气体流体力学实验装置

㈠ 化工原理实验中哪些用到了风机工作

化工原理实验中哪些用到了风机工作：
化工原理实验装置系列一、雷诺实验装置 JGKY-LN实验目的：1、观察流体在管内流动的两种不同型态。2、观察滞流状态下管路中流体速度分布状态。3、测定流动形态与雷诺数Re之间的关系及临界雷诺数值。主要配置：有机玻璃水槽、示踪剂盒、示踪剂流出管、细孔喷嘴、玻璃观察管、计量水箱、不锈钢框架。技术参数：1、有机玻璃水槽：大于30L。2、玻璃观察管：Φ20mm。3、计量水箱：容积大于8L。4、指示液为红墨水或其它颜色鲜艳的液体。5、框架为不锈钢，结构紧凑，外形美观，流程简单,操作方便。6、外形尺寸：1200×450×1300mm。二、柏努利实验装置 JGKY-BNL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。主要配置：蓄水箱、水泵、有机玻璃实验水箱、有机玻璃计量水箱、测压管、阀门、不锈钢框架。技术参数：1、水泵为微型增压泵，功率：90W。2、计量水箱：容积大于8L。3、实验管道：Φ20与Φ40mm。4、测压管 Φ8有机玻璃管 指示液为水，无毒、使操作更为安全。5、实验水箱： 400×250×450 mm（透明有机玻璃水箱）。蓄水箱： 600×400×400 mm（PVC或不锈钢水箱）。6、实验所用的流体--水为全循环设计。7、框架为不锈钢，结构紧凑，外形美观，流程简单,操作方便。8、外形尺寸：1800×500×1500mm。三、离心泵特性曲线测定实验装置 JGKY-LXB实验目的：1、了解离心泵的结构和特性，熟悉离心泵的操作。2、测量一定转速下的离心泵特性曲线。3、了解并熟悉离心泵的工作原理。主要配置：蓄水箱、离心泵、压力表、真空表、功率表、涡轮流量计、实验管路、不锈钢框架、控制屏。技术参数：1、卧式离心泵流量6
m^{3}
m
3

