2、测定水在管道内流动时的直管阻力损失，作出λ与Re 的关系曲线、测定水在管道内流动时的局部阻力损失，测量和计算不同开度下截止阀的局部阻力系数ζ或当量长度l e 。

　　流体在管道内流动时，由于内摩擦力的存在，必然有能量损耗，此损耗能量为直管阻力损失。根据柏努利方程，对等直径的1、2两截面间的直管阻力损失为：

　　l 、d 、ε ? 直管的长度、管内径和绝对粗糙度 (m)； ?p ? 流体流经直管的压降 (Pa)；

　　由公式（2）可以看出，流体流动时的摩擦阻力损失与管道的长度成正比，与管道的直径成反比。流体的平均速度越高，阻力损失越大。利用公式（2）计算直管阻力损失时，需要知道不同雷诺数下摩擦阻力系数的值。穆迪图给出了

　　λ~Re 的关系曲线。本实验装置可以利用上面的公式来验证直管阻力损失计算，测定λ~Re 的关系曲线。

　　流体在长度和直径一定的管道内流动时，利用U 型管压差计实验测出一定流量下流体流经该长度管段所产生的压降，即可算得 h f ，利用公式（2）可得到

　　λ，根据流速和物性数据可按公式（5）计算出对应的雷诺数Re ，从而关联出 λ 与Re 的关系曲线。

　　改变实验管可得出不同粗糙度（不同材质直管）的λ 与Re 的关系曲线. 当量长度l e 和局部阻力系数 ζ

　　流体在流经阀门、管件时，由于流道方向或大小的改变，造成流体的剧烈湍动，造成的能量损失称为局部阻力损失。 （1）当量长度法

　　流体通过管件、阀门等的局部阻力损失，若与流体流过一定长度的相同管径的直管阻力相当，则称这一直管长度为管件或阀门的当量长度，用符号le 表示，这样就可以用直管阻力的公式来计算局部阻力损失。在管路计算时，可将管路中的直管长度与管件阀门的当量长度合并在一起计算，则流体在管路中的总阻力损失为

　　流体通过某一管件或阀门的阻力损失用流体在管路中的动能系数来表示，这种计算局部阻力的方法，称为阻力系数法，即

　　测出一定流速时流体通过阀门或管件的压降h f ，就可利用公式（6）、（7）计算出对应的当量长度或局部阻力系数。 3.离心泵的特性曲线

　　离心泵的特性，可用该泵在一定转速下，流量与扬程，流量与功率以及流量与效率三种曲线Q f =η曲线。若将H 、N 和η 对Q 间的关系分别标绘在同一直角坐标上所得的三条曲线，即为离心泵的特性曲线。

　　如果水箱液面和离心泵入口高度相同，在水箱液面和离心泵出口压力表之间列出柏努利方程式，可确定水经离心泵所增加的能量（mH 2O ），此能量称为扬程H ，其计算式为：

　　p 表—离心泵出口表压(Pa)； p 真—离心泵入口真空度(Pa)； u — 离心泵出口管内流速(m/s)；

　　式中：N — 离心泵轴功率（kW ）； η电 — 电动机效率，近似取为0.75； η传 — 机械传动效率，近似取为0.95； N 电 — 电动机的输入功率，由功率表测定。 离心泵的效率η 是理率与轴功率的比值。即

　　（1） 供水系统：循环水箱、离心泵IS50-32-125、电机2200W ； （2） 测压系统：差压变送器、测压环、连接管路、小球阀； （3） 流量系统：涡轮流量计LWGW40、变送器；

　　（4） 控制柜：智能数显仪、功率表SWP-W-C80、转速表、变频器； （5） 管路系统：由不锈钢管、碳钢管构成循环体系。

　　1－离心泵2－电机3－水箱4－涡轮流量计及变送器5－差压变送器6, 7－DN40闸阀8, 9, 10－球阀11～18－小球阀19－DN25闸阀20－压力表21－线－转速传感器

