀的工作原理和使用方法。
二、基本原理
1．扬程H的测定与计算
取离心泵进口真空表和出口压力表处为1、2两截面，列机械能衡算方程，由于两截面间的管长较短，通常可忽略阻力项
，速度平方差也很小故可忽略，则有
2．轴功率N的测量与计算 
（W）
其中，N电为电功率表显示值，k代表电机传动效率，可取
。
3．效率η的计算
将实测数据换算为某一定转速n¢下（可取离心泵的额定转速2900rpm）的数据。换算关系如下：
流量 
扬程 
轴功率 
效率 
三、实验步骤
（1）清洗水箱，并加装实验用水。通过灌泵漏斗给离心泵灌水，排出泵内气体。
（2）检查各阀门开度和仪表自检情况，试开状态下检查电机和离心泵是否正常运转。开启离心泵之前先将出口阀关闭，当泵达到额定转速后方可逐步打开出口阀。
（3）实验时，逐渐打开出口流量调节闸阀增大流量，待各仪表读数显示稳定后，读取相应数据。离心泵特性实验主要获取实验数据为：流量Q、泵进口压力p1、泵出口压力p2、电机功率N电、泵转速n，及流体温度t和两测压点间高度差H0（H0＝0.1m）。
（4）改变出口流量调节闸阀的开度，测取10组左右数据后，可以停泵，同时记录下设备的相关数据（如离心泵型号，额定流量、额定转速、扬程和功率等），停泵前先将出口流量调节闸阀关闭。
四、数据处理
（2）根据原理部分的公式，按比例定律校合转速后，计算各流量下的泵扬程、轴功率和效率，如表2：
五、思考题
1. 试从所测实验数据分析，离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门？
2. 启动离心泵之前为什么要引水灌泵？如果灌泵后依然启动不起来，你认为可能的原因是什么？
3. 为什么用泵的出口阀门调节流量？这种方法有什么优缺点？是否还有其他方法调节流量？
4. 泵启动后，出口阀如果不开，压力表读数是否会逐渐上升？为什么？
5. 正常工作的离心泵，在其进口管路上安装阀门是否合理？为什么？
6. 试分析，用清水泵输送密度为1200Kg/ｍ
的盐水，在相同流量下你认为泵的压力是否变化？轴功率是否变化？
空气－蒸汽对流给热系数测定
学 院： xxx
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一、实验目的
1、 了解间壁式传热元件，掌握给热系数测定的实验方法。
2、 掌握热电阻测温的方法，观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象。
3、 学会给热系数测定的实验数据处理方法，了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。
二、实验原理
（1）
（2）
用本装置进行实验时，管内冷流体与管壁间的对流给热系数约为几十到几百
；而管外为蒸汽冷凝，冷凝给热系数
可达~
左右，因此冷凝传热热阻
可忽略，同时蒸汽冷凝较为清洁，因此换热管外侧的污垢热阻
也可忽略。实验中的传热元件材料采用紫铜，导热系数为383.8
，壁厚为2.5mm，因此换热管壁的导热热阻
可忽略。若换热管内侧的污垢热阻
也忽略不计，则
对于流体在圆形直管内作强制湍流对流传热时，若符合如下范围内：Re=1.0×104～1.2×105,Pr＝0.7～120，管长与管内径之比l/d≥60,则对于水或空气在管内强制对流被加热时
令
（3） 
（4）
则：
测定不同流量所对应的
，由式（1）、（2）、（3）、（4）求取一系列X、Y值，再在X～Y图上作图或将所得的X、Y值回归成一直线，该直线的斜率即为m。任一冷流体流量下的给热系数a2可用下式求得，
1． 冷流体质量流量的测定
（1）若用转子流量计测定冷空气的流量，还须用下式换算得到实际的流量，
于是 
（2）若用孔板流量计测冷流体的流量，则，
三、实验步骤
a) 打开控制面板上的总电源开关，打开仪表电源开关，使仪表通电预热，观察仪表显示是否正常。
b) 在蒸汽发生器中灌装清水，开启发生器电源，水泵会自动将水送入锅炉，灌满后会转入加热状态。到达符合条件的蒸汽压力后，系统会自动处于保温状态。
c) 打开控制面板上的风机电源开关，让风机工作，同时打开冷流体进口阀，让套管换热器里充有一定量的空气。
d) 打开冷凝水出口阀，排出上次实验余留的冷凝水，在整个实验过程中也保持一定开度。注意开度适中，开度太大会使换热器中的蒸汽跑掉，开度太小会使换热不锈钢管里的蒸汽压力过大而导致不锈钢管炸裂。
e) 在通水蒸汽前，也应将蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水排除，否则夹带冷凝水的蒸汽会损坏压力表及压力变送器。具体排除冷凝水的方法是：关闭蒸汽进口阀门，打开装置下面的排冷凝水阀门，让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走，当听到蒸汽响时关闭冷凝水排除阀，方可进行下一步实验。
f) 开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽阀的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐充满系统中，使系统由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，防止不锈钢管换热器因突然受热、受压而爆裂。
g) 上述准备工作结束，系统也处于“热态”后，调节蒸汽进口阀，使蒸汽进口压力维持在 0. 01MPa，可通过调节蒸汽发生器出口阀及蒸汽进口阀开度来实现。
h) 通过调节冷空气进口阀来改变冷空气流量，在每个流量条件下，均须待热交换过程稳定后方可记录实验数值，一般每个流量下至少应使热交换过程保持5分钟方为视为稳定；改变流量，记录不同流量下的实验数值。
i) 记录6～8组实验数据，可结束实验。先关闭蒸汽发生器，关闭蒸汽进口阀，关闭仪表电源，待系统逐渐冷却后关闭风机电源，待冷凝水流尽，关闭冷凝水出口阀，关闭总电源。
j) 待蒸汽发生器为常压后，将锅炉中的水排尽。
四，数据处理：
五、思考题
1、实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响?