/h,扬程15m，功率370W。
2、流量测量采用涡轮流量计，流量约0.5～8 m3/h。3、压力表：Y-100型，0～0.6Mpa，真空表-0.1～0Mpa。4、功率测量：数字型功率表，精度1.0级。5、蓄水箱由PVC或不锈制成，容积约80L。6、实验所用的流体--水为全循环设计。7、控制屏面板及框架为不锈钢，结构紧凑，外形美观，流程简单,操作方便。8、外形尺寸：1600×500×1500mm。数据采集型（JGKY-LXB/Ⅱ）：配计算机、微机接口和数据处理软件、涡轮流量计及流量积算仪、变频器、压力传感器。能在线监测流量、压力等实验数据。四、恒压过滤实验装置 JGKY-GL/HY实验目的：1、掌握过滤的基本方法。2、掌握在恒压下过滤常数K、当量滤液体积qe的求取。3、观察过滤终了速率与洗涤速率的关系。主要配置：板框过滤机、空压机、压力容器、计量槽、盛渣槽、搅拌电机、控制阀、不锈钢框架。技术参数：1、板框过滤机的过滤面积：0.084m2，过滤介质：帆布。2、空压机排气量：0.036m3/h，压力：0.7MPa，功率：750KW。3、压力容器：容积约35L，上装压力表（0-0.6Mpa）、空压 机入口给混合液加压、视镜可方便观察容器内的液位。4、盛渣槽：过滤时会有一定泄漏现象，为保证实验室的卫生用来盛泄漏的混合液。5、计量槽由有机玻璃制成，容积：约14L。6、搅拌器转速：0-200转/min。7、框架为不锈钢，结构紧凑，外形美观，流程简单,操作方便。8、外形尺寸：1700×600×1600mm。数据采集型（JGKY-HY GL/Ⅱ）：配计算机、微机接口和数据处理软件、重量传感器、压力传感器。能在线监测虑液量、压力等实验数据。五、流量计校核实验装置 JGKY-LX实验目的：1、熟悉节流式流量计的构造及应用。2、掌握流量计的流量校正方法。3、通过对流量计量系数的测定，了解流量系数的变化规律。
主要配置：水泵、孔板流量计、文丘里流量计、计量水槽、秒表、U型压差计、蓄水箱、不锈钢框架及管路、控制屏。技术参数：1、水泵：最大流量30L/min、最高扬程16m、功率370W、工作电压220V、转速2850r/min2、孔板孔口径：dO=8mm，不锈钢材质。3、文丘里管喉径：dV=8mm，不锈钢材质。4、计量槽容积：15L，蓄水箱容积：20L。5、实验所用的流体--水为全循环设计。7、框架为不锈钢，结构紧凑，外形美观，操作方便。8、外形尺寸：1500×500×1500mm。数据采集型（JGKY-LX /Ⅱ）：配计算机、微机接口和数据处理软件、压差传感器、涡轮流量计及流量积算仪。能在线监测压差、流量等实验数据。六、流体流动阻力实验装置 JGKY-ZL实验目的:1、掌握流体流经直管和阀门时的阻力损失和测定方法，通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。2、测定流体流经阀门时的局部阻力系数ζ。3、测定直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间的关系。主要配置：水泵、蓄水箱、沿程阻力光滑管、沿程阻力粗糙管、局部阻力管、压差计、流量计、阀门、实验台架及电控箱。技术参数：1、粗糙管段：不锈钢管，管径25mm、管长1.6m，内装不锈钢螺旋丝或工业镀锌管。2、光滑管段：不锈钢光滑管，管径25mm、管长1.5m。3、局部阻力段：管径25mm，测量阀门局部阻力。4、水泵：流量5m3/h、扬程20m、电机功率：550W。5、流量计：采用转子流量计或涡轮流量计，（涡轮流量计：LWCY-15，0.6-6 m3/h，LED背光液晶显示）。6、蓄水箱为不锈钢材质，容积约40L。7、阀门及三通等管件均为304不锈钢材质。8、操作台架及电控箱为不锈钢材质，结构紧凑，外形美观，流程简单，操作方便。9、尺寸：2000×600×1800mm。数据采集型（JGKY-ZL/Ⅱ）：配计算机、微机接口和数据处理软件、压差传感器、涡轮流量计及流量积算仪。能在线监测压差、流量等实验数据。
七、流化床干燥实验装置 JGKY-GZ/LHC实验目的：1、了解流化床干燥装置的结构、流程及操作方法。2、学习测定物料在恒定干燥条件下干燥特性的实验方法，研究干燥条件对干燥过程特性的影响。3、掌握根据实验干燥曲线求取干燥速率曲线以及恒速阶段干燥速率、临界含水量、平衡含水量的实验分析方法。主要配置：空气旋涡泵、电加热箱、流化床体、集尘器、加料斗、旋风分离器、U型压差计、孔板流量计（或毕托管流量计）、不锈钢实验台架及电控箱。技术参数：1、空气旋涡泵：风量450 m3/h，风压120mmH2O,效率66%，轴功率0.75KW。2、电加热箱：功率2KW，不锈钢材质。3、U型压差计：测量流化床总塔压差及进风流量。4、电控箱：在电控箱上装有智能温控仪表，测量干燥室的进出口温度；电源开关、风机开关，按下开关旋钮对应的工作开始进行。5、实验台架及控制屏均为不锈钢材质，结构紧凑、外形美观、流程简单、操作方便。6、外形尺寸：1500×600×2000mm。数据采集型（JGKY-GZLHCⅡ）：配计算机、微机接口和数据处理软件、温度传感器、压差传感器、涡轮流量计及流量积算仪。能在线监测压差、温度、流量等实验数据。八、传热实验装置 JGKY-CR实验目的：1、熟悉传热实验的实验方案设计及流程设计。2、了解换热器的基本构造与操作原理。3、掌握热量衡算与传热系数K及对流传热膜系数α的测定方法。4、了解强化传热的途径及影响传热系数的因素。主要配置：套管换热器、蒸汽发生器、气泵、热电偶、数显仪表、压力表、热球风速仪或转子流量计、实验管道、阀门、不锈钢框架、控制屏。技术参数：1、套管换热器：内管ф22X1.5mm，外管ф52X1.5mm，换热段长度：1.0m。2、蒸汽发生器：不锈钢制作，加热功率：2KW，操作电压220V。3、气泵：离心式中压吹风机，功率：250W，转速：2800/min，风压：1300Pa，风量：8m3/min。
4、压力测量：测量范围：0-2.5MPa，精度0.5级；温度测量：测量范围:-50 - 150℃，精度0.5级。5、热球风速仪：测量风速：0.05-10m/s；转子流量计：测量范围：4-40 m3/h。6、实验管道、阀门为不锈钢和铜结构。7、框架为不锈钢，结构紧凑，外形美观，流程简单,操作方便。8、外形尺寸：1500×550×1700mm。数据采集型（JGKY-CR/Ⅱ）：配计算机、微机接口和数据处理软件、温度传感器、压力传感器、涡轮流量计及流量积算仪。能在线监测压力、温度、流量等实验数据。九、填料吸收实验装置 JGKY-XS/TL实验目的：1、了解填料吸收塔的结构、流程及操作方法。2、观察填料吸收塔的流体力学行为并测定在干、湿填料状态下填料层压降与空塔气速的关系。3、测定总传质系数Kya，并了解其影响因素。主要配置：吸收塔、风机、混合稳压罐、流量计、U型压差计、蓄水箱、水泵、压力仪表、温度仪表、不锈钢框架、控制屏。技术参数：1、吸收塔采用填料塔，尺寸：φ100×800mm，塔体为透明有机玻璃，便于学生观察相关实验现象2、填料：φ10×10×1mm瓷拉西环，吸收介质：二氧化碳气体，吸收剂：水。3、风机：风压≥0.04Mpa,排气量≥85 L/min。4、流量计流量：气体转子流量计两个，大流量液体转子流量计一个5、压差计：U型压差计，观察上下塔压降变化。6、压力仪表：测量范围0-2.5MPa，精度0.5级；温度仪表：测量范围-50 – 150℃，精度0.5级。7、混合稳压罐：不锈钢制作，对空气和二氧化碳气体充分混合、稳压后输出。8、框架为不锈钢，结构紧凑，外形美观，流程简单,操作方便。9、外形尺寸：2000×600×1700mm。数据采集型（JGKY-XCTL/Ⅱ）：配计算机、微机接口和数据处理软件、温度传感器、压差传感器、涡轮流量计及流量积算仪。能在线监测压差、温度、流量等实验数据。
十、精馏实验装置 JGKY-JL实验目的：1、熟悉精馏单元操作过程的设备与流程。2、了解板式塔结构与流体力学性能。3、掌握精馏塔的操作方法与原理。4、学习精馏塔效率的测定方法。主要配置：精馏塔、冷凝器、再沸器、温控系统、加料系统、回流系统、产品贮槽、配料槽及测量仪表、不锈钢框架、控制屏。技术参数：1、精馏塔体和塔板均采用不锈钢制作，精馏塔容积：8L；塔径：φ50mm，塔板数：13块，板间距：100mm，孔径：φ2mm，开孔率：6％。2、冷凝器换热管管径：φ12mm，壁厚：1mm,换热面积：0.0568m2。3、再沸器采用不锈钢制作，内置电加热管加热，总加热功率为2000W，分两组，各1000W。4、温控系统采用自动无级控温承担精馏塔的温度控制调节。5、加料系统：料液泵流量：0.4m3/hr,扬程：8m，功率：120W。6、塔顶馏出液的组成：90-95%，进料组成：15-35%。7、装置产量：约4L/H。8、回流系统:由两支LZB-6的液体流量计控制回流比。9、各项操作及温度、压力、流量的显示、调节、控制全在控制屏板面进行。10、框架为不锈钢，结构紧凑，外形美观，流程简单,操作方便操作方便,操作方便。

