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岩石流体反应C流动耦合试验装置的开发

第27卷第7期岩石力学与工程学报V ol.27 No.7 2008年7月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering July，2008 岩石流体反应–流动耦合试验装置的开发

魏宁，李小春，王颖，王燕

(中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，湖北武汉 430071)

摘要：原地溶浸采矿过程是一个典型受化学反应、流体流动以及物质迁移等多种因素非线性耦合作用的复杂过程。

原地溶浸采矿过程中，伴随溶浸过程，矿层的渗透性分布会发生非常大的变化，这可能加剧矿层的非均匀性，使

得溶浸剂和溶浸液在矿层中会发生非均匀流动现象，降低溶浸的范围和矿层的采收率。国内外现有的溶浸试验装

置侧重于化学分析，不能很好地反映地浸现场条件下的高应力、高流体压力条件和流体流动的特点，同时在测量

范围、精度上也不能满足科学研究的要求。为此研制岩石流体反应–流动耦合试验装置，该装置可以严格控制岩

体应力和流体温度，实时在线监测系统内的流体压力、流量以及温度，实时分析流体的化学成分和岩芯的渗透性，通过分析手段可获得溶浸过程中的反应动力学参数和岩体成分等性质，实现对岩石流体反应流动耦合过程的全面

分析。结合新型天然成因试剂地浸采铀法，在该试验装置上进行原状砂岩地浸试验，分析地浸过程中砂岩的渗透

性、溶浸流体化学成分及铀矿采收率的变化情况。其中，当液固比为4时，铀的采收率接近60%，地浸过程中岩

芯的渗透系数变化跨越3个数量级。这些试验数据显示，该装置的试验效果良好，加氧条件下矿层原地液地浸采

铀是可行的，但渗透性的高度变异会影响到现场地浸的采收速率和采收率。

关键词：岩石力学；溶浸；反应–流动过程；渗透性；原地溶浸

中图分类号：TU 45；TL 212.1+2 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)07–1499–06

DEVELOPMENT OF ROCK-FLUID REACTION-FLOW COUPLING

TESTING APPARATUS

WEI Ning，LI Xiaochun，WANG Ying，WANG Yan

(State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering，Institute of Rock and Soil Mechanics，Chinese Academy of

Sciences，Wuhan，Hubei430071，China)

Abstract：In-situ leaching(ISL) is a typical flow process coupled with chemical reaction and solute transport. The permeability distribution of porous ore deposits will change dramatically during leaching process，and it may lead to preferential flow or“dead leaching zone”that decreases the overall recovery rate of minerals. Existing leaching apparatuses mainly focus on the chemical process under atmospheric pressure，and can not perfectly model the in- situ condition with high confining pressure and fluid pressure. Permeability of uranium orebody may change by several orders of magnitude during leaching process. These apparatuses are not suitable for high precise and large-scale permeability monitoring. For these reasons，a new rock-fluid reaction-flow coupling testing apparatus is developed. The flow rate，pressure，different pressure，fluid component can be gained simultaneously with this apparatus. Permeability，solution transport coefficient，and chemical reaction rate can be obtained by analytical methods. The apparatus is used for natural reagent leaching experiment with natural ore bearing aquifer groundwater. Experiment results show that uranium recovery rate is about 60% when the liquid solid ratio reaches

收稿日期：2008–01–11；修回日期：2008–03–28

基金项目：中国科学院知识创新工程青年人才领域前沿项目(O731071Q01)

作者简介：魏宁(1978–)，男，博士，2001年毕业于武汉水利电力大学水工建筑专业，现任助理研究员，主要从事多孔介质渗透力学和温室气体地质封存方面的研究工作。E-mail：nwei@https://www.wendangku.net/doc/fe7613445.html,

? 1500 ? 岩石力学与工程学报 2008年

4，and permeability changes by 3 orders of magnitude during natural reagent leaching process. The experiment proves that the rock-fluid reaction-flow coupling testing apparatus works well and efficiently，and in-situ uranium leaching by natural ore bearing aquifer groundwater under oxygen oxidizing condition is applicable and effective. The results also show that field leaching experiment may face non-uniformity flow which will decrease recovery rate.

Key words：rock mechanics；leaching；reaction flow process；permeability；in-situ leaching

1 引言

溶浸采矿、CO2地质封存、地下污染物运移、矿物淋滤、高放核废料地下储存以及能源地下存储等一系列重大工程都面临岩石流体反应–流动耦合问题，需要相应的岩石流体反应–流动耦合试验装置进行模拟试验[1～5]。目前国际上有模拟试验的装置，主要用于地球化学、石油科学、CO2地质封存等领域，装置数量有限，这些装置限于具体的研究领域和适用范围，无法应用到溶浸采矿研究领域。溶浸采矿是一种集采矿、选矿和冶金于一体的新的采矿理论和采矿方法，是一门涉及地质、地球化学、岩石力学、水文地质、采矿学、湿法冶金学、物理化学以及流体力学等多学科交叉的边缘科学。原地溶浸采矿法(简称地浸)，是将按一定配方配制的溶浸剂通过注液钻孔注入到天然埋藏条件下的可渗透岩层，使溶浸液在矿石孔隙或裂隙内的渗透过程中与矿物及其有用成分接触并进行物理或化学反应，生成含矿溶液，在水力作用下流向抽液孔，并被抽到地表，获取含矿物溶液的过程[1]。地浸过程是一个典型的伴随反应的流动过程，受化学反应与流体流动和物质迁移等多因素的非线性耦合过程。目前国内外的溶浸试验装置主要采用反应釜、柱浸、搅拌浸出等试验装置分析地浸过程。这些装置侧重于化学分析，无法模拟原地溶浸现场的应力、温度、流体压力以及高压流体成分等条件。一般的浸试验装置的渗透测试的范围为1～1 000 mD，而现场黏粒含量高的砂岩型铀矿的渗透系数可以低到0.01 mD，且渗透系数在溶浸过程中变化达几个量级，超出现有装置渗透系数的测量范围，现有装置不能满足测量要求，对溶浸过程中的渗流、溶质迁移、化学反应等作用耦合效应的认识有较大局限性；同时，现有溶浸装置在高压力、低流量、大量程渗透性测量、低泄漏率、高精度以及低死容积上不能满足现代科学研究精度的需要，迫切需要新型的原地溶浸试验装置。作者研制了岩石流体反应–流动耦合试验装置，采用自主设计、安装、调试，零部件全球采购的方式进行开发。该装置可在严格控制系统温度和岩芯应力条件下，实时在线监测流体的压力、流量、温度以及化学参数，实时分析流体的成分和岩芯的渗透性能，实现对岩体流体体系之间反应流动过程进行更为精确试验模拟，提供丰富的试验数据。

该装置适用范围涵盖多数岩土工程中岩石流体反应–流动耦合作用的发生条件。该装置具有综合能力强、功能丰富、大量程高精度渗透系数测量、高精度配样系统、自动化程度高以及操作简便等优点。可完全模拟现场矿层区域岩芯级微尺度上的反应流动耦合过程，可以同实际地浸过程在微尺度上进行比较，为现场试验服务。

2 装置原理及操作步骤

2.1 装置原理与构成

笔者在充分调研国内外同类仪器的基础上，研制了岩石流体反应–流动耦合试验装置，该试验装置如图1所示，整个试验系统由9个部分构成：(1) 流体注入子系统(主要由计量泵A和中继装置构成)；(2) 岩芯夹持试验子系统；(3) 压力、压差测量子系统(主要由管阀和压力、压差传感器构成)；(4) 流体配样子系统(主要由计量泵B和配样容器构成)；(5) 真空子系统(对各个子系统或整个系统抽真空)；(6) 温度控制子系统(现阶段由水浴箱控制，同时控制计量泵A和计量泵B)；(7) 流体采集系统(主要包括气液分离、集气装置)；(8) 流体成分分析系统(主要包括水质、气质在线分析和外围化学成分分析装置)；(9) 数据采集子系统。各个子系统之间可以独立工作，也可以联合工作，相互不会干扰，其联合操作过程视具体的试验要求而定，保证整个系统的连续进行。

系统的流量和压力控制采用计量泵(ISCO–500D)控制，精确控制注入流体的流速或压力。流体的差压采用差压计(Validyne-DP15)量测。计量泵和差压计使得渗透性测量可跨6个量级，范围为0.001～1 000 mD。接头部位采用3.175 mm卡套接

第27卷第7期魏宁，等. 岩石流体反应–流动耦合试验装置的开发 ? 1501 ?

