PDF《化工原理实验多媒体课件》

化工原理实验多媒体课件 化工原理教学实验中心 2002年1月 序言

一、化工原理实验的特点 1.

工程实验 工程实验与基础实验的区别: A. 面对复杂的实际问题和工程问题;

B. 采用的方法是经验的或半理论半经验的;

C. 处理对象是复杂的(变量多、物料变化大、设备尺 寸悬殊). 工程实验经常采用的方法为:因次分析法和数学模型法. 因次分析法: 黑箱法,不需要对过程的深入理解,不需要采用真 实的物料、真实流体或实际的设备尺寸,只需借助模拟 物料(如空气、水、黄砂等)在实验室规模的小设备中, 经一些预备性的实验或理性的推断得出过程因素,从而 加以归纳和概括成经验方程, 因次分析法的优点: 由小见大、由此及彼、减少工作量. 因次分析法原理: (1).物理方程的一致性 (2).π定理:任一方程可写成无因次方程 (3). 相似原理:工业上与实验室无因次准数相等 2. 实验目的 掌握处理工程问题的实验方法;

理论联系实际. 3. 实验允许误差 3~5%,甚至可达20%.

二、因次分析法 1.因次、基本因次、导出因次和无因次数 因次:量纲,物理量单位的种类;

基本因次:基本物理量的因次;

导出因次:导出物理量的因次,例如:速度u 无因次数:因次为0,例如:雷诺数Re 2.物理方程因次一致性 例如: s [L],u0 [LT-1],t [T],g[LT-2]

2 0

2 1 gt t u s + = 3.π定理及因次分析法 某一物理现象中有n个独立变量,x1,x2…xn, 因变量y可以用因次一致关系来表示: y=F(x1,x2…xn), 或f(y,x1,x2…xn)=0 由于方程中各项因次一致,函数f可以改为 (n-m)个独立的无因次数间的关系. f( π1,π2 ,π3 … πn-m )=0 因次分析的步骤: A.确定对所研究的物理现象有影响的独立变量,设有n 个,f(x1,x2…xn)=0;

B.选择基本因次,力学中[M], [L], [T],并用基本 因次表示出所有各变量的因次;

C.选择m个变量作为基本变量(相互独立),流体力学中可 选ρ,d ,u 为基本变量;

D.列出无因次数,一般形式为: E.该物理现象可以用(n-m)个参数的函数F来表达;

F.改变无因次数进行实验,以求得F的具体实现形式. c C b B a A i i x x x x = π 实例:某厂采用φ300的管道,将硫酸从A地输送到B地,距离为50m,求 该段距离的阻力损失? 采用因次分析法: [1]流体性质:密度ρ,粘度μ;

设备的几何尺寸:管径d, 管长l,管壁粗糙度ε;

流动条件:流速u;

阻力损失hf;

f (hf ,ρ, μ, d, l, ε, u)=0 七个变量,工作量106 [2]分析各变量的因次:ρ[ML-3],μ[ML-1 T-1],d[L], l[L],ε[L],u[LT-1], hf[L2 T-2];

[3]选定基本变量:ρ,d, u;

[4]确定无因次数: [ML-1 T-1][ML-3]a[LT-1]b[L]c=[M0L0T0] c b a d u ?ρ π =

1 解之得:a=-1,b=-1,c=-1 所以 ,改写为熟悉的形式: 同理可得: π4 =hf/u2 [5] 四个变量,工作量103 实验室选取:管径φ30的管子,可由π2计算出管长为:5米π2 =l/d, 50/300 = L/30, L=5米由π1计算出流速u,由π4计算出hf ud ρ ? π =

1 ? ρ π ud =

1 d l =

2 π d ε π =

3 0 ) , , , (

4 3

2 1 = π π π π F 流体流动阻力的测定

一、实验目的和内容 1.目的 [1]熟悉测定流体流经直管和管件时的阻力损失的实验组织 方法及测定摩擦阻力系数的工程意义;

[2]学会压差计和流量计的使用方法;

[3]识别组成管路的各个管件、阀门,并了解其作用;

[4]学会用因次分析法分析规划实验. 2.内容 [1] 测定特定ε/d下直管摩擦系数和雷诺数的关系;