化工原理实验思考题答案.doc
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1、(word完整版)化工原理实验思考题答案化工原理实验思考题实验一:柏努利方程实验1 关闭出口阀,旋转测压管小孔使其处于不同方向(垂直或正对流向),观测并记录各测压管中的液柱高度H并回答以下问题:(1) 各测压管旋转时,液柱高度H有无变化?这一现象说明了什么?这一高度的物理意义是什么?答:在关闭出口阀情况下,各测压管无论如何旋转液柱高度H 无任何变化。这一现象可通过柏努利方程得到解释:当管内流速u=0时动压头,流体没有运动就不存在阻力,即hf=0,由于流体保持静止状态也就无外功加入,既We=0,此时该式反映流体静止状态 见(P31).这一液位高度的物理意义是总能量(总压头)。(2) A、B、C、
2、D、E测压管内的液位是否同一高度?为什么?答:A、B、C、D、E测压管内的液位在同一高度(排除测量基准和人为误差)。这一现象说明各测压管总能量相等。2 当流量计阀门半开时,将测压管小孔转到垂直或正对流向,观察其的液位高度H/并回答以下问题:(1) 各H/值的物理意义是什么?答:当测压管小孔转到正对流向时H/值指该测压点的冲压头H/冲;当测压管小孔转到垂直流向时H/值指该测压点的静压头H/静;两者之间的差值为动压头H/动=H/冲-H/静。(2) 对同一测压点比较H与H/各值之差,并分析其原因。答:对同一测压点HH/值,而上游的测压点H/值均大于下游相邻测压点H/值,原因显然是各点总能量相等的前提
3、下减去上、下游相邻测压点之间的流体阻力损失hf所致.(3) 为什么离水槽越远H与H/差值越大?(4) 答:离水槽越远流体阻力损失hf就越大,就直管阻力公式可以看出与管长l呈正比。3。 当流量计阀门全开时,将测压管小孔转到垂直或正对流向,观察其的液位高度H/并回答以下问题:(1) 与阀门半开时相比,为什么各测压管内的液柱高度H/出现了变化?答:从采集的数据可以看出,阀门全开时的静压头或冲压头与半开时相比,各对应点的压头均低于半开时的静压头或冲压头,因为直管阻力Hf与流速呈平方比(公式31).(2) 为什么C、D两点的静压头变化特别明显?答:由于测压管C、D两点所对应的管道内径小于两侧为12mm,
4、因此在相同流量的条件下C、D两点所对应的管道内的流速大于两侧的流速,根据柏努利方程机械能守恒定律,当C、D两点的动能时, C、D两点的静压能。此外从直管阻力公式可以看出, l、d产生的阻力损失hf对C、D两点的静压能也有一定的影响.4. 计算流量计阀门半开和全开A点以及C点所处截面流速大小。答:注:A点处的管径d=0。0145(m) ;C点处的管径d=0。012(m)A点半开时的流速: (m/s)A点全开时的流速: (m/s)C点半开时的流速: (m/s)C点全开时的流速: (m/s)实验二:雷诺实验1。 根据雷诺实验测定的读数和观察流态现象,列举层流和湍流临界雷诺准数的计算过程,并提供数据完
5、整的原始数据表。答:根据观察流态,层流临界状态时流量为90( l/h)体积流量: 流速: 雷诺准数: 根据观察流态,湍流临界状态时流量为174( l/h)体积流量: 流速: 雷诺准数: 同理,根据雷诺实验测定的读数计算其余各点的流量、流速和雷诺准数如原始数据表所述。2 根据实验观察到的流态,层流和湍流临界雷诺准数值与公认值有无差距?原因何在?答:略有差距。主要原因在于实验设备测量精度和测量稳定性不高,其次是流态显色墨水的注入量控制不当以及人为干扰产生的震动等。3 根据雷诺准数表示式,你认为在什么条件下可以只用流速来判断流动型态(如层流、湍流)?答:根据雷诺准数的四个影响因素:d、u、可知,在同
6、一台实验装置(即 管径d,且管子不变),水的温度不变(即 水的密度和黏度不变)以及测试的人为环境不变时,可以依据前次的实验结果判断流态。实验三 管道流体阻力的测定1 测得水银水差压计的读数为Rf(mHg),证明Rf与阻力的关系为:Hf=12.6Rfg (J/kg)答:设环境温度为20,水银的密度Hg=13590(kg/m3)水的密度H2O=998。2(kg/m3)证明如下: 2。 紧靠孔板流量计前后测得的压差,是否代表流体通过流量计的永久阻力损失?为什么?答:测得的压差不代表流体通过流量计的永久阻力损失。流量计测得的压差P一方面由流体流经孔板产生的永久阻力P1,另一方面由流体流经孔板的流速变化
7、也将产生一定的阻力P2.3。 实验装置各压差计上的“平衡阀”(旁通阀)有何作用?在什么状况下进行开启或关闭操作?答:平衡阀用以调节压差计两臂液柱的平衡。在实验装置启动运行或结束实验时,平衡阀应该处在开启状态;在实验装置检验系统内空气是否排净或测量阻力数据是平衡阀应该处在关闭状态。4。 根据管道流体阻力测定的读数,列举1米直管在某一流量下的阻力Hf和摩擦系数; 在某一流量下的局部阻力Hf和局部阻力系数的计算过程,并提供数据完整的实验结果表及用双对数坐标绘制一般湍流区内Re、uR关系曲线。答: 计算条件 差压计指示液及水的密度:Hg 13950 kg/m3 CCl4 1596 kg/m3实验温度