㈡ 精馏塔筛板的稳定系数为多少时不会发生液漏

一、筛板精馏实验装置筛板的流体力学验算
1.气体通过筛板压强相当的液柱高度hp
（1）干板压降相当的液柱高度，查干筛孔的流量系数图得，C0=0.84
（2）气体穿过板上液层压降相当的液柱高度由充气系数与关联图查得板上液层充气系数﹦0.62
（3）克服液体表面张力压降相当的液柱高度，故单板压降
二、筛板精馏实验装置筛板的流体力学验算
1、干板压降相当的液柱高度，查干筛孔的流量系数图得，C0=0.84
2、气体穿过板上液层压降相当的液柱高度，由充气系数与关联图查得板上液层充气系数﹦0.73
3、克服液体表面张力压降相当的液柱高度，故单板压降
二、雾沫夹带量的验算
1、筛板精馏实验装置雾沫夹带量的验算
故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带。
2、筛板精馏实验装置雾沫夹带量的验算
故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带。
三、筛板精馏实验装置漏液的验算
1、筛板精馏实验装置漏液的验算
筛板的稳定性系数 故在设计负荷下不会产生过量漏液。
2、筛板精馏实验装置漏液的验算
筛板的稳定性系数 故在设计负荷下不会产生过量漏液。
四、液泛验算
1、筛板精馏实验装置液泛验算 为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液层高度，则故在设计负荷下不会发生液泛。
2、筛板精馏实验装置液泛验算
为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液层高度，则故在设计负荷下不会发生液泛。根据以上塔板的各项液体力学验算，可认为此精馏塔塔径及各项工艺尺寸是适合的

㈢ 流体设备包含哪些

流体设备是什么
是实验室的水力学实验中的一个用的设备，是吧？
流体机械的主要参数有哪些
主要是看你的流体是在机械的什么缝隙中流动。比如大孔变小孔液阻就会发生变化。平行板间的缝隙也会使液阻变化。不同的缝隙公式不一样。跟你的液体粘度 间隙大小有关。
流体设备与自动化设备都属于机械配件吗
机械设备由零部件组成。你说的这些东西对机械设备来说都属于外购的成品。但对专做上述产品的厂家来说。这些东西也是由具体的零部件组成。
测量流体相关设备包括哪些？
一、减压阀

顾名思义,减压阀是指当流体压力通过时使得流体圧力减小的阀门。常适用于要求更小的流体压力输出或压力稳定输出的场合。然而输入的流体压力、流量常常是变动的,能够抵御这种变化,并达到要求的结果是评价减压阀性能重要指标,各个厂家生产的减压阀的差异正在这里。简而言之,当流量一定时,输出压力的波动(由于输入压力的变化)输出压力波动越小越好,当输入压力一定时,输出压力的变化(由于流量的变化)。输出压力波动越小越好,一般输出压力越低,它随流量变化的波动越小。

二、背压做顷空阀

针对于减压阀(为了获取一定要求的流体输出压力)而言，背压阀具有保证一定的流体输入压力的特性，当外部压力大于背压阀设定压力时，通过背压阀达到使压力释放的作用。可以这样讲，安全阀、背压阀都是指当到达一定压力时使压力得到释放的装置，实际使用时，二者的名称常常混合，不易区分。

三、压力开关

压力开关是指当感应到指定圧力时，能自动的流体相关设备的关键词输出信号的装置。接受到信号的设备从而产生瞬间的停止、移动等动作。有时和压力传感器用来混合使用，它们的区别在于，压力开关是在某一特定的压力时信号输出，而压力传感器是在某一特定压力区域内信号输出，常常使用在机械、电气设备的运行控制中。

四、闸阀

闸阀就是使流体停止流动的阀门。从简单断通到流量调整有众多的方式,一般多能够一点点地调整流体的流量。针阀是指在发阀的前端附带一个象针形的装置,用来进行微量的流量调整。

五、针阀

针阀是流量调整阀的一类,其前端附带一个象针形的装置,用来进行微量的流量调整。

六、流量调整阀

流量调整阀也称流量控制阀,原理同针阀一样,通过阀体的流体流量受输入流体压力的变化影响越小反应了性能越好,并且具有能抑制反向流体的压力的功能。和压力调节阀(如减压阀、背压阀)等保证一定压力的阀门不一样,保证一定流量的阀门是流量调整阀,在流量、压力都需保证的场合,两者同时使用能达到要求的效果。流体调整的流量越是微量,制作也就越复杂,能生产出稳定、优质产品的厂家是有限的。

●逆止阀

逆止阀也称止回阀、抑制法或单向阀。

流体在流向上只能单向流动。遇到反向的流体阀门自动关闭。是防止逆流的阀门，然而，能过做到保持什么程度的逆止性和流向上的光滑性。各个厂家产品有所差异。常用启动压力来表现流向的特性。逆止性通常是根据材料来判断的。

●安全阀

安全阀是指在达到某一设定的压力时自动开启的阀门，也是逆止阀的一种(业内也有把逆止阀归为安全阀)，根据用途叫法不同而已。对于设定的压力准确的启动是评价产品的关键。不会渗漏当然也是重要的指标。

●气缸

气缸是指用一个柱状活塞的轴将水或油等流体不断的吸入、抽出的装置。

●流量计

流量计的作用是测定流体的流量。按原纯瞎理区分有热导型、涡流型和浮阀型，按不同的使用环境和流体选择不同的类型。

●质量流量计

质量流量计是热导型流量计乎磨，是通过测定流体的热量移动来测量流量，也称质量测定式流量计，常用于要求精度较高微量的场合。

●气体分析仪

气体分析仪是指测量气体浓度、气体组成成份的装置，浓度范围可以从%到ppm、ppb。

测定后的目的，是根据测定的值来进行系统控制。

根据测定方式的不同，对相同气体成份的测定结果会产生。

●气体混合计

气体混合计是指将2种以上的气体均匀的混合的装置。

在食品、半导体界有着广泛的应用。

●荷重计

荷重计大......
流体机械 是干什么的
以气体或液体为工作介质来转换能量的机械。流体机械通常包括水轮机、汽轮机、燃气轮机、膨胀机、风力机、泵、通风机、压缩机、液力耦合器、液力变矩器、气动工具、气动马达和液压马达等。

水轮机、汽轮机、燃气轮机、膨胀机和风力机是原动的流体机械，把流体的能量转换为机械能。泵、通风机和压缩机是从动的流体机械，把动力机的机械能传递给流体，提高流体压力并抽吸或压送流体。液力耦合器和液力变矩器是把输入转轴的机械能通过流体传递给输出轴，是传递动力的器件。风动工具是以压缩空气为动力的一种工具。气动马达和液压马达分别是气压传动和液压传动中的执行元件。