图1 岩石流体反应流动耦合试验装置示意图

Fig.1 Sketch map of rock-fluid reaction flow coupling testing apparatus

头、NPT螺纹接头和银焊等措施连接，岩芯夹持器内试样与胶套之间采用密封硅胶以降低试样与胶套之间的表面流和泄漏率。泄漏率测试采用10 MPa 氮气进行，温度控制30 ℃±0.1 ℃，历时90 d，系统流体压力变化低于压力传感器精度。试验管路采用外径3.175 mm，内径0.9 mm的316L不锈钢管，阀门采用隔膜阀，阀门接头处采用3.175 mm卡套接头连接后，阀门的内容积约为0.06 mL，NPT螺纹接头均采用聚四氟乙烯垫块降低接头处的内容积，保证整个试验系统的管阀接头总内容积小于 2 mL，低于0.5%的岩芯孔隙体积。配样子系统采用计量泵控制配样压力和体积，提高流体成分的配制精度，提高化学分析的精度。压力传感器膜片、差压计膜片、过滤器滤芯和背压阀垫片均采用316L 不锈钢。通过中继容器传导压力和流量，降低腐蚀性化学试剂对计量泵的腐蚀。试验系统内部与试验流体接触的部位均采用316L不锈钢或聚四氟乙烯材料，具有较强的耐腐蚀能力。具体试验参数见表1。数据采集采用NI的16位数据采集卡完成数据采集和自动记录。

2.2 操作步骤

试验之前清洗整个试验系统，开启水浴箱温控；对岩芯夹持试验子系统抽真空。在流体配样子系统中配置试验流体，通过计量泵B精确控制配样容器中样品的压力和各成分体积，然后联合运行计量泵A，B向中继装置中注入配好的流体。通过计量泵A向岩芯两侧注入流体饱和试样并达到设定压力；调整阀门、控制计量泵A的工作状态，开启在线监测仪器和数据采集仪器即可开始试验。

试验过程中，试验系统连续在线监测差压、流体压力、计量泵容积和流速、实时分析岩芯夹持器进口和出口流体成分。根据获取的数据，通过正反分析方法获取试验过程中的渗透、弥散、溶质迁移和化学反应速率等参数；奠定认识岩石流体反应流动机制、过程、效果和开发新型工艺的基础，为后续现场试验提供数据、作对比分析，并为现场试验的设计、运行和管理提供指导。

该装置有一定的局限性，温控范围和精度需要继续提高，只适用于2 000 m以内的岩层和流体反应–流动耦合试验；目前还不能与X-CT、声发射和地震波探测等测试装置联合运行，不能实时监测岩芯形态、物性和力学等性能的变化，这些都有待于装置的进一步改进和升级，为岩石流体反应–流动耦合过程提供更丰富的信息。

3 原地溶浸采铀试验

3.1 原地溶浸采铀方法

计量泵A

计量泵B

恒温水浴箱差压计

背压阀

气

液

分

离

气

体

收

集

真空装置

岩芯夹持器

中继容器

气源

溶液

在线监测电极

过滤器

配样容器

真空泵

天平

加压泵

压

力

传

感

器

? 1502 ? 岩石力学与工程学报 2008年

表1 试验装置具体试验参数

Table 1 Parameters of the apparatus

指标类型

指标名称

具体内容

总体功能指标岩石流体反应–流动耦合试验装置整体泄漏率

整个系统耐压20 MPa ，泄漏率＜0.01 MPa ·μL/s(10 MPa 压力下氮气测试)

温度控制精度系统核心耐温度－40 ℃～200 ℃，目前采用水浴温控，温控范围为常温至99 ℃，温控精度±0.1 ℃，需继续升级流体注入系统压力、流量控制压力0.0～25.8 MPa ，精度±6.9 kPa ，显示精度1 kPa ；流量0.001～204 mL/min ，精度0.5%；压力或流量可按设

定曲线运行，天平计量精度0.1 mg/5 000 g ；配样子系统的压力和体积控制精度同上渗透系数测量

渗透系数测量范围0.001～1 000 mD ，渗透系数测量重复性≤5%

压力、压差测量

压力0.0～25.8 MPa ，精度≤±0.5%FS ；差压精度≤±0.25%FS(量程可选范围0.55～22 000 kPa)

岩芯夹持器

常规三轴应力控制，控制岩芯的轴向和径向应力，目前装置的岩芯压力控制精度1.6%FS ，压力0～30 MPa ，与三轴力学试验系统联合使用，应力控制范围和精度更高

耐腐蚀能力系统内接触流体的材质为316L 不锈钢或聚四氟乙烯材料，可通过酸、碱和化学腐蚀性流体，具有非常好的耐腐蚀能力

具体技

术指标流体成分分析

流体体系化学成分分析精度＜5%；成分常压下分析精度＜1%；获取的化学参数精度＜10%；目前可进行水质分析和气质分析

原地溶浸采铀法采用的化学试剂统称为溶浸剂，溶浸剂主要是以水为溶剂的无机酸、碱或盐的溶液，也可以使用有机溶剂，一般原地溶浸采铀法按照具体化学方法可以分为酸法、碱法、中性和生物溶浸。到目前为止，前苏联和我国主要是采用酸法原地溶浸法。美国、澳大利亚等国主要采用碱法原地溶浸

[5～16]

。

铀在pH 值为中性条件下浸出的过程称为中性浸出。中性浸出是酸法和碱法浸出的交集。虽然控制pH 值在某种程度上会导致铀浸出缓慢，但它对矿床地球化学干扰小，易于地下水治理，在浸出过程中不易造成矿层孔隙的化学堵塞。在中性条件下，

由于Ca 2+，Mg 2+等离子存在，23

CO ?

含量非常低，溶液中碳酸盐全部以?

HCO 形式存在，中性浸出实际上是?

HCO 浸出。目前世界上中性地浸主要有两种：一种是加CO 2和O 2浸出，另外一种是微酸浸出。两种方法分别基于碱法、酸法浸出基础上。两种方法中重碳酸盐起缓冲作用，使得碳酸盐、23

CO ?

和

HCO 处于动态平衡过程

～15]

，即

223CO H O H HCO +?

+=+ (1)

22323

CO CaCO H O Ca

2HCO +

++=+ (2)

2232UO O 2UO += (3)

2332322UO 2HCO [UO (CO )]H O ?

?+=+ (4)

天然成因试剂最初是指含矿含水层中自然存在的含有氧气和重碳酸盐等化学成分的地下水，向含矿含水层中压入空气(或氧气)、或加入少量的稀硫酸，或加入少量的CO 2气体，使含矿含水层中生成具有一定浸出强度的试剂[7]，天然成因试剂浸出属于中性浸出领域。该工艺对地下水矿化度高、矿石渗透性低和钙质含量高等条件复杂的砂岩性铀矿床有良好的浸出效果。 3.2 溶浸试验

溶浸试验的岩芯样品取样方式为垂直钻井取样，多层塑料薄膜、保鲜膜封装运输。试验采用的岩芯为中细砂岩，岩芯直径77 mm ，长度280 mm ，岩芯质量 2 329 g ，孔隙率23.5%，干容重17.9

kN/m 3。试样为中细粒砂岩，碎屑以砂粒碎屑为主，成分主要为石英和长石，偶尔可见炭质碎屑。胶结方式以孔隙式胶结为主，胶结物以钙质和泥质为主，该类岩石中含较多的泥砾成分，个别矿段高岭土、长石含量较高。原地液采用试剂配制，成分与现场矿层地下水成分保持一致，具体参数见表2。

表2 铀矿地下水化学成分分析

Table 2 Chemical component of in situ water in uranium

orebody

含量/(mg ·L －

Ca 2+ Mg 2+ K +，Na + ∑Fe Fe 3+ Fe 2+

HCO 22.6223.451215.68 0.16 0.12 0.04 2437.69

含量/(mg ·L －

Cl ?

