化工原理实验多媒体课件.pdf

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

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
、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

例如: 1
s = u t + gt 2
0 2
-1 -2
s [L],u0 [LT ],t [T],g[LT ]

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:
,设有n
个,f(x1,x2…xn)=0;
,力学中[M], [L], [T],并用基本
因次表示出所有各变量的因次;
(相互独立),流体力学中可
选ρ,d ,u 为基本变量;
a b c
,一般形式为: πi = xixAxBxC
(n-m)个参数的函数F来表达;
,以求得F的具体实现形式。
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:
a b c
π1 = µρ u d
[ML-1 T-1][ML-3]a[LT-1]b[L]c=[M0L0T0]
解之得:a=-1,b=-1,c=-1
µ ρud
所以π1 = ,改写为熟悉的形式: π=
ρud 1 µ
l
ε 2
同理可得: π 2 = π= π=hf/u
d 3 d 4
四个变量,工作量103
[5] F ( π 1 ,π 2 , π 3 ,π 4 ) = 0
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
流体流动阻力的测定
一、实验目的和内容

[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。

[1] 测定特定ε/d下直管摩擦系数和雷诺数的关系;
[2]测定流体流经阀门时的阻力系数。