PDF《赵红丽化工实验深度教学例析》

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17 1―风机 2,4―调节阀 3―转子流量计 5,6,7,8―热电偶 10―压力表 9,11―冷凝水排空阀 12―排放口 13―惰气排空阀 14―蒸汽进口 15―换热器 16―冷水出口 17―视镜 18―温度监视器 图1实验装置图

2 实验深度教学 2.1 基本理论的深化理解 2.1.1 理论知识的正确理解 (1)对数平均温差 采用近似法通过冷、热流体的对数平均温差计算空气 的对流传热系数,需知晓冷、热流体的进出口温度.可以 通过分析讨论,帮助学生明白理论课上讲述的冷、热流体 的温度,指的是同一传热面上冷热流体的进出口温度,与 流体在设备中的实际进出口位置无关.此外,由于教材上 明确指出两流体的流动方向不同,对对数平均温差的影响 也不相同,因此,可能有部分学生会不假思索地认为,本 实验逆流传热时传热效果好,而忽视了热流体――饱和水 蒸气在传热过程中只发生相变,流体流动方向对传热温差 没有影响. (2)强化传热 根据总传热方程,强化传热有三种途径:增大传热面 积,提高总传热系数和增大对数平均温差.通过观察与思 考实验装置本身,可使学生清晰地感受到增大空气体积流 量(即提高空气流速),增强流体湍动程度,可提高总传 热系数.相比增大传热面积和对数平均温差来说提高总传 热系数是强化传热最有效的途径. 2.1.2 理论的适用条件 化工原理中基本理论与经验公式都是在一定条件下推 导或关联出来的, 只有满足条件时才能得到较准确的结果. 如实验中采用近似法和准数关联式法计算冷流体的对流传 热系数就有其适用条件.除此以外实验中还涉及到连续性 方程及伯努利方程的适用条件. (1)连续性方程 在计算空气的传热速率时,根据 t C q Q p v ? ? ? 需测定 空气进口体积流量,可提示学生思考空气的进口、出口体 积流量、质量流量、速率是否相等?在本实验中,连续性 方程的三个公式是否适用?根据连续性方程的推导过程可 知, 在定态流动系统中, 流体流经各截面的质量流量不变, 而平均流速随管路截面积及流体的密度而改变.对于不可 压缩流体,各截面的体积流量相等.实验中,冷流体为空 气,为可压缩性流体,进出口温度不同,密度不同,因此 连续性方程的三个公式并非全部适用. (2)柏努力方程 在化工生产和实验研究中,经常碰到流体的流动和输 送.当流体在管道内作稳定流动时,在管道的各截面之间 的各种形式机械能的变化规律,可由流体机械能衡算基本 方程――柏努力方程来表示.本实验的主要目的并非为验 证柏努力方程,但在蒸汽发生器内涉及到了此项内容.自 来水流入高位水箱,由位于地面的水泵将流体压入到比高 位水箱低近

50 cm 的蒸汽包中.有的同学不理解为何高位 水箱的水不能自动流入低位的蒸汽包?指导教师可提醒学 生注意蒸汽包的工作压力为高位水箱压力的

20 倍, 根据柏 努力方程即可得知水泵的作用.通过这样的思考,学生进 一步理解了理论与实践的关系,强化了理论知识的理解. 2.2 设备原理及构造 与一般化学实验相比,化工实验具有工程特点,每个 实验项目都相当于化工生产中的一段工艺,通过实验能建 立起一定的工程概念.每一个单元操作均需要在一定的设 备内完成,虽然设备的原理及构造通常不是基础理论课的 重点讲述内容,但在实验课上面对真实的实验设备,结合 基础理论,能让学生直观、快速地了解工程设备. (1)检查孔 为了定期检查设备的内部焊缝及腐蚀情况以及安装拆 卸设备的内部装置.压力容器上均应开设检查孔,检查孔 包括人孔、手孔和螺纹管塞孔.实验所用换热器安装了两 个视镜,通过它能随时观察设备管道内部物料操作情况. 据此可讲述有关人孔、螺纹管塞孔的有关知识,让学生对 检查孔有所了解. (2)弹簧式安全阀 安全泄放装置是为保证压力容器安全运行、防止容器 超压的一种保险装置.蒸汽发生器属于压力容器,在气顶 部安装了弹簧式安全阀.利用简单的手势及通俗易懂的语 言可使学生明白其工作原理.弹簧式安全阀指依靠弹簧的 弹性压力而将阀的瓣膜或柱塞等密封件闭锁,一旦当压力 容器的压力异常后产生的高压将克服安全阀的弹簧压力, 所以闭锁装置被顶开,形成了一个泄压通道,将高压泄放 掉.安全阀在开启时,由于器内的气体从阀中高速喷出会 发生较大响声,因而也有自动报警的作用[5,p413-415] . (3)防冲挡板、扩大管 本实验中,蒸汽为壳程流体,蒸汽入口压力 0.01 MPa 赵红丽,等:化工实验深度教学例析 -111- (表压) .由于压力不高,未考虑蒸汽冲击加热管问题.但 在此可提示学生注意在工业上为防止壳程流体对换热管的 直接冲刷,在壳程进口接管处应设置壳程的防冲挡板.可 将防冲挡板的两侧焊接在定距管或拉杆上,为了牢固也可 同时焊在靠近管板的第一块折流板上,或把防冲挡板焊在 壳体上.若壳程介质是蒸汽,则可采用扩大管以起缓冲作 用,并在扩大管内加装导流板[5,p540-541] (4)旋涡式气泵 实验中冷流体由旋涡式气泵提供.操作过程中发现冷 空气的进口温度在不断变化,2 小时升高了