不论是原动的流体机械还是从动的流体机械，它们都利用或消耗能量。流体机械所用的能源，最多的是燃料（煤、石油和天然气等）的化学能，它们以热能的形式释放出来，然后再转化成机械能或电能。把热能转换为机械能的机械称为热力发动机，如燃气轮机和汽轮机。内燃机也是一种热力发动机，但习惯上不称为流体机械。此外，风力机、水轮机和膨胀机可以直接或将能量转换为电能后带动从动机。

泵、通风机和压缩机是应用广泛、消耗能量多的从动流体机械，而从动的流体机械往往又是以原动的流体机械作为动力的。

水轮机、汽轮机和燃气轮机的工质分别为水、蒸汽和燃气。泵输送的是水、油或其他液体。通风机和压缩机输送各种气体。风力机和膨胀机的工质分别为空气和其他气体。风动工具和气动马达的工质为压缩空气或其他压缩气体。液压马达的工质为液压油。各种流体机械由于作用原理、结构形式和用途不同，所用工质的温度、流量和压力的差别也很大。

流体机械按工作原理主要分为容积式和动力式两类。容积式流体机械依靠运动元件改变工作容积来实现能量转化。动力式流体机械依靠高速旋转叶片与流体之间力的相互作用来转换能量，又称透平机械。还有一种喷射器也属于动力式。它的工作原理是高速喷射的流体与被抽吸流体相混合，进行动量交换，并以此传递能量。

流体机械按结构分为旋转式和往复式两类。动力式流体机械通常是旋转式，容积式流体机械有旋转式和往复式两类。例如，回转压缩机和回转泵虽然也是旋转式、设有往复运动机构，但它们的工作原理与透平压缩机和动力式泵不同，分别属容积式压缩机和容积泵。
多相流体机械都有哪些
主要是看你的流体是在机械的什么缝隙中流动。比如大孔变小孔液阻就会发生变化。平行板间的缝隙也会使液阻变化。不同的缝隙公式不一样。跟你的液体粘度 间隙大小有关。
流体机械及工程的介绍
流体机械与工程学科（专业）研究各种以流体作为工质和能量载体的机械设备的流体动力学原理与设计，以及与的实验与数值。
流体机械重要参数是哪几个！
主要是看你的流体是在机械的什么缝隙中流动。比如大孔变小孔液阻就会发生变化。平行板间的缝隙也会使液阻变化。不同的缝隙公式不一样。跟你的液体粘度 间隙大小有关。
销售流体设备需要学习什么东西，需要做些什么？
流体设备是不是指泵？流体本身分液体、气体等，液体又分油、水、等。具体要细分了才好回答！水和油、气又分泵、阀、锁、管道等具体的零部件。泵又分柱塞泵、叶片泵、齿轮泵等。阀锁的种类就更多了！！！具体点好回答呀！不知你到底是哪个行业的！涉及的范围我们不清楚也不好再讲了！超出我们行业的问题我们也不好回答的！

㈣ 气体流量计类型分为哪些

流量计英文名称是flowmeter，全国科学技术名词审定委员会把它定义为：指示被测流量和（或）在选定的时间间隔内流体总量的仪表。简单来说就是用于测量管道或明渠中流体流量的一种仪表，工程上常用单位m3/h。

它可分为瞬时流量（FlowRate）和累计流量（TotalFlow），瞬时流量即单位时间内过封闭管道或明渠有效截面的量，流过的物质可以是气体、液体、固体；累计流量即为在某一段时间间隔内流体流过封闭管道或明渠有效截面的累计量。通过瞬时流量对时间积分亦可求得累计流量，所以瞬时流量计和累计流量计之间也是可以相互转化的。

自祐自动化仪表系列流量计又分为有差压式流量计、转子流量计、节流式流量计、细缝流量计、容积流量计、电磁流量计、超声波流量计和堰等。按介质分类：液体流量计和气体流量计。

㈤ 气体粘度怎么测

当液体内各部分之间有相对运动时，接触面之间存在内摩擦力，阻碍液体的相对运动，这种性质称为液体的粘滞性，液体的内摩擦力称为粘滞力。粘滞力的大小与接触面面积以及接触面处的速度梯度成正比，比例系数η称为粘度（或粘滞系数）。
对液体粘滞性的研究在流体力学，化学化工，医疗，水利等领域都有广泛的应用，例如在用管道输送液体时要根据输送液体的流量，压力差，输送距离及液体粘度，设计输送管道的口径。
测量液体粘度可用落球法，毛细管法，转筒法等方法，其中落球法适用于测量粘度较高的液体。
粘度的大小取决于液体的性质与温度，温度升高，粘度将迅速减小。例如对于蓖麻油，在室温附近温度改变1˚C，粘度值改变约10%。因此，测定液体在不同温度的粘度有很大的实际意义，欲准确测量液体的粘度，必须精确控制液体温度。
实验目的：
1． 用落球法测量不同温度下蓖麻油的粘度
2． 了解PID温度控制的原理
3． 练习用停表记时，用螺旋测微器测直径
实验仪器：
变温粘度测量仪，ZKY-PID温控实验仪，停表，螺旋测微器，钢球若干
实验原理：
1． 落球法测定液体的粘度
1个在静止液体中下落的小球受到重力、浮力和粘滞阻力3个力的作用，如果小球的速度v很小，且液体可以看成在各方向上都是无限广阔的，则从流体力学的基本方程可以导出表示粘滞阻力的斯托克斯公式：
（1）
（1）式中d为小球直径。由于粘滞阻力与小球速度v成正比，小球在下落很短一段距离后（参见附录的推导），所受3力达到平衡，小球将以v0匀速下落，此时有：
（2）
（2）式中ρ为小球密度，ρ0为液体密度。由（2）式可解出粘度η的表达式：
（3）
本实验中，小球在直径为D的玻璃管中下落，液体在各方向无限广阔的条件不满足，此时粘滞阻力的表达式可加修正系数(1+2.4d/D)，而（3）式可修正为：
（4）
当小球的密度较大，直径不是太小，而液体的粘度值又较小时，小球在液体中的平衡速度v0会达到较大的值，奥西思-果尔斯公式反映出了液体运动状态对斯托克斯公式的影响：
（5）
其中 ，Re称为雷诺数，是表征液体运动状态的无量纲参数。
（6）
当Re小于0.1时，可认为（1）、（4）式成立。当0.1<Re<1时，应考虑（5）式中1级修正项的影响，当Re大于1时，还须考虑高次修正项。
考虑（5）式中1级修正项的影响及玻璃管的影响后，粘度η1可表示为：
（7）
由于3Re/16是远小于1的数，将1/（1+3Re/16）按幂级数展开后近似为1－3Re/16，（7）式又可表示为：
（8）
已知或测量得到ρ、ρ0、D、d、v等参数后，由（4）式计算粘度η，再由（6）式计算Re，若需计算Re的1级修正，则由（8）式计算经修正的粘度η1。
在国际单位制中，η的单位是Pa·s（帕斯卡•秒），在厘米，克，秒制中，η的单位是P（泊）或cP（厘泊），它们之间的换算关系是：
1Pa·s = 10P = 1000cP （9）
2．PID调节原理
PID调节是自动控制系统中应用最为广泛的一种调节规律，自动控制系统的原理可用图1说明。
e(t) u(t) 操作量