8、20 H2O 998.2 kg/m3 实验装置提供的有关系数: a =0。3393 n=0.1589求 实验装置流量最大时一米直管的流体阻力Hf ;摩擦系数 值。 求 实验装置流量最大时两米直管内,截止阀的局部阻力Hf ;局部阻力系数 值。 阻力实验结果图表 2007年10月25日实验t()d(m)L1(m)L2(m)条件20 0。0271。00 2。00 R(cmHg)u(m/s)Rf1(cmCCl4)Hf1(J/kg)Rf2(cmHg)Hf2(J/kg)(kg/m3)(cp)Re80。400 3。305 67.10 3。948 55.50 60.684 998。2 1。004 88722。
9、51 0。0195 11。11 59。000 2.815 50.60 2。977 40。10 43。596 998.2 1。004 75559。93 0。0203 11。00 39。900 2。298 36。30 2.136 28。05 30。389 998。2 1.004 61679。56 0。0218 11.51 27。400 1。891 25.40 1.495 18.70 20。118 998。2 1。004 50751.07 0.0226 11。26 17。800 1.512 17。55 1。033 12。40 13.257 998。2 1.004 40573.21 0。0244 11
10、。60 12.050 1.235 12。70 0。747 8.20 8.638 998。2 1。004 33137.57 0。0265 11。34 8.200 1。011 9。10 0.535 6。00 6。343 998。2 1.004 27137.79 0。0283 12。41 5。850 0.847 6。90 0.406 4。30 4。501 998.2 1。004 22739。62 0.0305 12.54 3.900 0。688 4.90 0.288 2.85 2.945 998。2 1.004 18454.40 0。0329 12。46 5如何检验实验装置中的空气已经排净?答:排空
11、气操作后,在离心泵运行的状态下,关闭管路中的流量调节阀和各压差计上的平衡阀,观察各压差计上的读数为0是时,表示系统内的空气已经排净.实验四 离心泵特性曲线的测定1. 根据离心泵特性曲线实验所测定的读数,列举某一流量Qi(m3/s)下的实际扬程H;轴功率N;总效率的计算过程,并提供数据完整的原始数据、计算结果表和绘制HQ;NQ;Q特性曲线图。答: 计算条件: 进出口压力、真空表间的垂直距离hO=0.125(m); 按传=1计进出口管内径d1 = 0.048(m) d2 = 0。031(m)根据电机编号1194的效率与电机输入功率(W)曲线图,查得电机效率电()数据表你列如下.计算示例: a。 功
12、率1=格数1C=4840=1920(W) 计算结果表你列如下。b流速计算 c。扬程计算 d.轴功率计算 e。总效率计算 同理其他数据按以上公式计算得表内结果:离心泵特性曲线实验原始数据记录及计算结果表 功率表常数 C=40 功率(W)=格数C参数 次序流量积算仪读数(m3/h)流量Q(l/s)压力表读数(MPa)真空表读数(MPa)功率表(格数)电机输入功率(W)电机效率电()扬程H(MH2O)轴功率N(W)泵总效率(%)120.945.81670。1150.025048.0192079.916。901534。0862.86220.005。55560。1250.023047。0188079。9
13、17.501502。1263.49318。965.26670。1340.021646。0184079.818.041468.3263.48417。664.90560。1460.019045。0180079。818.721436.4062。72517。004。72220。1520.018044。5178079.719.101418.6662。37614。404.00000。1680.015041.5166079.119。961313.0159。65710。183。05000.1890。010238.0152078。521.121193.2052.9688。862。46110。1960。00853
14、4。0136077。521。421054。0049.0796。201。72220。2040.007031.0124076.421。85947。3638.97103.190.88610。2060.004027。0108074。421.19803.5222.92110。000.00000.2090.000023.594072。421.43680。560。002离心泵启动前为何要引水灌泵?若灌泵后仍不能正常运行,你认为是什么原因?答:离心泵启动前引水灌泵,可避免泵腔产生气膊,也有利于泵进口的吸人真空度。倘若灌泵后仍不能正常运行,原因有几个方面:a 底阀锈蚀不能自动打开,b 进口管污物堵塞,c 水面上
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