24SO ?H 2S 游离CO 2 SiO 2 溶解氧

305.84 352.370 7.46 9.75 1.65

矿化度

/(g ·L －

E h /mV

水温

/℃

颜色

透明度气味味道3.20 7.4 30211 无色

透明

无

针对铀矿的溶浸过程，控制岩样围压为地层压力4 MPa ，控制水浴箱温度30 ℃±0.1 ℃，实时测量溶浸液中的pH 值、ORP 值(氧化还原电位)、ED 值(电导率)、TDS 值(总固溶物)、DO(溶解氧)、温

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度、23CO ?，3HCO ?，2Ca +，2Mg +，Cl ?，24SO ?，

U 以及总Fe 浓度。地浸试验过程为开始蒸馏水地

浸、加氧200 mg/L 原地液、加氧400 mg/L 原地液进行溶浸试验。图2～6为天然成因试剂地浸试验结果。

图2 铀浓度和铀总量随时间关系曲线 Fig.2 U concentration and U amount change

with time

图3 岩芯渗透系数随时间关系曲线

Fig.3 Relation curve between seepage coefficient and time

图4 差压和渗透系数随时间关系曲线

Fig.4 Difference pressure and seepage coefficient change with

time during leaching process

图5 铀采收率与液固比关系曲线

Fig.5 Relation curve between recovery rate and liquid solid

rate

图6 铀浓度与液固比关系曲线

Fig.6 Relation curve between U concentration and liquid solid

rate

4 讨论

地浸前期采用空气饱和(1个大气压力下饱和)蒸馏水溶浸时，通过5 μm 滤芯的溶浸液中出现大量黏粒，呈现悬浊状态。随着溶浸试验进行，渗透系数急剧降低，渗透系数降低1个量级左右；初步分析为砂岩中含有大量粉黏颗粒，遇水膨胀阻碍了溶浸剂的注入，导致砂岩渗透性急剧减小。溶浸过程中岩芯的渗透性岩层渗透性随时间高度变异，变化范围可达3个量级(见图3，4)，主要原因可能源于粉黏粒的迁移–淤堵–迁移和铀迁移过程中溶浸液出现的溶解–沉淀–再溶解现象。

在加氧原地液浸出过程中都会出现铀浓度峰值，表明加氧对铀的浸出过程有很大的影响；但铀的浓度峰值持续时间较短，可能源于岩芯物性的非均匀性质和优势流动现象，流动形态比较复杂，降低了地浸的速度，其具体原因有待进一步深入研究。降低注入速率可导致铀浓度上升(如图2中100 d 的铀浓度曲线)，显示天然成因试剂地浸过程中流速对整个地浸的影响非常大。当液固比为4时，铀采收率接近60%，如图5所示，表明加氧原地液作为溶浸剂进行天然成因试剂地浸是可行的，效果明显；但岩芯渗透性的高度变异会导致地浸的渗流场异常复杂，并直接影响到现场地浸的采收速率和采收率。

该地浸试验为溶浸采铀溶浸剂成分和溶浸过程的渗透性的控制和利用奠定了基础，并为新型地浸采铀法提供了试验基础。

5 结论

(1) 详细介绍了原地溶浸领域的试验装置状况、需求和岩石流体反应–流动耦合试验装置开发的要求、技术特点与参数以及装置的不足和需要升

铀浓度

铀总量

时间/d

铀浓度/(m g ·L －

铀总量/m g

时间/d

渗透系数/(m ·d －

液固比/(L ·kg －

)

铀采收率/%

液固比/(L ·kg －1

)

铀浓度/(m g ·L －

时间/h 差压/k P a

渗透系数/(m ·s －

2.6×1072.4×107

2.2×1072.0×1071.6×107

1.8×107

? 1504 ? 岩石力学与工程学报 2008年

级改进的方面。

(2) 简要介绍了天然成因试剂地浸采铀法；并结合新型采铀方法在该装置上进行了原状砂岩岩芯的天然成因试剂的地浸试验，获得了岩芯渗透性变化、溶浸液化学成分变化、铀采收率随溶浸过程、液固比的关系，其关系符合一般地浸规律，装置运行状态良好；地浸过程中岩芯渗透性变化可达3个数量级；天然成因试剂地浸试验液固比为4时，铀采收率接近60%，显示采用加氧原地液作为溶浸剂地浸采铀是可行的，并为新型地浸开采铀矿方法提供了试验基础。

参考文献(References)：

[1] 阙为民，王海峰，田时丰，等. 我国地浸采铀研究现状与发展[J]. 铀

矿冶，2005，24(3)：113–117.(QUE Weimin，WANG Haifeng，

TIAN Shifeng，et al. Research status and development of in-situ leaching uranium techniques in China[J]. Uranium Mining and Metallurgy，2005，24(3)：113–117.(in Chinese))

[2] 李小春，小出仁，大隅多加志. 二氧化碳地中隔离技术及其岩石力

学问题[J]. 岩石力学与工程学报，2003，22(6)：989–994.(LI Xiaochun，KOIDE H，OHSUMI T. CO2 aquifer storage and the related rock mechanics issues[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2003，22(6)：989–994.(in Chinese))

[3] 黄涛. 裂隙岩体渗流–应力–温度耦合作用研究[J]. 岩石力学

与工程学报，2002，21(1)：77–82.(HUANG Tao. Coupling study among seepage-stress-temperature in fractured rock mass[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2002，21(1)：77–82.(in Chinese))

[4] 左恒，吴爱祥，王贻明，等. 地电场对裂隙岩块中溶浸液渗流特

性影响的研究[J]. 岩石力学与工程学报，2007，26(5)：972–

976.(ZUO Heng，WU Aixiang，WANG Yiming，et al. Study on effect of geoelectric field on seepage properties of leaching solution in fractured rock block[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2007，26(5)：972–976.(in Chinese))

[5] 王海峰，武伟，汤庆四，等. 新疆某矿床碱法地浸采铀试验[J]. 铀

矿冶，2007，26(4)：169–173.(WANG Haifeng，WU Wei，TANG Qingsi，et al. Alkaline in-situ leaching test of a uranium deposit in Xinjiang[J]. Uranium Mining and Metallurgy，2007，26(4)：169–

173.(in Chinese))

[6] XIE W B，QIU D S，GU L，et al. Experimental study on water-rock

interaction about gold activation and migration in different solutions[J]. Journal of Central South University of Technology，

2001，8(2)：105–107.

[7] 苏学斌，刘乃忠，马新林，等. 新疆某铀矿床天然成因试剂地浸条

件评价[J]. 铀矿冶，2007，26(4)：174–179.(SU Xuebin，LIU Naizhong，MA Xinlin，et al. Condition evaluation of in-situ leaching by natural reagent at a uranium deposit[J]. Uranium Mining and Metallurgy，2007，26(4)：174–179.(in Chinese))

[8] 史维浚，高柏，王国华. 砂岩型铀矿地浸过程中的溶质迁移

机制[J]. 东华理工学院学报，2004，27(1)：25–32.(SHI Weijun，GAO Bai，WANG Guohua. Mechanism of solute migration during in situ leaching sandstone type uranium deposit[J]. Journal of East China Institute of Technology，2004，27(1)：25–32.(in Chinese))

[9] International Atomic Energy Agency. Manual of acid in-situ leach

uranium mining technology[R]. Vienna，Austria：International Atomic Energy Agency，2001.

[10] 焦养泉，吴立群，杨生科，等. 铀储层沉积学[M]. 北京：地质出

版社，2006.(JIAO Yangquan，WU Liqun，YANG Shengke，et al.

Sedimentology of uranium reservoir[M]. Beijing：Geological Publishing House，2006.(in Chinese))

[11] MUDD G M. Critical review of acid in situ leach uranium mining：1.

USA and Australia[J]. Environmental Geology，2001，41(3/4)：390–403.

[12] 姚益轩，葛加明，苏学斌，等. 新疆某矿床酸法地浸采铀现场

试验[J]. 铀矿冶，2004，23(3)：119–124.(YAO Yixuan，GE Jiaming，SU Xuebin，et al. Field test on acidic in-situ leaching of uranium at a deposit of Xinjiang[J]. Uranium Mining and Metallurgy，2004，23(3)：119–124.(in Chinese))

[13] 谭凯旋，王清良，胡鄂明，等. 原地溶浸开采中的多过程耦合作用

与反应前锋运动：2. 数值模拟[J]. 铀矿冶，2005，24(2)：57–

61.(TAN Kaixuan，WANG Qingliang，HU Eming，et al. Multiple

processes coupling and reaction front propagation during in-situ leaching：2. numerical simulation[J]. Uranium Mining and Metallurgy，2005，24(2)：57–61.(in Chinese))

[14] LIU J，BRADY B H. Evaluation of in-situ leaching progresses：

dual-porosity model[J]. Mineral Resource Engineering，1999，18(2)：205–225.