被控量 扰动

图1 自动控制系统框图
假如被控量与设定值之间有偏差e(t)=设定值-被控量，调节器依据e(t)及一定的调节规律输出调节信号u(t)，执行单元按u(t)输出操作量至被控对象，使被控量逼近直至最后等于设定值。调节器是自动控制系统的指挥机构。
在我们的温控系统中，调节器采用PID调节，执行单元是由可控硅控制加热电流的加热器，操作量是加热功率，被控对象是水箱中的水，被控量是水的温度。
PID调节器是按偏差的比例(proportional)，积分(integral)，微分(differential)，进行调节，其调节规律可表示为：
（10）
式中第一项为比例调节，KP为比例系数。第二项为积分调节，TI为积分时间常数。第三项为微分调节，TD为微分时间常数。
PID温度控制系统在调节过程中温度随时间的一般变化关系可用图2表示，控制效果可用稳定性，准确性和快速性评价。
系统重新设定（或受到扰动）后经过一定的过渡过程能够达到新的平衡状态，则为稳定的调节过程；若被控量反复振荡，甚至振幅越来越大，则为不稳定调节过程，不稳定调节过程是有害而不能采用的。准确性可用被调量的动态偏差和静态偏差来衡量，二者越小，准确性越高。快速性可用过渡时间表示，过渡时间越短越好。实际控制系统中，上述三方面指标常常是互相制约，互相矛盾的，应结合具体要求综合考虑。
由图2可见，系统在达到设定值后一般并不能立即稳定在设定值，而是超过设定值后经一定的过渡过程才重新稳定，产生超调的原因可从系统惯性，传感器滞后和调节器特性等方面予以说明。系统在升温过程中，加热器温度总是高于被控对象温度，在达到设定值后，即使减小或切断加热功率，加热器存储的热量在一定时间内仍然会使系统升温，降温有类似的反向过程，这称之为系统的热惯性。传感器滞后是指由于传感器本身热传导特性或是由于传感器安装位置的原因，使传感器测量到的温度比系统实际的温度在时间上滞后，系统达到设定值后调节器无法立即作出反应，产生超调。对于实际的控制系统，必须依据系统特性合理整定PID参数，才能取得好的控制效果。
由（10）式可见，比例调节项输出与偏差成正比，它能迅速对偏差作出反应，并减小偏差，但它不能消除静态偏差。这是因为任何高于室温的稳态都需要一定的输入功率维持，而比例调节项只有偏差存在时才输出调节量。增加比例调节系数KP可减小静态偏差，但在系统有热惯性和传感器滞后时，会使超调加大。
积分调节项输出与偏差对时间的积分成正比，只要系统存在偏差，积分调节作用就不断积累，输出调节量以消除偏差。积分调节作用缓慢，在时间上总是滞后于偏差信号的变化。增加积分作用(减小TI)可加快消除静态偏差，但会使系统超调加大，增加动态偏差，积分作用太强甚至会使系统出现不稳定状态。
微分调节项输出与偏差对时间的变化率成正比，它阻碍温度的变化，能减小超调量，克服振荡。在系统受到扰动时，它能迅速作出反应，减小调整时间，提高系统的稳定性。
PID调节器的应用已有一百多年的历史，理论分析和实践都表明，应用这种调节规律对许多具体过程进行控制时，都能取得满意的结果。
仪器介绍
1． 落球法变温粘度测量仪
变温粘度仪的外型如图3所示。待测液体装在细长的样品管中，能使液体温度较快的与加热水温达到平衡，样品管壁上有刻度线，便于测量小球下落的距离。样品管外的加热水套连接到温控仪，通过热循环水加热样品。底座下有调节螺钉，用于调节样品管的铅直。

