化原理$验指 据的准确度和方便于运算,可将读取的数据写成指数的形式。在第一位有效数字后加小数 点,而其数值的数量级则由10的幂次方来确定。比如刚才读的125.7mmHl0,可记为1.257 ×10 mmH.O,它表示其有效安全数字为四位。这时即使有效安全数字末位为零,也要记取 例如:微压计读数恰为125.0mnHl0,可记为1.250×10mH2O。 如果是非直接测量值,即必须通过中间运算才得到结果的数据,可按有效数字的运算 规则进行运算。 (1)加法运算:在各数中,以小数位数最少的数为准,其余各数均凑成比该数多一位。 例如:60.4+2.02+0.222+0.0467 60.4+2.02+0.22+0.05=62.69 (2)减法运算:当相减的数差得较远时,有效数字的处理与加法相同。但如果相减的 数非常接近,这样相减则失去若干有效数字。因此除了保留应该保留的有效数字外,应从 记数方法或测量方法加以改进,使之不出现两个相接近的数相减的情况。 (3)乘除法运算:在各数中,以有效数字位数的数为准,其余各数及积(或商)均凑 成比该数多一位 例如:603.21×0.32÷4.011 603.21×0.32÷4.01=48.1 (4)计算平均值:若为四个或超过四个数相平均,则平均值的有效数字位数可增加 (5)乘方及开方运算:运算结果比原数据多保留一位有效数字。 例如:252=625,√48=2.19 (6)对数运算:取对数前后的有效数字位数应相等。例如:1g2.345=0.3701 lg2.3456=0.37025 2.实验数据的处理 化工原理实验测量多数是间接测量,实验数据一般处理的程序是:首先将直接测量结 果按前后顺序列出表格,然后计算中间结果、间接测量结果及其误差。并且将这些结果列 成表格,最后按实验要求或者将结果用图形表示出来,或者用经验公式表示。 (1)实验曲线的绘制:实验数据图形表示法的优点是直观清晰,便于比较,容易看 出数据中的极值点、转折点、周期性以及其它特性。精确的图形还可以在不知数学表达式 的情况下进行微积分运算 根据数据作图,通常要考虑如下问题 坐标系的选择:化工常用的坐标有直角坐标、对数坐标和半对数坐标等。根据数的关 系或预测函数形式来进行选择。如是线性函数,采用直角坐标;如是幂函数,采用对数 坐标以使图形线性化;指数函数则采用半对数坐标;若自变量或因变量中的一个最小与最 大值之间数量级相差太大时,亦可以选用半对数坐标。 例如:对于y=ae"函数,可用y为对数分度,x为直线分度的半对数坐标,因为: ny=Inatbx
化工原理实验指导 - 4 - 据的准确度和方便于运算，可将读取的数据写成指数的形式。在第一位有效数字后加小数 点，而其数值的数量级则由 10 的幂次方来确定。比如刚才读的 125.7mmH2O，可记为 1.257 ×102 mmH2O，它表示其有效安全数字为四位。这时即使有效安全数字末位为零，也要记取。 例如：微压计读数恰为 125.0mmH2O，可记为 1.250×102 mmH2O。 如果是非直接测量值，即必须通过中间运算才得到结果的数据，可按有效数字的运算 规则进行运算。 （1）加法运算：在各数中，以小数位数最少的数为准，其余各数均凑成比该数多一位。 例如：60.4+2.02+0.222+0.0467 60.4+2.02+0.22+0.05=62.69 （2）减法运算：当相减的数差得较远时，有效数字的处理与加法相同。但如果相减的 数非常接近，这样相减则失去若干有效数字。因此除了保留应该保留的有效数字外，应从 记数方法或测量方法加以改进，使之不出现两个相接近的数相减的情况。 （3）乘除法运算：在各数中，以有效数字位数的数为准，其余各数及积（或商）均凑 成比该数多一位。 例如：603.21×0.32÷4.011 603.21×0.32÷4.01=48.1 （4）计算平均值：若为四个或超过四个数相平均，则平均值的有效数字位数可增加一 位。 （5）乘方及开方运算：运算结果比原数据多保留一位有效数字。 例如：252 =625， 4.8 =2.19 （6）对数运算：取对数前后的有效数字位数应相等。例如： lg2.345=0.3701 lg2.3456=0.37025 2. 实验数据的处理 化工原理实验测量多数是间接测量，实验数据一般处理的程序是：首先将直接测量结 果按前后顺序列出表格，然后计算中间结果、间接测量结果及其误差。并且将这些结果列 成表格，最后按实验要求或者将结果用图形表示出来，或者用经验公式表示。 （1）实验曲线的绘制：实验数据图形表示法的优点是直观清晰，便于比较，容易看 出数据中的极值点、转折点、周期性以及其它特性。精确的图形还可以在不知数学表达式 的情况下进行微积分运算。 根据数据作图，通常要考虑如下问题 坐标系的选择：化工常用的坐标有直角坐标、对数坐标和半对数坐标等。根据数的关 系或预测 函数形式来进行选择。如是线性函数，采用直角坐标；如是幂函数，采用对数 坐标以使图形线性化；指数函数则采用半对数坐标；若自变量或因变量中的一个最小与最 大值之间数量级相差太大时，亦可以选用半对数坐标。 例如：对于 y=ae bx函数，可用 y 为对数分度，x 为直线分度的半对数坐标，因为： lny=lna+bx
化原理$验指 而对于y=ax应采用双对数坐标,因为 I gy=lga+blox 应该清楚的看到,在对数坐标上,标出的数值为真数,原点应该是1而不是零,有由 于1,10,100等的对数分别为0,1,2等,所以在坐标纸上,每一数量级的距离是相等 的。由于是真数标值,所以求取直线的斜率时,不能直接用标度数值计算,而应该用它的 对数。该斜率为K。 K log x2-log xI 坐标的分度:坐标的分度应与实验数据的有效数字大体相符,最适合的分度是使实验 曲线坐标读数和实验数据具有同样的有效数字位数。其次,纵横坐标之间的比例不一定取 得一致,应根据具体情况选择,使实验曲线的坡度介于30°~60°之间,这样的曲线,坐 标读数准确度较高。 (2)经验公式的确定:经验公式法,又称数学模型法。它直观地描述了过程或现象 的自变量和因变量之间的关系,也是一种重要的方法。尤其在广泛应用计算机的今天。 通常多采用图形比较法,既将实验数据绘成实验曲线,并与典型曲线相比,看实验曲 线与哪种函数曲线相似,就取哪种函数为经验公式的类型。 (3)经验公式种待定系数的确定:凡可以在普通坐标系下把数据标绘成直线或经过 适当变换后在对数坐标系上可化为直线时,均可以采用直线图解法求常数(求斜率或求截 距后根据相关关系计算出来)。 除直线图解法外,还有分组平均法,最小二乘法等。直线图解法最简单,但精度较差 最小二乘法计算复杂,但精度较髙。所以,如果使用电子计算机计算,采用最小二乘法可 以达到又快又好的效果。 为了使实验数据整理又快又好,可以采用以下的办法。 ①于在同一条件下所得到的比较稳定(既波动不大)的数据,可先取其平均值再 进行数据处理。 ②根据有效数字的运算规则,舍弃一些没有意义的数字。 ③采用常数归纳法使变量和因变量的关系更加直观,而且提髙了计算速度。所谓 常数归纳法就是将计算公式中的常数归纳为一个常数。 五关于“设计型”实验 “设计型”实验属于“提高型”实验,在完成教学大纲规定的实验教学任务之外,为 加强对学生独立动手能力和分析问题的能力而安排的实验。 设计型”实验由学生设定实验流程和确定操作参数,在规定的时间内达到规定产量 和质量的要求,最后尚需作初步的经济核算 学生在全程实验课中必须完成至少一个设计型实验。有兴趣的学生可根据自己意愿与
