化工原理实验（理论部分）20110321-1（至诚化工）.ppt

福州大学化工原理实验室二一一年三月修订,理论部分,化工原理实验,福州大学化工原理实验室,实验设备图片绪 论第一章化工原理的实验研究方法第二章实验数据的误差分析第三章实验数据处理第四章计算机数据采集与控制复习要求,实验理论部分主要内容,流体阻力与离心泵联合实验装置,流体阻力与离心泵 联合实验装置,板框过滤实验装置,传热实验装置,吸收实验装置,精馏实验装置,精馏实验装置,干燥实验装置,干燥实验装置,福州大学化工原理实验室,一、化工原理实验教学目的 二、化工原理实验的特点 三、化工原理实验教学内容与方法 四、化工原理实验各环节要求 五、化工原理实验报告的编写,绪论,福州大学化工原理实验室,一、化工原理实验教学目的,1巩固和深化理论知识。2提供一个理论联系实际的机会。3培养学生从事科学实验、工程实验的能力。4培养科学的思维方法、严谨的科学态度和良好的科学作风。,二、化工原理实验的特点,福州大学化工原理实验室,强调实践性和工程观念。开设有设计型、研究型和综合型实验。实验设备采用计算机在线数据采集与控制系统。,三、实验教学内容与方法,福州大学化工原理实验室,1.实验理论教学2.实验 本学期：流体阻力、离心泵、过滤 下学期：传热、吸收、精馏、干燥 每个实验,预习实验操作,3.考试:期末笔试占50%,实验报告占50%,四、实验各环节的要求,福州大学化工原理实验室,预习环节 实验操作环节测定、记录和数据处理环节实验报告编写环节,福州大学化工原理实验室,预习环节,学生:课前预习实验相关内容（包括相关仪器 仪表知识）、列出所要测定参数的项目，带着问题到实验室现场预习。,教师：实验相关知识的介绍（例如实验原理、实验的设计方法、实验数据处理方法、实验过程应注意的问题等，解答问题等）。,大家:到实验室熟悉设备装置的结构和流程。,福州大学化工原理实验室,实验操作环节,34人为一小组进行实验，做到既分工又合作。实验操作过程应注意：,启动,操作过程中,停车,福州大学化工原理实验室,测定、记录和数据处理环节,1、确定要测哪些数据原始数据记录表,2、实验数据点如何分布（实验数据的分割）,（a）对于直角坐标系：,（b）对于双对数坐标：,福州大学化工原理实验室,（1）原始记录只可进行整理，绝不可以随便修改。（2）数据处理方法详见第三章。,4、数据的整理与处理,3、读数与记录 注意七点：稳定、同时、对照、直接、精度、真实、检查。,福州大学化工原理实验室,实验报告编写环节,实验报告是实验工作的全面总结和系统概括，是实践环节中不可缺少的一个重要组成部分。化工原理实验具有显著的工程性，属于工程技术科学的范畴，它研究的对象是复杂的实际问题和工程问题，因此撰写化工原理的实验报告十分重要。,五、实验报告的编写,福州大学化工原理实验室,本课程实验报告的内容应包括以下几项：（1）封面：统一要求（见下页）。（2）实验目的和内容：简明扼要。（3）实验的理论依据（实验原理）：简要说明。,（4）实验装置流程示意图：要完整,图1 离心泵实验装置流程图1-水箱；2-水箱放水阀；3-温度计；4-离心泵()入口阀；5-离心泵()入口阀；6-离心泵()入口真空表及开关；7-离心泵()入口真空表及开关；8-离心泵出口压力表及开关；9-离心泵()；10，13-功率表；11,12-串并联调节阀；14-离心泵()；15-涡轮流量计；16-流量调节阀。,福州大学化工原理实验室,福州大学化工原理实验室,（5）实验操作要点：分点说明。（6）注意事项：只提特别重要的。（7）原始数据记录：原始数据记录表。（8）数据处理：将实验原始数据进行整理、计算，并将计算结果制成便于分析讨论的表和图。,计算过程举例：非常重要。,（9）实验结果的分析与讨论：6个方面可供参考。（10）实验结论：结论是根据实验结果所作出的最后判断，得出的结论要从实际出发，有理论依据。（11）参考文献：格式十分重要，见下页。,福州大学化工原理实验室,参考文献：被引用的文献为期刊论文的单篇文献时，著录格式为：序号 作者，文献题名J刊名，出版年，卷号(期号)；引文所在的起止页码1 刘晓华，李淞平螺旋线圈强化管内单相流体传热的研究J石油化工高等学校学报，2001，14(3)：5759 被引用的文献为图书等整本文献时，著录格式为：序号作者文献书名版本（第一版本不标注）出版地：出版者，出版年；引文所在的起止页码2 赵汝溥，管国锋化工原理M北京：化学工业出版社，1999：190191,第一章 化工原理的实验研究方法,福州大学化工原理实验室,一.直接实验法 二.因次分析法 1、因次分析法的依据2、因次分析法的具体步骤 3、举例说明4、注意事项5、优点三.数学模型法（自学）,福州大学化工原理实验室,一、直接实验法,这是一种解决工程实际问题的最基本的方法。优点：对特定的工程问题直接进行实验测定，所得到的结果较为可靠。缺点：往往只能用到条件相同的情况，具有较大的局限性。