2．开放式PID温控实验仪
温控实验仪包含水箱，水泵，加热器，控制及显示电路等部分。
本温控试验仪内置微处理器，带有液晶显示屏，具有操作菜单化，能根据实验对象选择PID参数以达到最佳控制，能显示温控过程的温度变化曲线和功率变化曲线及温度和功率的实时值，能存储温度及功率变化曲线，控制精度高等特点，仪器面板如图4所示。
开机后，水泵开始运转，显示屏显示操作菜单，可选择工作方式，输入序号及室温，设定温度及PID参数。使用 键选择项目， 键设置参数，按确认键进入下一屏，按返回键返回上一屏。
进入测量界面后，屏幕上方的数据栏从左至右依次显示序号，设定温度，初始温度，当前温度，当前功率，调节时间等参数。图形区以横坐标代表时间，纵坐标代表温度（以及功率），并可用 键改变温度坐标值。仪器每隔15秒采集1次温度及加热功率值，并将采得的数据标示在图上。温度达到设定值并保持两分钟温度波动小于0.1度，仪器自动判定达到平衡，并在图形区右边显示过渡时间ts，动态偏差σ，静态偏差e。一次实验完成退出时，仪器自动将屏幕按设定的序号存储（共可存储10幅），以供必要时查看，分析，比较。
3．停表
PC396电子停表具有多种功能。按功能转换键，待显示屏上方出现符号 且第1和第6、7短横线闪烁时，即进入停表功能。此时按开始/停止键可开始或停止记时，多次按开始/停止键可以累计记时。一次测量完成后，按暂停/回零键使数字回零，准备进行下一次测量。
实验内容与步骤
1．检查仪器后面的水位管，将水箱水加到适当值
平常加水从仪器顶部的注水孔注入。若水箱排空后第1次加水，应该用软管从出水孔将水经水泵加入水箱，以便排出水泵内的空气，避免水泵空转（无循环水流出）或发出嗡鸣声。
2．设定PID参数
若对PID调节原理及方法感兴趣，可在不同的升温区段有意改变PID参数组合，观察参数改变对调节过程的影响，探索最佳控制参数。
若只是把温控仪作为实验工具使用，则保持仪器设定的初始值，也能达到较好的控制效果。
3．测定小球直径
由（6）式及（4）式可见，当液体粘度及小球密度一定时，雷诺数Re  d3。在测量蓖麻油的粘度时建议采用直径1~2mm的小球，这样可不考虑雷诺修正或只考虑1级雷诺修正。
用螺旋测微器测定小球的直径d，将数据记入表1中。
表1 小球的直径
次数 1 2 3 4 5 6 7 8 平均值
d (10-3m)
4．测定小球在液体中下落速度并计算粘度
温控仪温度达到设定值后再等约10分钟，使样品管中的待测液体温度与加热水温完全一致，才能测液体粘度。
用镊子夹住小球沿样品管中心轻轻放入液体，观察小球是否一直沿中心下落，若样品管倾斜，应调节其铅直。测量过程中，尽量避免对液体的扰动。
用停表测量小球落经一段距离的时间t，并计算小球速度v0，用（4）或（8）式计算粘度η，记入表2中。
表2中，列出了部分温度下粘度的标准值，可将这些温度下粘度的测量值与标准值比较，并计算相对误差。
将表2 中η的测量值在坐标纸上作图，表明粘度随温度的变化关系。
实验全部完成后，用磁铁将小球吸引至样品管口，用镊子夹入蓖麻油中保存，以备下次实验使用。

表2 粘度的测定 ρ = 7.8×103kg/m3 ρ0 = 0.95×103kg/m3 D = 2.0×10-2m
温度
（˚C） 时间（s） 速度
(m/s) η (Pa·s)
测量值 *η(Pa·s)
标准值
1 2 3 4 5 平均
10 2.420
15
20 0.986
25
30 0.451
35
40 0.231
45
50
55
* 摘自 CRC Handbook of Chemistry and Physics
附录 小球在达到平衡速度之前所经路程L的推导
由牛顿运动定律及粘滞阻力的表达式，可列出小球在达到平衡速度之前的运动方程：
（1）
经整理后得：
（2）
这是1个一阶线性微分方程，其通解为：
（3）
设小球以零初速放入液体中，代入初始条件（t=0, v=0），定出常数C并整理后得：
（4）
随着时间增大，（4）式中的负指数项迅速趋近于0，由此得平衡速度：
（5）
（5）式与正文中的（3）式是等价的，平衡速度与粘度成反比。设从速度为0到速度达到平衡速度的99.9%这段时间为平衡时间t0，即令：
（6）
由（6）式可计算平衡时间。
若钢球直径为10-3m，代入钢球的密度ρ，蓖麻油的密度ρ0及40 ºC时蓖麻油的粘度η = 0.231 Pa·s，可得此时的平衡速度约为v0 = 0.016 m/s，平衡时间约为t0 = 0.013 s。
平衡距离L小于平衡速度与平衡时间的乘积，在我们的实验条件下，小于1mm，基本可认为小球进入液体后就达到了平衡速度。