[15] 王海峰，谭亚辉，杜运斌，等. 原地浸出采铀井场工艺[M]. 北京：

冶金工业出版社，2002.(WANG Haifeng，TAN Yahui，DU Yunbin，et al. Well technology of uranium in-situ field[M]. Beijing：China Metallurgical Industry Press，2002.(in Chinese))

[16] WU A X，LIU J Z，TANG L Y. Simulation of coupled

flowing-reaction-deformation with mass transfer in heap leaching processes[J]. Applied Mathematics and Mechanics，2007，28(3)：327–335.

化工流动过程综合实验

一、实验目的： 1.学习直管摩擦阻力f P ?,直管摩擦系数λ的测定方法。. 2.掌握直管摩擦系数λ与雷诺数Re 和相对粗糙度之间的关系及其变化规律。 3.掌握局部摩擦阻力f P ?,局部阻力系数ζ的测定方法。. 4.学习压强差的几种测量方法和提高其测量精确度的一些技巧。 5.熟悉离心泵的操作方法。 6.掌握离心泵特性曲线和管路特性曲线的测定方法、表示方法、加深对离心泵性能的了解。二、实验内容: 1.测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数λ。 2.测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数λ与雷诺数Re 和相对粗糙度之间的关系曲线。 3.测定管路部件局部摩擦阻力f P ?和局部阻力系数ζ。 4.熟悉离心泵的结构与操作方法。 5.测定某型号离心泵在一定转速下的特性曲线。 6.测定流量调节阀某一开度下管路特性曲线。三、实验原理: 1.直管摩擦系数λ与雷诺数Re 的测定: 直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即)/(Re,d f ελ=，对一定的相对粗糙度而言，(Re)f =λ。流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路阻力引起的能量损失为： ρ ρf f P P P h ?=-= 2 1 （1）又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式） 2 2 u d l h f P f λρ == ? （2）整理（1）（2）两式得 22u P l d f ???= ρλ （3）

μ ρ ??= u d Re （4）式中： -d 管径，m ； -?f P 直管阻力引起的压强降，Pa ； -l 管长，m ； -u 流速，m / s ； -ρ流体的密度，kg / m 3； -μ流体的粘度，N ·s / m 2。在实验装置中，直管段管长l 和管径d 都已固定。若水温一定，则水的密度ρ和粘度μ也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降△P f 与流速u （流量V ）之间的关系。根据实验数据和式（3）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（4）计算对应的Re ，整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与Re 的关系曲线。 2．局部阻力系数ζ的测定 22 'u P h f f ζρ =?= ' 2'2u P f ?????? ??=ρζ 式中： -ζ局部阻力系数，无因次； -?'f P 局部阻力引起的压强降，Pa ； -'f h 局部阻力引起的能量损失，J ／kg 。图-1 局部阻力测量取压口布置图局部阻力引起的压强降'f P ? 可用下面方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在上、下游各开两对测压口a-a'和b-b ＇如图-1，使 ab ＝bc ； a ＇b ＇＝b ＇c ＇，则 △P f ，a b ＝△P f ，bc ； △P f ，a ＇b ＇= △P f ，b ＇c ＇在a~a ＇之间列柏努利方程式 P a －P a ＇ =2△P f ，a b +2△P f ，a ＇b ＇+△P ＇f (5) 在b~b ＇之间列柏努利方程式： P b －P b ＇ = △P f ，bc +△P f ，b ＇c ＇+△P ＇f = △P f ，a b +△P f ，a ＇b ＇+△P ＇f （6）联立式(5)和(6)，则：'f P ?＝2(P b －P b ＇)－(P a －P a ＇)

流体力学实验指导书( 建环专业)

目录实验一静水压强实验???????????????????????????????????????????1实验二伯努利方程式的验证?????????????????????????????????????3实验三雷诺实验??????????????????????????????????????????????6实验四管道沿程阻力实验??????????????????????????????????????9实验五管道局部阻力系数的测定????????????????????????????????12

实验一静水压强实验（一）实验目的 1、测定静止液体中某点的静水压强，加深对静压公式p=p0+γh的理解； 2、测定有色液体的重度，并通过实验加深理解位置水头，压强水头及测压管水头的基本概念，观察静水中任意两点测压管水头Z+p/γ=常数。 p=p0+γh 式中：P——被测点的静水压强； P0——水箱中水面的表面压强； γ——液体重度； h——被测点在表面以下的竖直深度。可知在静止的液体内部某一点的静水压强等于表面压强加上液体重度乘以该点在液面下的竖直深度。（四）实验步骤 1、打开密封水箱E顶上空气阀门a，此时水箱内水面上的压强p0=p a。观察各测压连通管内液面是否平齐，如果不齐则检查各管内是否阻塞并加以勾通。

2、读取A点、B点的位置高度Z A、Z B。 3、关闭空气阀门a，转动手柄，抬高长方形小水箱F至一定高度，此时表面压力P0＞P a，待水面稳定后读各测压管中水位标高▽=▽I（I=1、2、3、 4、5），并记入表中。 4、在保持P0＞P a的条件下，改变长方形小水箱F高度，重复进行2-3次。 5、打开空气阀门a，使水箱内的水面上升，然后关闭空气阀门a，下降长方形小水箱。 6、在P0＜P a的条件下，改变水箱水位重复进行2-3次。（五）对表中数据进行分析单位：mm

流体流动习题及答案

一、单选题 1．单位体积流体所具有的（）称为流体的密度。 A A 质量； B 粘度； C 位能； D 动能。 2．单位体积流体所具有的质量称为流体的（）。 A A 密度； B 粘度； C 位能； D 动能。 3．层流与湍流的本质区别是（）。 D A 湍流流速＞层流流速； B 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C 层流的雷诺数＜湍流的雷诺数； D 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 4．气体是（）的流体。 B A 可移动； B 可压缩； C 可流动； D 可测量。 5．在静止的流体内，单位面积上所受的压力称为流体的（）。 C A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 6．以绝对零压作起点计算的压力，称为（）。 A A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 7．当被测流体的（）大于外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。 D A 真空度； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。 8．当被测流体的绝对压力（）外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。 A A 大于； B 小于； C 等于； D 近似于。 9．（）上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值，称为表压力。 A A 压力表； B 真空表； C 高度表； D 速度表。 10．被测流体的（）小于外界大气压力时，所用测压仪表称为真空表。 D A 大气压； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。 11. 流体在园管内流动时，管中心流速最大，若为湍流时，平均流速与管中心的最大流速的关系为（）。B A. Um＝1/2Umax； B. Um＝0.8Umax； C. Um＝3/2Umax。 12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。 A A. 与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关； B. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关； C. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关。 13.层流底层越薄( )。 C A. 近壁面速度梯度越小； B. 流动阻力越小； C. 流动阻力越大； D. 流体湍动程度越小。 14.双液体U形差压计要求指示液的密度差( ) C A. 大； B. 中等； C. 小； D. 越大越好。 15.转子流量计的主要特点是( )。 C A. 恒截面、恒压差； B. 变截面、变压差； C. 恒流速、恒压差； D. 变流速、恒压差。 16.层流与湍流的本质区别是：( )。 D A. 湍流流速>层流流速； B. 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C. 层流的雷诺数<湍流的雷诺数； D. 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 17.圆直管内流动流体，湍流时雷诺准数是（）。B A. Re ≤ 2000； B. Re ≥ 4000； C. Re = 2000～4000。 18.某离心泵入口处真空表的读数为200mmHg ，当地大气压为101kPa, 则泵入口处的绝对压强为（）。 A A. 74.3kPa； B. 101kPa； C. 127.6kPa。 19.在稳定流动系统中，水由粗管连续地流入细管，若粗管直径是细管的2倍，则细管流速是粗管的（）倍。 C A. 2； B. 8； C. 4。 20.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是（）。 C