,福州大学化工原理实验室,但如果变量数较多，采用直接实验法则会使实验次数剧增。比如影响流体阻力的主要因素有：管径、管长、平均流速、流体密度、流体粘度、及管壁粗糙度，变量数为6，如果每个变量改变条件次数为10次，则需要做106次实验，不难看出变量数是出现在幂上，涉及变量越多，所需实验次数将会剧增，因此需要寻找一种方法以减少工作量，并使得到的结果具有一定的普遍性。因次分析法就是一种能解决上述问题的在化工原理中广泛使用的研究方法。,福州大学化工原理实验室,二、因次分析法,因次一致性原则：凡是根据基本的物理规律导出的物理量方程，其中各项的因次必然相同。白金汉（Buckingham）的定理：用因次分析所得到的独立的因次数群个数，等于变量数与基本因次数之差，即：,1、因次分析法所依据的基本理论,福州大学化工原理实验室,基本因次：它们是彼此独立的，不能相互导出。例如 长度L、时间、质量M 导出因次：由基本因次导出,并可写成幂指数乘积的形式。例如：式中a、b、c为常数。如果基本因次的指数均为零，这个物理量称为无因次数或无因次数群,福州大学化工原理实验室,（1）找出影响过程的独立变量；（2）确定独立变量所涉及的基本因次；（3）构造因变量和自变量的函数式，通常以指数方程的形式表示；（4）用基本因次表示所有独立变量的因次，并写出包涵各独立变量的因次式；（5）依据物理方程的因次一致性原则和定理得到准数方程；（6）通过实验归纳总结准数方程的具体函数式。,2、因次分析法的具体步骤,福州大学化工原理实验室,以获得流体在管内流动的阻力和摩擦系数的关系式为例。（1）找出影响过程的独立变量,3、因次分析法举例说明,（2）确定独立变量所涉及的基本因次,（1）,福州大学化工原理实验室,（3）构造因变量和自变量的函数式,（4）写出包涵各独立变量的因次式,（5）依据因次一致性原则和定理得到准数方程,对基本因次,对基本因次,对基本因次,（2）,福州大学化工原理实验室,设用其中三个未知数b、e、f 来表示a、d、c，解此方程组。可得:,将求得的a、d、c 代入方程（2）得：,（3）,将指数相同的各物理量归并在一起得：,（4）,福州大学化工原理实验室,（5）,由于摩擦损失P 应与管长l 成正比，故式中 b=1实验也证实这一点（实验方法如下页所述）。,（6）通过实验归纳总结准数方程的具体函数式,著名的莫狄图即“摩擦系数与Re、的关系曲线”就是这种实验的结果。许多实验研究了各种具体条件下的摩擦系数的计算公式，如适用于光滑管的柏拉修斯公式：,水,表1原始数据表表2计算结果表,通过实验求b的方法,福州大学化工原理实验室,4、因次分析法应注意的问题,（1）最终所得数群的形式与求解联立方程组的方法有关。如何合并变量为有用的准数，这是研究者必须注意的问题。在前例中如果不以b、e、f 来表示a、d、c而改为以d、e、f 表示a、b、c，整理得到的数群形式也就不同。不过，这些形式不同的数群可以通过互相乘除，仍然可以变换成前例中所求得的四个数群。（2）必须对所研究的过程的问题有本质的了解，如果有一个重要的变量被遗漏或者引进一个无关的变量，就会得出不正确的结果，甚至导致谬误的结论。,福州大学化工原理实验室,5、因次分析法的优点,（1）大幅度地减少实验次数（2）可以将水、空气等的实验结果推广应用于其他流体，将小尺寸模型的实验结果应用于大型实验装置。按式(1)进行实验时，为改变和，实验中必须换多种液体；为改变d，必须改变实验装置(管径)。而应用因次分析所得的式(5)指导实验时，要改变 只需改变流速；要改变，只需改变测量段的距离，即两测压点的距离。因此实验前的无因次化工作是规划一个实验的一种有效手段，在化工上广为应用。,由小见大由此及彼,福州大学化工原理实验室,三、数学模型法,1、数学模型法的主要步骤,2、数学模型法举例说明,3、数学模型法与因次分析法的比较,自学以下内容：,福州大学化工原理实验室,无论是数学模型法还是因次分析法，最后都要通过实验解决问题，但实验的目的大相径庭。数学模型法的实验目的是为了检验物理模型的合理性并测定为数较少的模型参数；因次分析法的实验目的是为了寻找各无因次变量之间的函数关系。,福州大学化工原理实验室,第二章 实验数据的误差分析,任何一项实验和测量均存在误差。,1.真值与平均值2.误差的分类3.误差的表示方法4.误差的处理方法5.仪表的精确度与测量值的误差,本章自学，主要内容为：,误差分析的主要目的就是评定实验数据的精确性，通过误差分析，认清误差的来源及其影响，并设法消除或减小误差，提高实验的质量。,福州大学化工原理实验室,第三章实验数据处理,一、列表法二、图示法三、数学方程表示法四、用Excel进行实验数据处理,福州大学化工原理实验室,一、列表法,将实验数据按自变量和因变量的关系，以一定的顺序列出数据表，即为列表法。优点:(1)方便(2)易比较(3)形式紧凑,本节内容：实验数据表的分类及设计表应注意的事项,福州大学化工原理实验室,1.实验数据表的分类,