飞机在空中飞行，树在微风中摇曳；一切与空气发生相对运动的物体都会受到与之接触的空气层的摩擦力，在摩擦过程中，这一气层会随着运动物体一起作适当运动；而与这一气层接触的下一气层，由于分子力的作用，对上一气层产生的粘滞力，会往相反方向阻碍这种运动；一层一层的影响下去便形成流体中的层流。有时树欲静而风不止，有时狂风大作力拔大树，空气的粘滞力也是时大时小；航天飞机着陆进入大气层时，空气的摩擦粘滞阻力可以产生千多度的高温，可见其作功的威力。表征流体粘滞力这些特征的系数叫粘滞系数。在一些力学实验中，由于空气粘滞力的影响会带来一些误差，所以研究空气粘滞系数的测定具有一定的实际意义。
本课题要研究空气粘滞系数及其测定方法，通过研究还要涉及到功能原理的应用，要求利用气垫导轨来设计几种方法完成测量，并进行误差的分析提出自己的见解。
提供仪器及材料
仪器：气垫导轨；光电计时器；滑块；物理天平；读数显微镜
材料：米尺、卡尺、量角器
1、什么叫粘滞系数？液体的粘滞系数测定方法有哪几种，能否适合空气粘滞系数的测定？
2、怎样定性的研究气轨导轨上滑块受到空气粘滞力的作用？
3、从功能原理上分析，气垫导轨上滑块的运动速度衰减满足什么关系？
4、利用水平导轨来研究空气粘滞力可以根据什么原理式，这种方法有什么局限性？
5、利用倾斜导轨来研究空气粘滞系数可得什么实验原理式，这种方法有什么困难？
6、有无更好的方法测空气的粘滞系数，其实验原理怎么表达？
7、滑块与导轨之间的空气层厚度可以怎么测？
五、课题内容及指标
1、将气轨调平，设计实验方法定性的研究空气阻尼情况，并测出若干组数据分析能量的损耗。
2、从动能损耗的角度，设计实验装置研究气垫导轨上空气粘滞系数的测量方法，并测出数据。
3、从势能耗损的角度，利用气垫导轨，设计实验装置，研究空气粘滞系数的测量方法，并测出数据。
4、以倾斜导轨上滑块势能与动能之差等于空气粘滞力作功的原理，设计实验装置测量空气粘滞系数，并进行分析。
5、改进装置，克服以上存在的问题，再设计一种较好的方法，测出空气的粘滞系数，并计算结果。
6、对以上各测量方法进行比对，分析其实验结果。
六、结题报告及论文
1、报告课题意义及研究目的
2、介绍基本研究方案及原理，研究滑块在导轨上的运动情况
3、介绍所设计的仪器装置及其操作步骤
4、对滑块在气轨上的运动，利用功能原理进行分析讨论
5、介绍所用的各种测量新方法，分析比较给出研究的正确结论。
6、报告通过本研究所得收获并提出自己的意见。当液体内各部分之间有相对运动时，接触面之间存在内摩擦力，阻碍液体的相对运动，这种性质称为液体的粘滞性，液体的内摩擦力称为粘滞力。粘滞力的大小与接触面面积以及接触面处的速度梯度成正比，比例系数η称为粘度（或粘滞系数）。
对液体粘滞性的研究在流体力学，化学化工，医疗，水利等领域都有广泛的应用，例如在用管道输送液体时要根据输送液体的流量，压力差，输送距离及液体粘度，设计输送管道的口径。
测量液体粘度可用落球法，毛细管法，转筒法等方法，其中落球法适用于测量粘度较高的液体。
粘度的大小取决于液体的性质与温度，温度升高，粘度将迅速减小。例如对于蓖麻油，在室温附近温度改变1˚C，粘度值改变约10%。因此，测定液体在不同温度的粘度有很大的实际意义，欲准确测量液体的粘度，必须精确控制液体温度。
实验目的：
1． 用落球法测量不同温度下蓖麻油的粘度
2． 了解PID温度控制的原理
3． 练习用停表记时，用螺旋测微器测直径
实验仪器：
变温粘度测量仪，ZKY-PID温控实验仪，停表，螺旋测微器，钢球若干
实验原理：
1． 落球法测定液体的粘度
1个在静止液体中下落的小球受到重力、浮力和粘滞阻力3个力的作用，如果小球的速度v很小，且液体可以看成在各方向上都是无限广阔的，则从流体力学的基本方程可以导出表示粘滞阻力的斯托克斯公式：
（1）
（1）式中d为小球直径。由于粘滞阻力与小球速度v成正比，小球在下落很短一段距离后（参见附录的推导），所受3力达到平衡，小球将以v0匀速下落，此时有：
（2）
（2）式中ρ为小球密度，ρ0为液体密度。由（2）式可解出粘度η的表达式：
（3）
本实验中，小球在直径为D的玻璃管中下落，液体在各方向无限广阔的条件不满足，此时粘滞阻力的表达式可加修正系数(1+2.4d/D)，而（3）式可修正为：
（4）
当小球的密度较大，直径不是太小，而液体的粘度值又较小时，小球在液体中的平衡速度v0会达到较大的值，奥西思-果尔斯公式反映出了液体运动状态对斯托克斯公式的影响：
（5）
其中 ，Re称为雷诺数，是表征液体运动状态的无量纲参数。
（6）
当Re小于0.1时，可认为（1）、（4）式成立。当0.1<Re<1时，应考虑（5）式中1级修正项的影响，当Re大于1时，还须考虑高次修正项。
考虑（5）式中1级修正项的影响及玻璃管的影响后，粘度η1可表示为：
（7）
由于3Re/16是远小于1的数，将1/（1+3Re/16）按幂级数展开后近似为1－3Re/16，（7）式又可表示为：
（8）
已知或测量得到ρ、ρ0、D、d、v等参数后，由（4）式计算粘度η，再由（6）式计算Re，若需计算Re的1级修正，则由（8）式计算经修正的粘度η1。
在国际单位制中，η的单位是Pa·s（帕斯卡•秒），在厘米，克，秒制中，η的单位是P（泊）或cP（厘泊），它们之间的换算关系是：
1Pa·s = 10P = 1000cP （9）
2．PID调节原理
PID调节是自动控制系统中应用最为广泛的一种调节规律，自动控制系统的原理可用图1说明。
e(t) u(t) 操作量

被控量 扰动

图1 自动控制系统框图
假如被控量与设定值之间有偏差e(t)=设定值-被控量，调节器依据e(t)及一定的调节规律输出调节信号u(t)，执行单元按u(t)输出操作量至被控对象，使被控量逼近直至最后等于设定值。调节器是自动控制系统的指挥机构。
在我们的温控系统中，调节器采用PID调节，执行单元是由可控硅控制加热电流的加热器，操作量是加热功率，被控对象是水箱中的水，被控量是水的温度。
PID调节器是按偏差的比例(proportional)，积分(integral)，微分(differential)，进行调节，其调节规律可表示为：
（10）
式中第一项为比例调节，KP为比例系数。第二项为积分调节，TI为积分时间常数。第三项为微分调节，TD为微分时间常数。
PID温度控制系统在调节过程中温度随时间的一般变化关系可用图2表示，控制效果可用稳定性，准确性和快速性评价。
系统重新设定（或受到扰动）后经过一定的过渡过程能够达到新的平衡状态，则为稳定的调节过程；若被控量反复振荡，甚至振幅越来越大，则为不稳定调节过程，不稳定调节过程是有害而不能采用的。准确性可用被调量的动态偏差和静态偏差来衡量，二者越小，准确性越高。快速性可用过渡时间表示，过渡时间越短越好。实际控制系统中，上述三方面指标常常是互相制约，互相矛盾的，应结合具体要求综合考虑。
由图2可见，系统在达到设定值后一般并不能立即稳定在设定值，而是超过设定值后经一定的过渡过程才重新稳定，产生超调的原因可从系统惯性，传感器滞后和调节器特性等方面予以说明。系统在升温过程中，加热器温度总是高于被控对象温度，在达到设定值后，即使减小或切断加热功率，加热器存储的热量在一定时间内仍然会使系统升温，降温有类似的反向过程，这称之为系统的热惯性。传感器滞后是指由于传感器本身热传导特性或是由于传感器安装位置的原因，使传感器测量到的温度比系统实际的温度在时间上滞后，系统达到设定值后调节器无法立即作出反应，产生超调。对于实际的控制系统，必须依据系统特性合理整定PID参数，才能取得好的控制效果。
由（10）式可见，比例调节项输出与偏差成正比，它能迅速对偏差作出反应，并减小偏差，但它不能消除静态偏差。这是因为任何高于室温的稳态都需要一定的输入功率维持，而比例调节项只有偏差存在时才输出调节量。增加比例调节系数KP可减小静态偏差，但在系统有热惯性和传感器滞后时，会使超调加大。
积分调节项输出与偏差对时间的积分成正比，只要系统存在偏差，积分调节作用就不断积累，输出调节量以消除偏差。积分调节作用缓慢，在时间上总是滞后于偏差信号的变化。增加积分作用(减小TI)可加快消除静态偏差，但会使系统超调加大，增加动态偏差，积分作用太强甚至会使系统出现不稳定状态。
微分调节项输出与偏差对时间的变化率成正比，它阻碍温度的变化，能减小超调量，克服振荡。在系统受到扰动时，它能迅速作出反应，减小调整时间，提高系统的稳定性。
PID调节器的应用已有一百多年的历史，理论分析和实践都表明，应用这种调节规律对许多具体过程进行控制时，都能取得满意的结果。
仪器介绍
1． 落球法变温粘度测量仪
变温粘度仪的外型如图3所示。待测液体装在细长的样品管中，能使液体温度较快的与加热水温达到平衡，样品管壁上有刻度线，便于测量小球下落的距离。样品管外的加热水套连接到温控仪，通过热循环水加热样品。底座下有调节螺钉，用于调节样品管的铅直。