　　电源，水泵开始工作，检查转速表、电机功率表读数。检查泵进口线是否有读数。如果压力表有读数，说明水泵工作正常。打开闸阀6、7，水开始循环。

　　记录压差和流量读数。逐步关小闸阀7，测定不同流量时的阻力损失（压差），直到最小流量时，结束实验管a的测定。关闭闸阀7，球阀10和小球阀15、16。

　　4.利用变频器调节转速，按上面的步骤可测定不同转速下的离心泵特性曲线.依次关闭水泵电源、仪表电源和总电源。

　　K — 总传热系数（W/m 2·?C ）； d 1、d 2 — 换热管的内、外径（m ）； l — 换热管长度（m ）； V — 空气流量（m 3/s ）；

　　ρ、C p — 分别是热空气平均密度（kg/m 3）和比热（J/kg ）； T 1、T 2 — 分别是热空气进、出换热器的温度（?C ）；

　　空气与水的传热过程是由水在管外的对流传热、间壁的固体热传导热和壁面对空气的对流传热串联组成，其总热阻（以管内径d 1为基准）为

　　d 1、d m 、d 2 —分别为换热管的内径、平均直径和外径（m ）； b — 换热管的壁厚（m ）；

　　对公式（5）中各阻力项进行分析后可以发现，因水的给热系数α2较大，对水平单管，可以达到2000（W/m 2? ?C ）左右，所以 221d d 之值较小；对金属间壁，λ 较大，b 很小，所以m d bd 1之值也较小，与11h 项相比均可忽略，故有11α?K 。通过实验测量V 、T 1、T 2、t 1 、t 2，即可按公式（1）～（4）计算不同流速（雷诺数）时的K 1（即h 1），查出定性温度下空气的物性，则可根据定义计算出不同雷诺数时的努塞尔数。

　　式中： Nu ? 努塞尔准数； ρ ? 热空气密度（kg/m 3）； u ? 热空气在管内的流速（m/s ）；

　　当流量改变后，将改变热平衡关系，Re 、Nu 也随之改变，进而可在双对数坐标下作出Re 与Nu 的关系曲线．污垢对传热系数的影响

　　公式（5）所描述的传热阻力中，没有考虑由于换热管内外表面形成垢层后所造成的热阻。若考虑污垢热阻，则公式（5）就变为（以管内径d 1为基准）

　　式中： R S1、R S2 —分别为换热管内、外侧的污垢热阻（m 2? ?C / W ）。 若用R f 表示管壁内外两侧污垢热阻之和，则

　　通过测量相同雷诺数时清洁管和污垢管的总传热系数，则可计算出污垢管的总污垢热阻。通过该实验，可以让学生了解污垢对传热的削弱作用。

　　流体流经一个小于管径的锐孔时将产生压降，而此压降将随流体的流量大小而变化，它们之间的关系可由柏努利方程式得出：

　　装置中使用孔板流量计来测量空气的流量。通过标定和数据处理，孔板流量计的体积流量V （m 3/h ）与压差?p （Pa ）的关系式可表示为

　　冷空气由漩涡风机送入电加热器，经孔板流量计计量后进入套管换热器的管程。冷却水进入换热器的壳程，水和空气在套管换热管内进行逆流换热。对流传热对比实验流程如下图所示。

　　热空气系统：电加热器、变压器、电流表、电压表、漩涡风机； 流量测量：孔板流量计、差压变送器、智能数值显示表； 温度测量：热电偶、温度数显表；

　　套管换热器：内管尺寸，Φ20?2.5mm ，有效换热长度 1.2m ，套管尺寸，Φ46?3mm 。

　　空气温度变化。由于风机的压缩作用，空气温度会缓慢上升。实验时空气的进口温度一般控制在80o C 左右，如果温度过高，可调节加热电压，直到稳定。

　　注意：本实验采用电加热器加热空气，加热器及部分管路温度较高。实验过程中应注意避免接触高温部位，防止烫伤。

　　1. 气体吸收是运用混合气体中的各组分在同一溶剂中的溶解度差异，通过气、液充分接触，溶解度较大的气体组分较多地进入液相而与组分分离的操作。

　　气体混合物以一定速度通过填料塔内的填料时，与溶剂液相接触，进行物质传递。气液两相在吸收塔内的流动相互影响，具有自己的流体力学特性。填料塔的流体力学特性是以气体通过填料层所产生的压降来表示。该压力降在填料因子、填料层高度，液体喷淋密度一定的情况下随气体速度的变化而变化。如图1所示。