流体力学实验报告

流体力学实验指导书与报告静力学实验雷诺实验中国矿业大学能源与动力实验中心

学生实验守则一、学生进入实验室必须遵守实验室规章制度，遵守课堂纪律，衣着整洁，保持安静，不得迟到早退，严禁喧哗、吸烟、吃零食和随地吐痰。如有违犯，指导教师有权停止基实验。二、实验课前，要认真阅读教材，作好实验预习，根据不同科目要求写出预习报告，明确实验目的、要求和注意事项。三、实验课上必须专心听讲，服从指导教师的安排和指导，遵守操作规程，认真操作，正确读数，不得草率敷衍，拼凑数据。四、预习报告和实验报告必须独自完成，不得互相抄袭。五、因故缺课的学生，可向指导教师申请一次补做机会，不补做的，该试验以零分计算，作为总成绩的一部分，累计三次者，该课实验以不及格论处，不能参加该门课程的考试。六、在使用大型精密仪器设备前，必须接受技术培训，经考核合格后方可使用，使用中要严格遵守操作规程，并详细填写使用记录。七、爱护仪器设备，不准动用与本实验无关的仪器设备。要节约水、电、试剂药品、元器件、材料等。如发生仪器、设备损坏要及时向指导教师报告，属责任事故的，应按有关文件规定赔偿。八、注意实验安全，遵守安全规定，防止人身和仪器设备事故发生。一旦发生事故，要立即向指导教师报告，采取正确的应急措施，防止事故扩大，保护人身安全和财产安全。重大事故要同时保护好现场，迅速向有关部门报告，事故后尽快写出书面报告交上级有关部门，不得隐瞒事实真相。九、试验完毕要做好整理工作，将试剂、药品、工具、材料及公用仪器等放回原处。洗刷器皿，清扫试验场地，切断电源、气源、水源，经指导教师检查合格后方可离开。十、各类实验室可根据自身特点，制定出切实可行的实验守则，报经系(院)主管领导同意后执行，并送实验室管理科备案。 1984年5月制定 2014年4月再修订中国矿业大学能源与动力实验中心

化工原理实验讲义(doc 55页)

化工原理实验讲义化工与环境学院化学工程与控制系化工原理实验室

编写说明近几年来，本实验室的实验装置中的大部分都进行了更新或改造。过去编写的实验讲义已经不能适应目前的状况，兄弟院校的相关实验教程也由于装置、内容、重点等方面的差异而有一定的局限。所以有必要重新编写一本适用的实验讲义。这有助于提高实验教学质量，改善教学效果。本实验讲义的大部分内容，曾经以补充讲义电子版的形式提供给2003和2004级两个年级的本科生700多名同学试用，取得了比较满意的效果。此次正式交付印刷，又增补了一些必要的基础知识，各个实验项目的思考题，以及选修实验项目的内容。第一、第二章由毋俊生执笔，其余章节由邓文生，康惠宝执笔，全书由刘文芳排版编辑。本次又根据2011年更换的设备，对流体阻力测定、干燥实验、雷诺实验部分进行了修订，并对其它部分的一些笔误进行了更正。虽然编者都具有较长期指导本实验课程的经历，但受知识结构、理解深度、认识水平等方面的局限，不当之处在所难免。期望使用本讲义的老师和同学提出您的意见、建议和指正。 2007年7月编 2012年4月修订

目录第 1 章化工基础实验技术 (2) 1.1 温度的测量 (2) 1.2 压力的测量 (3) 1.3 流量的测量 (5) 第 2 章实验数据分布及基本数据处理 (9) 2.1 实验数据的分布 (9) 2.2 实验数据的基本处理 (9) 2.3 实验报告的基本要求 (10) 第 3 章化工原理基本实验 (12) 3.1 流体流动阻力的测定 (12) 3.2 离心泵特性曲线的测定 (16) 3.3 对流传热系数的测定 (20) 3.4 填料塔压降曲线和吸收系数的测定 (23) 3.5 精馏塔效率的测定 (28) 3.6 干燥速率曲线的测定 (32) 3.7 扩散系数的测定 (35) 3.8 液—液萃取塔的操作 (39) 第 4 章演示实验 (42) 4.1 雷诺实验 (42) 4.2 机械能守恒与转换 (45) 4.3 边界层形成与分离 (47) 第 5 章化工流动过程综合实验 (48)

流体力学综合实验数据处理表

流体力学综合实验数据处理表水在管道内流动的直管阻力损失由附录查得水温t=20C 时，密度3 /2.998m kg 粘度1 001.0 s pa 由公式 p h f （1） 22u d l h f （2） u d Re （3）可分别算出f h ，和 Re 管内径管a=管b=管c d=0.02m 长度管a=管b=管c L=1m 以a 管第一组数据为例 p =10.323 10 pa 则2 .9981032.103 f h =10.34（J/k g ）平均流速201.014.3360013.11 u =9.85m/s 则 =2 85.9134 .1002.02 =0.0043 Re = 001 .02 .99885.902.0 =196645 管b

管c 局部阻力系数的计算由公式22 u h f 得22u h f 不同开度下截止阀的局部阻力系数管a 管b

离心泵的特性曲线杨程H= f h g u g p g p 22 真表 0 f h 离心泵轴功率N=传电电 N 离心泵的效率是理论功率与轴功率的比值，即 N N t 而理论功率t N 是离心泵对水所作的有效功，即)(102 kw QH N t 以第一组数据为例计算H= 10 201.014.3360002 .20102.99818000102.998125000215.21 m O H 2 N=95.075.01489 =1.601(kw) 2 .99821.1502.20 1.86 离心泵特性曲线

思考与讨论 1，只管阻力产生的原因是什么？如何测定及计算？答：原因是流涕在管道内流动时，由于内摩擦力的存在，必然有能量的损耗，此损耗能量为直观阻力损失。测定及计算方法为 p h f （1） 22 u d l h f (2) 2，影响本实验测量准确度的原因有哪些？怎样侧准数据？答：读数不精确，供水系统不稳定，电压不稳定，出口胶管排气未排完，如果要侧准数据，应该等仪器上显示的数据稳定后再读取。 3，根据实验测定数据，如何确定离心泵的工作点？水平或是垂直管中，对相同直径，相同条件下所测出的阻力损失是否相同？答：根据极值数据来确定离心泵的工作点，水平或是垂直管中，对相同直径，相同条件下所测出的阻力损失不相同，

流体流动习题答案

第一章流体流动习题解答 1. 某设备上真空表的读数为13.3×103 Pa ，试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为98.7×103 Pa 。解：真空度＝大气压－绝压 3(98.713.3)10atm p p p Pa =-=-?绝压真空度表压＝－真空度＝-13.3310Pa ? 2. 在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为960 kg/m 3的油品，油面高于罐底9.6 m ，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的圆孔，其中心距罐底800 mm ，孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为32.23×106 Pa ，问至少需要几个螺钉? 解：设通过圆孔中心的水平液面生的静压强为p ，则p 罐内液体作用于孔盖上的平均压强 9609.81(9.60.8)82874p g z Pa ρ=?=??-=(表压) 作用在孔盖外侧的是大气压a p ，故孔盖内外所受的压强差为82874p Pa ?= 作用在孔盖上的净压力为 2282575(0.76) 3.7644 p p d N π π =?=??=?410 每个螺钉能承受的最大力为： 62332.23100.014 4.96104 F N π =?? ?=?钉螺钉的个数为433.7610/4.96107.58??=个 p

所需的螺钉数量最少为8个 3. 某流化床反应器上装有两个U 管压差计，如本题附图所示。测得R 1=400 mm ，R 2=50 mm ，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3=50mm 。试求A 、B 两处的表压强。解：U 管压差计连接管中是气体。若以2,,g H O Hg ρρρ分别表示气体、水与水银的密度，因为g Hg ρρ=，故由气柱高度所产生的压强差可以忽略。由此可以认为A C p p ≈， B D p p ≈。由静力学基本方程式知 232A C H O Hg p p gR gR ρρ≈=+ 10009.810.05136009.810.05=??+?? 7161Pa =(表压) 417161136009.810.4 6.0510B D A Hg p p p gR Pa ρ≈=+=+??=? 4. 本题附图为远距离制量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离H =1 m ，U 管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820 kg/m 3。试求当压差计读数R=68 m 时，相界面与油层的吹气管出口距离h 。解：如图，设水层吹气管出口处为a ，煤油层吹气管出口处为b ，且煤油层吹气管到液气界面的高度为H 1。则 1a p p = 2b p p = 1()()a p g H h g H h ρρ=++-油水(表压) 1b p gH ρ=油(表压) U 管压差计中，12Hg p p gR ρ-= (忽略吹气管内的气柱压力) 12a b p p p p gR ρ-=-= C D H 1 压缩空气 p

