《环境工程原理实验》教学大纲.docx

第 PAGE \* Arabic 1 页/ 共 NUMPAGES \* Arabic 5 页 《环境工程原理实验》教学大纲 Experiment in Principles of Environmental Engineering 课程编码：21A62006?课程类别：专业基础课（必修）?学分：0.5 计划学时：16?课程属性：实验 适用专业：环境工程 教学目的与任务 通过实验使学生更深入地理解、掌握各单元过程的规律性和基础理论，较为直观地树立起工程思想和观念，以期达到强化工程意识、培养科学实验能力的目的。提高学生独立操作与独立思考、独立分析问题与解决问题的能力，同时在实验教学过程中培养学生严谨的科学态度、良好的科学素养和科学的思维方法，使学生学会准确地进行实验操作及正确进行数据处理，达到正确归纳综合处理数据和分析实验结果的能力。 教学基本要求 本课程要求学生独立完成3个基础实验，包括验证性实验、综合、设计实验，要求学生通过实验掌握仪器设备基本操作、巩固基本化学原理及正确的数据处理方法，并达到能进行综合设计实验的能力。具体要求见实验内容。 教学内容、方式及过程安排 项目一：?雷诺实验?建议学时数：5 [教学目的与要求]观察层流和紊流的流态及其转换特征；通过临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则。 [教 学 方 式]分组实验 [场所及条件要求]雷诺实验室，雷诺仪 [作 业 要 求]实验报告 [注 意 事 项]避免水的泄漏以及调控流速开关的谨慎使用 一、实验原理 1、实际流体的流动会呈现出两种不同的型态：层流和紊流，它们的区别在于：流动过程中流体层之间是否发生混掺现象。在紊流流动中存在随机变化的脉动量，而在层流流动中则没有，如图1所示。 2、圆管中恒定流动的流态转化取决于雷诺数。雷诺根据大量实验资料，将影响流体流动状态的因素归纳成一个无因次数，称为雷诺数Re，作为判别流体流动状态的准则 式中?Q：流体断面平均流量，L/s D：圆管直径，mm ν：流体的运动粘度，m2/s 在本实验中，流体是水。水的运动粘度与温度的关系可用泊肃叶和斯托克斯提出的经验公式计算 式中ν：水在T°C时的运动粘度，m2/s； T：水的温度，°C。 3、判别流体流动状态的关键因素是临界速度。临界速度随流体的粘度、密度以及流道的尺寸不同而改变。流体从层流到紊流的过渡时的速度称为上临界流速，从紊流到层流的过渡时的速度为下临界流速。 4、圆管中定常流动的流态发生转化时对应的雷诺数称为临界雷诺数，对应于上、下临界速度的雷诺数，称为上临界雷诺数和下临界雷诺数。上临界雷诺数表示超过此雷诺数的流动必为紊流，它很不确定，跨越一个较大的取值范围。而且极不稳定，只要稍有干扰，流态即发生变化。上临界雷诺数常随实验环境、流动的起始状态不同有所不同。因此，上临界雷诺数在工程技术中没有实用意义。有实际意义的是下临界雷诺数，它表示低于此雷诺数的流动必为层流，有确定的取值。通常均以它作为判别流动状态的准则，即 Re时，层流 Re 2320时，紊流 该值是圆形光滑管或近于光滑管的数值，工程实际中一般取Re= 2000。 5、实际流体的流动之所以会呈现出两种不同的型态是扰动因素与粘性稳定作用之间对比和抗衡的结果。针对圆管中定常流动的情况，容易理解：减小D，减小，加大v三种途径都是有利于流动稳定的。综合起来看，小雷诺数流动趋于稳定，而大雷诺数流动稳定性差，容易发生紊流现象。 6、由于两种流态的流场结构和动力特性存在很大的区别，对它们加以判别并分别讨论是十分必要的。圆管中恒定流动的流态为层流时，沿程水头损失与平均流速成正比，而紊流时则与平均流速的1.75～2.0次方成正比，如图2所示。 7、通过对相同流量下圆管层流和紊流流动的断面流速分布作一比较，可以看出层流流速分布呈旋转抛物面，而紊流流速分布则比较均匀，壁面流速梯度和切应力都比层流时大，如图3所示。 ? 图1 三种流态示意 图2 三种流态曲线 图3 圆管断面流速分布 二、实验装置 三、实验数据分析 有关常数：管径d＝ mm，水温T＝ °C， 运动粘性系数：v＝ m2/s 表1 数据记录表格 项目 测次 流量(L/h) 温度(℃) 雷诺数(Re) 颜色水形态 上临界雷诺数 上临界雷诺数 上临界雷诺数 下临界雷诺数 下临界雷诺数 下临界雷诺数 注：颜色水形态指：稳定直线，稳定略弯曲，直线摆动，直线抖动，断续，完全散开等。 四、分析思考问题 1、层流、紊流两种水流流态的外观表现是怎样的？ 2、雷诺数的物理意义是什么？为什么雷诺数可以用来判别流态？ 3、临界雷诺数与哪些因素有关？为什么上临界雷诺数和下临雷诺数不一样？ 4、流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速？ 5、破坏层流的主要物理原因是什么？ 项目二：?光催化降解有机污染物的动力学参