2、在计算空气质量流量时所用到的密度值与求雷诺数时的密度值是否一致？它们分别表示什么位置的密度，应在什么条件下进行计算。
3、实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响？如何及时排走冷凝水？如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α关联式有何影响？
流体流动阻力的测定
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一、实验目的
1．掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法。
2．测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系，验证在一般湍流区内λ与Re的关系曲线。
3．测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数x。
4．学会倒U形压差计和涡轮流量计的使用方法。
5．识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。
二、基本原理
1．直管阻力摩擦系数λ的测定
流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：
（1）
即， 
（2）
滞流(层流)时，
（3） 
（4）
本装置采用涡轮流量计测流量，V，m3/h。 即
(5)
可用U型管、倒置U型管、测压直管等液柱压差计测定，或采用差压变送器和二次仪表显示。
（1）当采用倒置U型管液柱压差计时
(6)
（2）当采用U型管液柱压差计时
(7)
2． 局部阻力系数x的测定
流体在管路中流动时的总机械能损失
为：
(1) 阻力系数法
(9)
故 
(10)
三、实验步骤
1. 实验准备：
（1）清洗水箱，清除底部杂物，防止损坏泵的叶轮和涡轮流量计。关闭箱底侧排污阀，灌清水至离水箱上缘约15cm高度，既可提供足够的实验用水又可防止出口管处水花飞溅。
（2）接通控制柜电源，打开总开关电源及仪表电源，进行仪表自检。打开水箱与泵连接管路间的球阀，关闭泵的回流阀，全开转子流量计下的闸阀。如上步骤操作后，若泵吸不上水，可能是叶轮反转，首先检查有无缺相,一般可从指示灯判断三相电是否正常。其次检查有无反相,需检查管道离心泵电机部分电源相序，调整三根火线中的任意两线插口即可。
2.实验管路选择：
选择实验管路，把对应的进口阀打开，并在出口阀最大开度下，保持全流量流动5－10min。
3. 排气：
先进行管路的引压操作。需打开实验管路均压环上的引压阀，对倒U型管进行操作。
a) 排出系统和导压管内的气泡。关闭管路总出口阀，使系统处于零流量、高扬程状态。关闭进气阀门和平衡阀门。打开高压侧阀门和低压侧阀门使实验系统的水经过系统管路、导压管、高压侧阀门、倒U形管、低压侧阀门以及出水活栓排出系统。
b) 玻璃管吸入空气。排净气泡后，关闭高压侧阀门和低压侧阀门两个阀门，打开平衡阀和进气阀，使玻璃管内的水排净并吸入空气。
c) 平衡水位。关闭平衡阀门、出水活栓、进气阀，然后打开高压侧阀门和低压侧阀门两个阀门，让水进入玻璃管至平衡水位（此时系统中的出水阀门始终是关闭的，管路中的水在零流量时，U形管内水位是平衡的，压差计即处于待用状态。
d) 被测对象在不同流量下对应的差压，就反应为倒U型管压差计的左右水柱之差。
4．流量调节：
进行不同流量下的管路压差测定实验。让流量从0.8到4m3/h范围内变化，建议每次实验变化0.5m3/h左右。由小到大或由大到小调节管路总出口阀，每次改变流量，待流动达到稳定后，读取各项数据，共作8－10组实验点。主要获取实验参数为：流量Q、测量段压差
P，及流体温度t。
5．实验结束：
实验完毕，关闭管路总出口阀，然后关闭泵开关和控制柜电源，将该管路的进口球阀和对应均压环上的引压阀关闭，清理装置（若长期不用，则管路残留水可从排空阀进行排空，水箱的水也通过排水阀排空）。
四、实验数据处理
五、思考题
1．在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的出口阀?为什么?
2．如何检测管路中的空气已经被排除干净?
3．以水做介质所测得的λ～Re关系能否适用于其它流体?如何应用?
4．在不同设备上(包括不同管径)，不同水温下测定的λ～Re数据能否关联在同一条曲线上?
5．如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响?