实验一流体力学综合实验实验报告

实验一流体力学综合实验预习实验: 一、实验目的 1.熟悉流体在管路中流动阻力的测定方法及实验数据的归纳 2.测定直管摩擦系数λ与e R 关系曲线及局部阻力系数ζ 3、了解离心泵的构造,熟悉其操作与调节方法 4、测出单级离心泵在固定转速下的特定曲线二、实验原理流体在管路中的流动阻力分为直管阻力与局部阻力两种。直管阻力就是流体流经一定管径的直管时,由于流体内摩擦而产生的阻力,可由下式计算: g u d l g p H f 22 ??=?-=λρ (3-1) 局部阻力主要就是由于流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部地方所引起的阻力,计算公式如下: g u g p H f 22 '' ?=?-=ζρ (3-2) 管路的能量损失 'f f f H H H +=∑ (3-3) 式中 f H ——直管阻力,m 水柱; λ——直管摩擦阻力系数; l ——管长,m; d ——直管内径,m; u ——管内平均流速,1s m -?; g ——重力加速度,9、812s m -? p ?——直管阻力引起的压强降,Pa; ρ——流体的密度,3m kg -?; ζ——局部阻力系数; 由式3-1可得

22lu d P ρλ??-= (3-4) 这样,利用实验方法测取不同流量下长度为l 直管两端的压差P ?即可计算出λ与R e ,然后在双对数坐标纸上标绘出Re λ-的曲线图。离心泵的性能受到泵的内部结构、叶轮形式、叶轮转速的影响。实验将测出的H —Q 、N —Q 、η—Q 之间的关系标绘在坐标纸上成为三条曲线,即为离心泵的特性曲线,根据曲线可找出泵的最佳操作范围,作为选泵的依据。离心泵的扬程可由进、出口间的能量衡算求得: g u u h H H H 22 1220-++-=入口压力表出口压力表 (3-5) 式中出口压力表H ——离心泵出口压力表读数,m 水柱; 入口压力表H ——离心泵入口压力表的读数,m 水柱; 0h ——离心泵进、出口管路两测压点间的垂直距离,可忽略不计; 1u ——吸入管内流体的流速,1s m -?; 2u ——压出管内流体的流速,1s m -? 泵的有效功率,由于泵在运转过程中存在种种能量损失,使泵的实际压头与流量较理论值为低,而输入泵的功率又较理论值为高,所以泵的效率 %100?=N N e η (3-6) 而泵的有效功率 g QH N e e ρ=/(3600×1000) (3-7) 式中:e N ——泵的有效功率,K w; N ——电机的输入功率,由功率表测出,K w ; Q ——泵的流量,-13h m ?; e H ——泵的扬程,m 水柱。三、实验装置流程图

化工综合实验考试题A答案

哈工大 2006 年秋季学期化工综合实验 A 答案试题一填空（每题1分，共10分） 1.雷诺实验的目的是为了测定流体流动的型态，临界雷诺数。 2.在流动阻力测定实验中，对于固定的管道其摩擦系数是雷诺数的函数。 3.传热实验中由于忽略了污垢和管壁热阻，因此总的传热系数和热水的传热膜系数数值关系近似为 1/2，一半。 4.吸收实验测定二氧化碳在水中的浓度时，空白实验取 10 mL 的氢氧化钡用标准盐酸溶液滴定。 5.蒸馏实验中，分析塔顶和塔釜样品乙醇和丙醇的摩尔分数时，我们使用阿贝折光仪测得的实验数据。 6.干燥实验湿空气的相对湿度可以通过湿球温度计温度计测得，对干燥而言空气的湿度对于干燥操作影响很大。 7.离心泵特性曲线是在一定的条件下用清水测定的，主要有压头-流量，效率-流量和功率-流量组成。 8.转子流量计有用于测量空气和水的流量之分，使用时需要校正流量曲线，其正确的安装方法是垂直向上。第 1 页（共 4 页）

9.伯努力实验中,某一个截面的动压头等于该截面的冲压头与静压头之差。 10.在化工综合实验中，为了简化实验，便于数据处理，得到准数关联式。我们采用了量纲分析法，因次分析法二简答题（20分） 1.U型压差计中指示液的选择原则是什么？（3分）答：（1）指示液与管路流体互不相溶；（2）为了提高实验的精度，根据待测压差可能的最大值选择密度合理的指示液，待测压差较大的就应选择密度较大的指示液。 2.离心泵实验操作时，为何用控制出口阀的开度调节流量？（3分）答：一个输送系统是由泵和管路共同构成，其工作状况也是由泵的特性与管路特性共同决定。控制出口阀的开度调节流量好处在于：（1）方便；（2）改变管路特性。第2 页（共4 页）

流体力学期末考试题(题库+答案)

1、作用在流体的质量力包括（ D ）Ａ压力Ｂ摩擦力Ｃ表面张力Ｄ惯性力 2、层流与紊流的本质区别是：（ D ） A. 紊流流速>层流流速； B. 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C. 层流的雷诺数<紊流的雷诺数； D. 层流无径向脉动，而紊流有径向脉动 3、已知水流的沿程水力摩擦系数只与边界粗糙度有关，可判断该水流属于（ D ） A 层流区； B 紊流光滑区； C 紊流过渡粗糙区； D 紊流粗糙区。 4、一个工程大气压等于( B )Pa; ( C )Kgf.cm-2。 A 1.013×105 B 9.8×104 C 1 D 1.5 5、长管的总水头线与测压管水头线（ A ） A相重合； B相平行，呈直线； C相平行，呈阶梯状； D以上答案都不对。 6、绝对压强p abs、相对压强p 、真空值p v、当地大气压强p a之间的关系是（ C ）Ａ p abs=p+p v Ｂ p=p abs+p a Ｃ p v=p a-p abs Ｄ p

= p a b s - p V 7、将管路上的阀门关小时,其阻力系数（ C ） A. 变小 B. 变大 C. 不变 8、如果忽略流体的重力效应，则不需要考虑哪一个相似性参数？( B ) A弗劳德数 B 雷诺数 C.欧拉数 D马赫数 9、水泵的扬程是指（ C ） A 水泵提水高度； B 水泵提水高度+吸水管的水头损失； C 水泵提水高度 + 吸水管与压水管的水头损失。 10、紊流粗糙区的水头损失与流速成（ B ） A 一次方关系； B 二次方关系； C 1.75～2.0次方关系。 11、雷诺数是判别下列哪种流态的重要的无量纲数( C ) A 急流和缓流； B 均匀流和非均匀流； C 层流和紊流； D 恒定流和非恒定流。 12、离心泵的性能曲线中的H－Q线是在( B )情况下测定的。 A. 效率一定； B. 功率一定； C. 转速一定； D. 管路（ｌ＋∑ｌe）一定。

沿程阻力中国石油大学(华东)流体力学实验报告

实验七、沿程阻力实验一、实验目的填空 1．掌握测定镀锌铁管管道沿程阻力系数的方法； 2．在双对数坐标纸上绘制λ-Re的关系曲线； 3．进一步理解沿程阻力系数随雷诺数的变化规律。二、实验装置在图1-7-1下方的横线上正确填写实验装置各部分的名称本实验采用管流实验装置中的第1根管路，即实验装置中最细的管路。在测量较大压差时，采用两用式压差计中的汞-水压差计；压差较小时换用水-气压差计。另外，还需要的测量工具有量水箱、量筒、秒表、温度计、水的粘温表。 F1——文秋利流量计；F2——孔板流量计；F3——电磁流量计； C——量水箱；V——阀门；K——局部阻力实验管路图1-7-1 管流综合实验装置流程图三、实验原理在横线正确写出以下公式本实验所用的管路是水平放置且等直径，因此利用能量方程式可推得管路两点间的沿程水头

损失计算公式： 2 2f L v h D g λ = （1-7-1）式中： λ——沿程阻力系数； L ——实验管段两端面之间的距离，m ； D ——实验管内径，m ； g ——重力加速度（g=9.8 m/s 2）； v ——管内平均流速，m/s ； h f ——沿程水头损失，由压差计测定。由式（1-7-1）可以得到沿程阻力系数λ的表达式： 2 2f h D g L v λ= （1-7-2）沿程阻力系数λ在层流时只与雷诺数有关，而在紊流时则与雷诺数、管壁粗糙度有关。当实验管路粗糙度保持不变时，可得出该管的λ-Re 的关系曲线。四、实验要求填空 1．有关常数实验装置编号：No. 7 管路直径：D = 1.58 cm ；水的温度：T = 13.4 ℃；水的密度：ρ= 0.999348g/cm 3；动力粘度系数：μ= 1.19004 mPa ?s ；运动粘度系数：ν= 0.011908 cm 2/s ；两测点之间的距离：L = 500 cm