　　式中：L — 吸收剂用量（kmol/h ）； Ω — 填料塔截面积（m 2）； ?X m — 平均浓度差；

　　X 1，X 2 —分别为吸收剂（水）的出、进塔浓度（摩尔比）； X 1*，X 2*—分别为与气体进、出塔浓度Y 1，Y 2（摩尔比）成平衡的液

　　通过测定水温和当地大气压可确定亨利系数。改变可变参数CO 2和空气的混合气量、吸收剂水用量、混合气进、出填料塔的CO 2含量，即可测定不同操作条件下，不同填料的液相体积传质系数K X a 。

　　空气由风机送出，经转子流量计7（或8）计量，由钢瓶来的CO 2气体经转子流量计9计量。空气和CO 2气体在混合器20混合后，经管路进入吸收塔底部。

　　混合气进入各塔通过阀门16～19切换。吸收剂（水）经转子流量计6计量后进入塔的顶部。水进入各塔通过阀门12～15切换。水通过喷嘴喷洒在填料层上，与上升的气体逆流接触，进行吸收传质，尾气从塔顶排出，而吸收后的液体经塔底液封装置后排出。其流程示意图如下所示。

　　8－小流量空气转子流量计9－CO2转子流量计10－差压变送器11－空气放空阀12，13，14，15－水切换阀16，17，18，19－混合气切换阀20－气体混合器

　　填料塔：塔内径100mm 、填料层高度1m。填料类型：陶瓷拉辛环φ10?10，陶瓷拉辛环φ15?15，不锈钢鲍尔环φ10?10，丝网规整填料；

　　2. 确定要进行实验的填料塔，打开对应的塔切换开关（注意：每次只能开启一个塔，其余三塔保持关闭状态）。打开仪表开关。

　　3. 全开空气进口阀31和放空阀11，启动风机，让空气进入填料塔底部，用空气进口阀31调节空气流量，流量从小到大，每调一次风量，测定一次填料层压降?p，共采集7~10组数据，由此可作出在干填料时，风量与压力降的关系线调节水量，维持喷淋量不变，用空气进口阀31调节空气流量，流量从小到大，每调一次风量，测定一次填料层压降?p，共采集7~10组数据，由此可作出在湿填料操作时，风量与压力降?p的关系线。在操作过程中，注意观察液封装置，以避免空气从液封装置流出。

　　5. 通过调节阀30，改变入塔水量，重复第4操作步骤，可测定不同水量下风量与压力降?p的变化曲线，完成气、液在填料塔内的流体力学性能测定。

　　6. 开启CO2钢瓶阀，调节减压阀，使CO2出口压力维持在0.2MPa左右，通过CO2转子流量计9计量后进入混合器与空气混合后进入填料塔底部。

　　7. 通过进口取样点21取样，用CO2气体分析仪分析其CO2含量。调节混合气或者CO2转子流量计上的旋钮，改变空气和CO2的混合比，实验要求配制的混合气中CO2浓度约为10%（体积），并始终保持稳定不变。

　　8. 调节清水阀30，流量从小调大，需采集4~6组数据。每调节一次，稳定3~5分钟，记录清水量，混合气流量，用取样针筒抽取在进口取样点21和出塔取样点22～25抽取混合气进行CO2分析，确定Y1和Y2，完成填料塔液相体积传质系数的测定。

　　11. 所有实验数据记录完后，经指导教师同意，关闭CO2液化气钢瓶，关闭进水阀30，关闭风机，关闭总电源。

　　实验一 伯努利实验 一、实验目的 1、熟悉流体流动中各种能量和压头的概念及相互转化关系，加深对柏努利方程式的理解。 2、观察各项能量（或压头）随流速的变化规律。 二、实验原理 1、不可压缩流体在管内作稳定流动时，由于管路条件（如位置高低、管径大小等）的变。