2．开放式PID温控实验仪
温控实验仪包含水箱，水泵，加热器，控制及显示电路等部分。
本温控试验仪内置微处理器，带有液晶显示屏，具有操作菜单化，能根据实验对象选择PID参数以达到最佳控制，能显示温控过程的温度变化曲线和功率变化曲线及温度和功率的实时值，能存储温度及功率变化曲线，控制精度高等特点，仪器面板如图4所示。
开机后，水泵开始运转，显示屏显示操作菜单，可选择工作方式，输入序号及室温，设定温度及PID参数。使用 键选择项目， 键设置参数，按确认键进入下一屏，按返回键返回上一屏。
进入测量界面后，屏幕上方的数据栏从左至右依次显示序号，设定温度，初始温度，当前温度，当前功率，调节时间等参数。图形区以横坐标代表时间，纵坐标代表温度（以及功率），并可用 键改变温度坐标值。仪器每隔15秒采集1次温度及加热功率值，并将采得的数据标示在图上。温度达到设定值并保持两分钟温度波动小于0.1度，仪器自动判定达到平衡，并在图形区右边显示过渡时间ts，动态偏差σ，静态偏差e。一次实验完成退出时，仪器自动将屏幕按设定的序号存储（共可存储10幅），以供必要时查看，分析，比较。
3．停表
PC396电子停表具有多种功能。按功能转换键，待显示屏上方出现符号 且第1和第6、7短横线闪烁时，即进入停表功能。此时按开始/停止键可开始或停止记时，多次按开始/停止键可以累计记时。一次测量完成后，按暂停/回零键使数字回零，准备进行下一次测量。
实验内容与步骤
1．检查仪器后面的水位管，将水箱水加到适当值
平常加水从仪器顶部的注水孔注入。若水箱排空后第1次加水，应该用软管从出水孔将水经水泵加入水箱，以便排出水泵内的空气，避免水泵空转（无循环水流出）或发出嗡鸣声。
2．设定PID参数
若对PID调节原理及方法感兴趣，可在不同的升温区段有意改变PID参数组合，观察参数改变对调节过程的影响，探索最佳控制参数。
若只是把温控仪作为实验工具使用，则保持仪器设定的初始值，也能达到较好的控制效果。
3．测定小球直径
由（6）式及（4）式可见，当液体粘度及小球密度一定时，雷诺数Re  d3。在测量蓖麻油的粘度时建议采用直径1~2mm的小球，这样可不考虑雷诺修正或只考虑1级雷诺修正。
用螺旋测微器测定小球的直径d，将数据记入表1中。
表1 小球的直径
次数 1 2 3 4 5 6 7 8 平均值
d (10-3m)
4．测定小球在液体中下落速度并计算粘度
温控仪温度达到设定值后再等约10分钟，使样品管中的待测液体温度与加热水温完全一致，才能测液体粘度。
用镊子夹住小球沿样品管中心轻轻放入液体，观察小球是否一直沿中心下落，若样品管倾斜，应调节其铅直。测量过程中，尽量避免对液体的扰动。
用停表测量小球落经一段距离的时间t，并计算小球速度v0，用（4）或（8）式计算粘度η，记入表2中。
表2中，列出了部分温度下粘度的标准值，可将这些温度下粘度的测量值与标准值比较，并计算相对误差。
将表2 中η的测量值在坐标纸上作图，表明粘度随温度的变化关系。
实验全部完成后，用磁铁将小球吸引至样品管口，用镊子夹入蓖麻油中保存，以备下次实验使用。

表2 粘度的测定 ρ = 7.8×103kg/m3 ρ0 = 0.95×103kg/m3 D = 2.0×10-2m
温度
（˚C） 时间（s） 速度
(m/s) η (Pa·s)
测量值 *η(Pa·s)
标准值
1 2 3 4 5 平均
10 2.420
15
20 0.986
25
30 0.451
35
40 0.231
45
50
55
* 摘自 CRC Handbook of Chemistry and Physics
附录 小球在达到平衡速度之前所经路程L的推导
由牛顿运动定律及粘滞阻力的表达式，可列出小球在达到平衡速度之前的运动方程：
（1）
经整理后得：
（2）
这是1个一阶线性微分方程，其通解为：
（3）
设小球以零初速放入液体中，代入初始条件（t=0, v=0），定出常数C并整理后得：
（4）
随着时间增大，（4）式中的负指数项迅速趋近于0，由此得平衡速度：
（5）
（5）式与正文中的（3）式是等价的，平衡速度与粘度成反比。设从速度为0到速度达到平衡速度的99.9%这段时间为平衡时间t0，即令：
（6）
由（6）式可计算平衡时间。
若钢球直径为10-3m，代入钢球的密度ρ，蓖麻油的密度ρ0及40 ºC时蓖麻油的粘度η = 0.231 Pa·s，可得此时的平衡速度约为v0 = 0.016 m/s，平衡时间约为t0 = 0.013 s。
平衡距离L小于平衡速度与平衡时间的乘积，在我们的实验条件下，小于1mm，基本可认为小球进入液体后就达到了平衡速度。

飞机在空中飞行，树在微风中摇曳；一切与空气发生相对运动的物体都会受到与之接触的空气层的摩擦