化工原理流体综合实验报告

流体综合实验实验目的 1）能进行光滑管、粗糙管、闸阀局部阻力测定实验，测出湍流区阻力系数与雷诺数关系曲线图； 2）能进行离心泵特性曲线测定实验，测出扬程与流量、功率与流量以及离心泵效率与流量的关系曲线图； 3）学习工业上流量、功率、转速、压力和温度等参数的测量方法，使学生了解涡轮流量计、电动调节阀以及相关仪表的原理和操作；离心泵特性测定实验一、基本原理离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程H、轴功率N及效率η与泵的流量Q之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用理论方法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。 1．扬程H的测定与计算取离心泵进口真空表和出口压力表处为1、2两截面，列机械能衡算方程：（1－1）由于两截面间的管子较短，通常可忽略阻力项fhΣ，速度平方差也很小，故也可忽略，则有（1－2）式中：H=Z2-Z1，表示泵出口和进口间的位差，m； ρ——流体密度，kg/m3 ； g——重力加速度m/s2； p 1、p 2 ——分别为泵进、出口的真空度和表压，Pa；

H 1、H 2 ——分别为泵进、出口的真空度和表压对应的压头，m； u 1、u 2 ——分别为泵进、出口的流速，m/s； z 1、z 2 ——分别为真空表、压力表的安装高度，m。由上式可知，只要直接读出真空表和压力表上的数值，及两表的安装高度差，就可计算出泵的扬程。 2．轴功率N的测量与计算 N=N电×k （W）（1－3）其中，N 电为电功率表显示值，k代表电机传动效率，可取k=0.95 3．效率η的计算泵的效率η是泵的有效功率Ne与轴功率N的比值。有效功率Ne是单位时间内流体经过泵时所获得的实际功率，轴功率N是单位时间内泵轴从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。泵的有效功率Ne可用下式计算： N e=HQρg （1－4）故泵效率为（1－5）四、实验步骤及注意事项（一）实验步骤：１．实验准备：（1）实验用水准备：清洗水箱，并加装实验用水。（2）离心泵排气：通过灌泵漏斗给离心泵灌水，排出泵内气体。 2、开始实验：（1）仪表自检情况，打开泵进口阀，关闭泵出口阀，试开离心泵，检查电机运转时声音是否正常，，离心泵运转的方向是否正确。（2）开启离心泵，当泵的转速达到额定转速后，打开出口阀。（3）实验时，通过组态软件或仪表逐渐改变出口流量调节阀的开度，使泵出口流量从1000L/h 逐渐增大到4000L/h，每次增加500L/h。在每一个流量下，待系统稳定流动5分钟后，读取相应数据。离心泵特性实验主要需获取的实验数据为：流量Q、泵进口压力p 1 、泵出

实验四化工流体过程综合实验

实验四化工流体过程综合实验一、实验目的 1?掌握光滑直管、粗糙直管阻力系数的测量方法，并绘制光滑管及粗糙管的 '-R e 曲线，将其与摩擦系数图进行比较； 2?掌握阀门的局部阻力系数的测量方法； 3?了解各种流量计（节流式、转子、涡轮）的结构、性能及特点，掌握其使用方法；掌握节流式流量计标定方法，会测定并绘制文丘里、孔板、喷嘴流量计流量标定曲线（流量 -压差关系）及流量系数和雷诺数之间的关系（ C 。- R e 关系）； 4?了解离心泵的结构、操作方法，掌握离心泵特性曲线测定方法，并能绘制相应曲线。二、实验内容 1?测定光滑直管和粗糙直管摩擦阻力系数，绘制光滑管及粗糙管的 ? - Re 曲线； 2?测定阀门的局部阻力系数； 3?测定并绘制文丘里、孔板、喷嘴流量计（三选一）流量标定曲线（流量 -压差关系）及流量系数和雷诺数之间的关系（ C 。- R e 关系）； 4?测量离心泵的特性曲线，并绘制相应曲线，确定其最佳工作范围。三、实验原理、方法和手段 1. 流体阻力实验 a. 直管摩擦系数，与雷诺数Re 的测定：直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即 ?二f （Re, ；/d ），对一定的相对粗糙度而言，，=f （Re ）。流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路阻力引起的能量损失为: 又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式） h f Pi - P 2 P

i_u 2 d 2 整理⑴⑵两式得 h f P f

2d ■:Pf u 2 d -管径，m ; ：Pf -直管阻力引起的压强降，Pa ; I -管长，m ; u -流速，m / s ; 3 『-流体的密度，kg / m ; 亠-流体的粘度，N ?s / m 2。在实验装置中，直管段管长 I 和管径d 都已固定。若水温一定，则水的密度 p 和粘度卩也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降 , ；p f 与流速u （流量V ）之间的关系。根据实验数据和式⑶可计算出不同流速下的直管摩擦系数入用式⑷计算对应的 Re ,从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出入与Re 的关系曲线。 b. 局部阻力系数'的测定：式中： ■ -局部阻力系数，无因次； p 'f -局部阻力引起的压强降，Pa ; h 'f -局部阻力引起的能量损失， J /kg 。式中: hf =

化工原理第1章--流体流动-习题及答案

精选文档，供参考！一、单选题 1．单位体积流体所具有的（）称为流体的密度。 A A 质量； B 粘度； C 位能； D 动能。 2．单位体积流体所具有的质量称为流体的（）。 A A 密度； B 粘度； C 位能； D 动能。 3．层流与湍流的本质区别是（）。 D A 湍流流速＞层流流速； B 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C 层流的雷诺数＜湍流的雷诺数； D 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 4．气体是（）的流体。 B A 可移动； B 可压缩； C 可流动； D 可测量。 5．在静止的流体内，单位面积上所受的压力称为流体的（）。C A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 6．以绝对零压作起点计算的压力，称为（）。 A A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 7．当被测流体的（）大于外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。 D A 真空度； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。 8．当被测流体的绝对压力（）外界大气压力时，所用的测

压仪表称为压力表。 A A 大于； B 小于； C 等于； D 近似于。 9．（）上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值，称为表压力。 A A 压力表； B 真空表； C 高度表； D 速度表。精选文档，供参考！10．被测流体的（）小于外界大气压力时，所用测压仪表称为真空表。 D A 大气压； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。 11. 流体在园管内流动时，管中心流速最大，若为湍流时，平均流速与管中心的最大流速的关系为（）。B A. Um＝1/2Umax； B. Um＝0.8Umax； C. Um＝3/2Umax。 12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。 A A. 与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关； B. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关； C. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关。 13.层流底层越薄( )。 C A. 近壁面速度梯度越小； B. 流动阻力越小； C. 流动阻力越大； D. 流体湍动程度越小。 14.双液体U形差压计要求指示液的密度差( ) C A. 大； B. 中等； C. 小； D. 越大越好。

单元练习流体流动及输送机械(答案)

单元练习：流体流动及输送机械一、填空题（仅供练习使用，需掌握基本概念与基本公式） 1. 层流时，摩擦系数λ与Re的关系为λ=64/Re。 2. U型管压差计指示液为水，若所测压差不变，要使读数R增大，应更换一种密度比水小的指示液。 3. 流体输送机械向流体提供的能量主要用于流体势能提高和阻力损失。 4. 离心泵前必须先灌泵是因为空气密度小，造成的压差或泵吸入口的真空度小而不能将液体吸入泵内。 5. 用离心泵将地面敞口容器中的碱液送至离地面10m高处密闭容器中，容器上方真空表读数为P，现在表的读数增大，其他管路条件不变，则管路总阻力损失将增大。6. 水由敞口高位槽通过一管路流向压力恒定的反应器，当管路上的阀门开度减小（湍流态变为层流态），水流量将减小，摩擦系数增大，管路总阻力损失增大。（增大，减小，不变）二、选择题 1. 对离心泵允许安装高度没有影响的是下列情况中的 D 。 A. 安装处的大气压； B. 输送液体温度； C. 吸入管道的流动阻力； D. 排出管道的流动阻力 2．流体在圆管内层流流动时，最大速度是平均速度的（ C ） A. 四分之一 B. 一半 C .二倍 D. 四倍 3. 当被测流体的绝对压强大于外界大气压强时，所用的测压仪表称为（ A ） A. 压力表 B. 真空表 C. 高度表 D. 速度表 4. 流体在直管中流动，当Re≤2000时，流体的流动类型属于（ A ） A.层流 B. 湍流 C.过渡流 D. 漩涡流三、简答题 1. 离心泵在开车前为何要先关闭出口阀门？答：离心泵开动时的瞬时启动电流为正常工作电流的5～7倍，为保护电机，关闭出口阀以减小负荷，减小电流，防止电极因瞬时电流过大而烧毁。 2. 汽蚀现象产生的原因是什么？会造成什么样的结果？