筛板精馏塔的操作及塔板效率的测定
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一、实验目的
1. 了解板式塔的结构与流程，掌握其操作方法。
2. 测定筛板塔在全回流和部分回流时的全塔效率。
3. 改变操作条件（回流比、加热功率等），观察塔内温度变化，从而了解回流的作用和操作条件对精馏分离效果的影响。
二、实验原理
1. 全回流操作时的全塔效率ET和单板效率EmV(n)的测定
在全回流操作时，操作线在x-y图上为对角线，根据实验中所测定的塔顶、塔底组成和在操作线和平衡线间作梯级，即可得到理论板数，然后根据装置实际板数，由式（1）可求取全塔效率。
（1）
汽相单板效率： 
（2）
在全回流操作条件下，yn = xn-1，yn+1 = xn。
所以， 
（3）
2. 部分回流时全塔效率ET’的测定
部分回流时，通过确定精馏段操作线方程和进料q线方程，测量得到的塔顶组成xD、塔底组成xW和进料组成，用x-y图解法得到理论板数NT，由式（1）便可求取全塔效率ET’。
精馏段操作线方程：
（4）
式中：R —回流比；
xD —塔顶产品液相组成。
实验中回流量由回流转子流量计测量，但由于实验操作中一般作冷液回流，故实际回流量L需进行校正。
（5）
产品量D可由产品转子流量计测量，回流比R由式（6）计算。
（6）
实验中塔顶取样测定产品组成xD，并测量回流和产品转子流量计读数L0和D、回流温度tR和塔顶液相温度tD，查表确定cpD和rD，由式（5）、（6）可求得回流比R，代入式（4）即可得精馏段操作线方程。
进料q线方程： 
（7）
式中：q —进料的热状况参数；
xF —进料液组成。
（8）
实验中确定进料液组成xF，测量进料温度tF，查表确定ts、cpF和rF，由式（8）即可得到q，代入式（7）即可得到q线方程。
三、实验仪器
精馏塔装置由塔釜、塔体、全凝器、加料系统、回流系统、贮槽（原料、产品、釜液）以及测量、控制仪表等组成。
筛板精馏塔内径Φ68 mm，共7块塔板，其中精馏段5块，提馏段2块；精馏段板间距为150 mm，提馏段板间距为180 mm；筛孔孔径为Φ1.5 mm，正三角形排列，孔间距4.5 mm，开孔数为104个。本装置采用电加热方式，塔釜内装有3支额定功率为3 kW的螺旋管加热器。
在由塔顶往下数的第4和第5块板上的进口堰处设有液相取样口，可测取第3、第4块上的下降液相样品，另外在装置上分别设有料液、产品和釜液的取样口。
塔顶有一蛇管式冷凝器，冷却水走管内，蒸汽在管外冷凝，冷凝液可由塔顶全部回流，也可以由塔顶取样管将冷凝液（馏出液）全部放出。
四、实验操作步骤
1. 首先熟悉精馏塔设备的结构和流程，并了解各部分的作用，然后检查加热釜中料液量是否适当，釜中液面必须浸没电加热器（约为液面计高2/3左右），釜内料液组成以含酒精15%～20%（质量分率）的水溶液为宜。
2. 关闭进、出料阀，关闭采样阀，全开冷凝器顶部排气阀，稍开冷却水阀门，全开回流转子流量计阀门，先进行全回流操作。
3. 接通总电源，打开仪表柜上的电源和加热开关，用调压器逐渐加大电压。注意观察塔顶、塔釜的温度变化和第一块塔板的情况，当见到有上升蒸汽时，加大冷却水，冷却水量可由转子流量计观察，其用量能将全部酒精蒸汽冷却下来即可。
4. 当各层塔板上汽液鼓泡正常时，当灵敏板温度基本不变时，操作即达稳定，此时塔顶、塔釜温度恒定也不变，读取回流液量和温度，并取样。用注射器同时抽取第三板和第四板的液相样品；由塔顶取样管和塔底取样口用锥型瓶（或带塞大试管）接取适量试样，取样前应先取少量式样冲洗锥型瓶一、二次。取样后用塞子将锥型瓶塞严，并使其冷却到20～30℃之间；酒精组分与比重对照，或采用气相色谱分析样品组成。
5. 改变电压，重复步骤4再进行一次全回流操作。
6. 进行部分回流操作。将回流比调至3～5，同时调整进料、产品、釜液等流量。当灵敏板温度稳定以及釜液液面恒定后，即部分回流操作达稳定。读取各转子流量计的流量和各温度计的温度，并测取产品、料液、釜液的样品，采用酒精计或气相色谱测其组成。
7. 实验结束，先将旋转自耦变压器手轮调至零位，按红色按钮并关掉电源，一切恢复原来状态，待塔内没有回流后，关闭冷却水。
五、数据处理
六、思考题
1. 影响精馏操作稳定的因素是哪些？维持塔稳定操作应注意哪些操作岗位？如何判断塔的操作已达到稳定？
2. 精馏体系为乙醇－水时，选用回流比为4，如果现在改为苯－甲苯、正庚烷－甲基环己烷体系，为达同样的分离要求，回流比仍为4，行不行？为什么？
3. 塔体一定要保温吗？为什么？
4. 板式塔气液接触的特点是什么？试与填料塔比较。
5. 随着塔釜加热功率的增大，精馏塔顶的轻组分浓度将如何变化？解释原因。