化工原理实验指导 - 5 - 而对于 y=ax b应采用双对数坐标，因为： lgy=lga+blgx 应该清楚的看到，在对数坐标上，标出的数值为真数，原点应该是 1 而不是零，有由 于 1，10，100 等的对数分别为 0，1，2 等，所以在坐标纸上，每一数量级的距离是相等 的。由于是真数标值，所以求取直线的斜率时，不能直接用标度数值计算，而应该用它的 对数。该斜率为 K。 K= 2 1 2 1 log log log log x x y y − − 坐标的分度：坐标的分度应与实验数据的有效数字大体相符，最适合的分度是使实验 曲线坐标读数和实验数据具有同样的有效数字位数。其次，纵横坐标之间的比例不一定取 得一致，应根据具体情况选择，使实验曲线的坡度介于 30°～60°之间，这样的曲线，坐 标读数准确度较高。 （2）经验公式的确定：经验公式法，又称数学模型法。它直观地描述了过程或现象 的自变量和因变量之间的关系，也是一种重要的方法。尤其在广泛应用计算机的今天。 通常多采用图形比较法，既将实验数据绘成实验曲线，并与典型曲线相比，看实验曲 线与哪种函数曲线相似，就取哪种函数为经验公式的类型。 （3）经验公式种待定系数的确定：凡可以在普通坐标系下把数据标绘成直线或经过 适当变换后在对数坐标系上可化为直线时，均可以采用直线图解法求常数（求斜率或求截 距后根据相关关系计算出来）。 除直线图解法外，还有分组平均法，最小二乘法等。直线图解法最简单，但精度较差； 最小二乘法计算复杂，但精度较高。所以，如果使用电子计算机计算，采用最小二乘法可 以达到又快又好的效果。 为了使实验数据整理又快又好，可以采用以下的办法。 ① 于在同一条件下所得到的比较稳定（既波动不大）的数据，可先取其平均值再 进行数据处理。 ② 根据有效数字的运算规则，舍弃一些没有意义的数字。 ③ 采用常数归纳法使变量和因变量的关系更加直观，而且提高了计算速度。所谓 常数归纳法就是将计算公式中的常数归纳为一个常数。 五 关于“设计型”实验 “设计型”实验属于“提高型”实验，在完成教学大纲规定的实验教学任务之外，为 加强对学生独立动手能力和分析问题的能力而安排的实验。 “设计型”实验由学生设定实验流程和确定操作参数，在规定的时间内达到规定产量 和质量的要求，最后尚需作初步的经济核算。 学生在全程实验课中必须完成至少一个设计型实验。有兴趣的学生可根据自己意愿与
化原理$验指 实验教师联系,在非实验时间安排多做
化工原理实验指导 - 6 - 实验教师联系，在非实验时间安排多做
化原理$验指 第二章实验内容 实验一、流体流动阻力测定 、实验目的 1.掌握流体流经直管和管阀件时阻力损失的测定方法,通过实验了解流体流动中能 量损失的变化规律。 2.测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系,将所得的λRe方程与公认经验关系 比较 3.测定流体流经闸阀等管件时的局部阻力系数ξ 4.学会压差计和流量计的使用方法 5.观察组成管路的各种管件、阀件,并了解其作用。 、基本原理 流体在管内流动时,由于粘性剪应力和涡流的存在,不可避免地要消耗一定的机械能, 这种机械能的消耗包括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻 力 1.沿程阻力 流体在水平均匀管道中稳定流动时,阻力损失表现为压力降低。即 P1-P2 影响阻力损失的因素很多,尤其对湍流流体,目前尚不能完全用理论方法求解,必须 通过实验研究其规律。为了减少实验工作量,使实验结果具有普遍意义,必须采用因次分 析方法将各变量综合成准数关联式。根据因次分析,影响阻力损失的因素有 (1)流体性质:密度p,粘度μ; (2)管路的几何尺寸:管径d,管长1,管壁粗糙度ε (3)流动条件:流速μ 可表示为: Ap=f(d, l,u, p, u,a) 7