《流体力学》课程实验(上机)指导书及实验报告格式

《流体力学》课程实验指导书袁守利编汽车工程学院 2005年9月

前言 1.实验总体目标、任务与要求 1)学生在学习了《流体力学》基本理论的基础上，通过伯努利方程实验、动量方程实验，实现对基本理论的验证。 2）通过实验，使学生对水柱（水银柱）、U型压差计、毕托管、孔板流量计、文丘里流量计等流体力学常用的测压、测流量装置的结构、原理和使用有基本认识。 2.适用专业热能与动力工程 3.先修课程《流体力学》相关章节。 4.实验项目与学时分配 5. 实验改革与特色根据实验内容和现有实验条件，在实验过程中，采取学生自己动手和教师演示相结合的方法，力求达到较好的实验效果。

实验一伯努利方程实验 1．观察流体流经实验管段时的能量转化关系，了解特定截面上的总水头、测压管水头、压强水头、速度水头和位置水头间的关系，从而加深对伯努利方程的理解和认识。 2．掌握各种水头的测试方法和压强的测试方法。 3．掌握流量、流速的测量方法，了解毕托管测速的原理。二、实验条件伯努利方程实验仪三、实验原理 1．实验装置：图一伯努利方程实验台 1.水箱及潜水泵 2.上水管 3.电源 4.溢流管 5.整流栅 6.溢流板 7.定压水箱 8.实验细管9. 实验粗管10.测压管11.调节阀12.接水箱13.量杯14回水管15.实验桌 2.工作原理定压水箱7靠溢流来维持其恒定的水位，在水箱下部装接水平放置的实验细管8，水经实验细管以恒定流流出，并通过调节阀11调节其出水流量。通过布置在实验管四个截面上的四组测压孔及测压管，可以测量到相应截面上的各种水头的大小，从而可以分析管路中恒定流动的各种能量形式、大小及相互转化关系。各个测量截面上的一组测压管都相当于一组毕托管，所以也可以用来测管中某点的流速。电测流量装置由回水箱、计量水箱和电测流量装置（由浮子、光栅计量尺和光电子

(A-10)化工传热综合实验

换热器传热系数测定实验装置说明书天津大学化工基础实验中心 2014.08

一、实验目的： 1.了解套管换热器和列管换热器的结构，掌握对流传热系数i α和总传热系数的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。 2.学会并应用线性回归分析方法，确定传热管关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 数值。二、实验内容： 1.测定不同流速下套管换热器的对流传热系数i α。 2.测定不同流速下列管换热器的总对流传热系数K 。 3.对i α实验数据进行线性回归，确定关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的数值。三、实验原理： 1.套管换热器传热系数测定及准数关联式的确定：（1）对流传热系数i α的测定在该传热实验套管换热器中，空气走内管，热水走外管。对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定 i i i S t Q ??= α （1）式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2?℃)； Q i —管内传热速率，W ； S i —管内换热面积，m 2； t ?—内壁面与流体间的温差，℃。 t ?由下式确定： 2 2 1t t T t w +- =? （2）式中：t 1，t 2 —冷流体（空气）的入口、出口温度，℃； T w —壁面平均温度，℃；因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用t w 来表示。管内换热面积： i i i L d S π= （3）式中：d i —内管管内径，m ； L i —传热管测量段的实际长度，m 。

由热量衡算式： )(12t t Cp W Q m m i -= （4）其中质量流量由下式求得： 3600 m m m V W ρ= （5）式中：m V —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； m Cp —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； m ρ—冷流体的密度，kg /m 3 。 m Cp 和m ρ可根据定性温度t m 查得，2 2 1t t t m += 为冷流体进出口平均温度。t 1，t 2， T w ， m V 可采取一定的测量手段得到。（2）对流传热系数准数关联式的实验确定流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为 n m A Nu Pr Re =. （6）其中： i i i d Nu λα= ， m m i m d u μρ=Re ， m m m Cp λμ=P r 物性数据m λ、m Cp 、m ρ、m μ可根据定性温度t m 查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pr 变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为： 4.0Pr Re m A Nu = （7）这样通过实验确定不同流量下的Re 与Nu ，然后用线性回归方法确定A 和m 的值。 2.列管换热器传热系数的测定：管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。一种在管内流动，称为管程流体（冷流体）；另一种在管外流动，称为壳程流体（热流体）。传热系数Ko 用实验来测定

第一章流体流动试题集及参考答案

流体流动试题集及参考答案一、填空题: 1、按照化工单元操作所遵循得基本规律得不同,可将单元操作分为动量传递、热量传递、质量传递。 2、化工生产中,物料衡算得理论依据就是质量守恒定律, 热量衡算得理论基础就是能量守恒定律。 3、当地大气压为750mmHg时,测得某体系得表压为100mmHg,则该体系得绝对压强850mmHg为真空度为-100mmHg、 4、液柱压力计量就是基于流体静力学原理得测压装置,用U形管压强计测压时, 当压强计一端与大气相通时,读数R表示得就是表压或真空度。从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差就是与指示液密度、液面高度有关,与U形管粗细无关 5、转子流量计得设计原理就是依据流动时在转子得上、下端产生了压强差。 6、静止液体中两处压力相等得条件就是连续、同一液体、同一水平面。 7、流体体积流量用Q=uS来计算;质量流量用G=Qρ来计算;而流体流速用 u=Q/S来计算。 8、当流体得体积流量一定时,流动截面扩大,则流速减少,动压头减少,静压头增加。 9、柏努利方程实验中,在一定流速下某测压管显示得液位高度为静压头,当流速再增大时,液位高度降低;因为阻力损失增大, 10、理想流体就是指没有粘性或没有摩擦阻力而实际流体就是指具有粘性或有摩擦力。流体流动时产生摩擦阻力得根本原因就是流体具有粘性。

11、压头转换实验中,在一定流速下某测压管显示得液位高度为静压头值,流速再增大时,液位高度降低;因为阻力损失增大 12、P/(ρg)得物理意义就是表示流动系统某截面处单位重量流体所具有得静压能,称为静压头。mu2/2得物理意义就是表示流动系统某截面处1kg流体具有得动能。 13、雷诺准数得表达式为Re=dｕρ/μ。当密度ρ＝1000kg/m粘度μ=1厘泊得水,在内径为d=100mm,以流速为1m、s在管中流动时,其雷诺准数等于10其流动类型为湍流 14、流体在圆直管内流动,当Re≥4000时得流型称为湍流, 其平均速度与最大流速得关系为Wm＝0.8Wｍａｘ Re≤2000得流型称为滞流,其平均速度为Wm＝0、5Wｍａｘ。 15、流体在圆管内作稳定连续流动时,当Re≤2000时为滞流流动,其摩擦系数λ=64/Re;当Re≥4000时为湍流流动。当Re在2000-4000之间时为过渡流。流体沿壁面流动时,有显著速度梯度得区域称为流动边界层。在管内呈湍流时,摩擦系数λ与Re; ε/d有关。当Re继续增大到大于某一定值时,则流体流动在完全湍流区,当ε/d为一常数时,其λ值为常数。 16、当密度ρ=1000kg/m,粘度=1(厘泊)得水,在内径为d=15mm,以流速为0、1 m/s在管内流动时,雷诺数等于1500,流动类型为层流。 17、当20℃得水(ρ=998、2kg/m,μ=1、005 厘泊)在内径为100mm得圆管内流动时,若流速为1、0 m、s时,其雷诺数Re为9、93×10,流动型态为湍流。 18、管出口得局部阻力系数等于1、0管入口得局部阻力系数等于0、5、 19、计算流体局部阻力损失得方法有当量长度法;阻力系数法;其相应得阻力损失