化工原理实验指导 - 7 - 第二章 实验内容 实验一、流体流动阻力测定 一、实验目的 1．掌握流体流经直管和管阀件时阻力损失的测定方法，通过实验了解流体流动中能 量损失的变化规律。 2．测定直管摩擦系数λ与雷诺准数 Re 的关系，将所得的λ~Re 方程与公认经验关系 比较。 3．测定流体流经闸阀等管件时的局部阻力系数ξ。 4．学会压差计和流量计的使用方法。 5．观察组成管路的各种管件、阀件，并了解其作用。 二、基本原理 流体在管内流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地要消耗一定的机械能， 这种机械能的消耗包括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻 力。 1．沿程阻力 流体在水平均匀管道中稳定流动时，阻力损失表现为压力降低。即 p p p hf = − = 1 2 影响阻力损失的因素很多，尤其对湍流流体，目前尚不能完全用理论方法求解，必须 通过实验研究其规律。为了减少实验工作量，使实验结果具有普遍意义，必须采用因次分 析方法将各变量综合成准数关联式。根据因次分析，影响阻力损失的因素有， (1)流体性质：密度ρ，粘度μ； (2)管路的几何尺寸：管径 d，管长 l，管壁粗糙度ε； (3)流动条件：流速μ。 可表示为： p = f (d,l,, ,u, )
化原理$验指 组合成如下的无因次式: p dup l d ' d Ap dup 则 h,=4=2 式中, △P一一压降Pa h一直管阻力损失Jkg, p一—流体密度kg/m3 λ一一直管摩擦系数,无因次 一直管长度m d一一直管内径m u—一流体流速,由实验测定m λ—一称为直管摩擦系数。滞流(层流)时,λ=64/Re;湍流时λ是雷诺准数Re 和相对粗糙度的函数,须由实验确定. 2.局部阻力 局部阻力通常有两种表示方法,即当量长度法和阻力系数法 (1)当量长度法 流体流过某管件或阀门时,因局部阻力造成的损失,相当于流体流过与其具有相当管 径长度的直管阻力损失,这个直管长度称为当量长度,用符号1e表示。这样,就可以用 直管阻力的公式来计算局部阻力损失,而且在管路计算时.可将管路中的直骨长度与管件 阀门的当量长度合并在一起计算,如管路中直管长度为乙各种局部阻力的当量长度之和为 ∑b,则流体在管路中流动时的总阻力损失∑h为 1+>le ∑h=1-a2 (2)阻力系数法 流体通过某一管件或阀门时的阻力损失用流体在管路小的动能系数来表示,这种计算
化工原理实验指导 - 8 - 组合成如下的无因次式： ( , , ) 2 d d du l u p = 2 ( , ) 2 u d l d p du = • • 令 ( ) d du = • 则 2 2 u d p l hf = = 式中， P ——压降 Pa hf——直管阻力损失 J/kg， ρ——流体密度 kg/m3 λ——直管摩擦系数，无因次 l——直管长度 m d——直管内径 m u——流体流速，由实验测定 m/s λ——称为直管摩擦系数。滞流(层流)时，λ＝64／Re；湍流时λ是雷诺准数 Re 和相对粗糙度的函数，须由实验确定. 2．局部阻力 局部阻力通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。 (1)当量长度法 流体流过某管件或阀门时，因局部阻力造成的损失，相当于流体流过与其具有相当管 径长度的直管阻力损失，这个直管长度称为当量长度，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，而且在管路计算时．可将管路中的直骨长度与管件、 阀门的当量长度合并在一起计算，如管路中直管长度为乙各种局部阻力的当量长度之和为 le ，则流体在管路中流动时的总阻力损失 hf 为 2 2 u d l le hf + = (3—6) (2)阻力系数法 流体通过某一管件或阀门时的阻力损失用流体在管路小的动能系数来表示，这种计算