一、实验目的
2．观察在垂直管内汽液两相的流型。
3．掌握不同流型下的对流传热系数及蒸汽的干度的测量方法。 二、实验原理
在垂直管内汽液两相的流型一般可分为泡状流，弹状流，搅拌流以及环
状流。泡状流是指在液相中有近似均匀分散的小气泡的流动；弹状流是指大
多数气体是以较大的弹形气泡存在并流动，在弹性泡与管壁之间以及两个
弹性泡之间的液层中充满了小气泡；搅拌流是弹状流的发展，弹形泡被破
坏，成狭条状，流型较混乱；环状流则是指含有液滴的连续气相沿管中心向
上流动，含有小气泡的液相则沿管壁向上爬行。
图19-1 垂直管内两相流流型示意图
影响汽液两相流型的主要因素有流体物性(粘度.表面张力,密度等),流道
的集合形状、放置方式(水平、垂直或倾斜)、尺寸、流向以及汽液相的流速
等，对于垂直汽液两相向上流动得升膜蒸发器,当流道直径及物料性质固定
后,各流型的转变主要决定于汽液流量,而关键参数为汽速。环状流的出现一
般是在汽速不小于10m/s, 此时料液贴在管内壁拉曳成薄膜状向上流动,环状
液膜上升,必须克服其重力以及与壁面的摩擦力。
本实验通过在单管升膜蒸发器中以水为物料，通过改变加热功率来观察
它们的不同流型，计算出他们的传热系数、干度，由此结果分析总结出它们
的规律。
根据物料衡算，有
质量衡算：Fx0 =(F-W)x1 (9-1)
式中: F —原料液流量 L/h x0—初始液浓度
W—蒸发量 L/h x1 —完成液浓度
热量衡算： (9-2)
w/m.2.oC (9-3)
m.2 (9-4)
(9-5)
其中: α—对流传热系数 w/m.2.oC Q —传热量 W
tw —内壁温度oC tb —主体温度 oC
S —传热面积 m2 d —测量管内径 m
Le —有效管长 m X—干度(无因次)
Wg —蒸发器内流出蒸汽量 Wl —蒸发器内流出液体量
三、实验装置及流程
图-2 单管升膜蒸发实验装置流程示意图
实验装置面板图见图-3
图3 设备面板图
四、实验步骤
1．实验前准备工作：
（1） 关闭水箱底阀,箱内充满待测液体,泵出口回流阀处于全开状态，转子流量计下的流量调节阀门全部关闭。
（2） 将蒸汽发生器内注入四分之三的蒸馏水。
2．实验步骤：
（1）合上电源开关,打开冷却水,启动泵,开启转子流量计调节阀，调节流量为所 设定的流量值。待蒸发管内充满待测液体后,关闭进料阀。
（2）把蒸汽发生器通电加热100V电压左右，注意观察蒸汽的产生过程。
（3）当有蒸汽产生后，通过玻璃段观察管内流体的流型并将液体流量调整到到8 l/h。
（4）稳定操作30分钟以上,开始记录下观察到的流型、进料流量、内壁、主体及蒸汽进出口温度、加热电压、电流及真空度等。
（5）记录蒸汽冷凝量为300毫升时所用的时间。
（6）记录从冷凝器下端出口测取的蒸汽冷凝液量和冷却器下端出口液体冷却液的量。
（7）启动真空泵，调节真空度为0.01Mpa，观察实验现象，适当提高加热电压使蒸汽出口温度维持在100度左右。稳定后测取实验数据。
（8）再次改变真空度，待操作稳定后重复上述操作。
（9）实验结束，先切断加热电路、关闭流量计调节阀、停泵、最后切断电源。
五、实验数据
表-1 原始数据记录表
序号 | 主体出口温度℃ | 蒸汽入口温度℃ | 蒸汽出口温度℃ | 壁温 ℃ | 水量L/h | 电压V | 电流A | 真空Mpa | 蒸汽出口冷凝量ml |
1 | | | | | | | | | |
2 | | | | | | | | | |
3 | | | | | | | | | |
4 | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | |
表-2 数据处理结果
序号 | 回水量mm | 冷凝量mm | 现象 | 时间 分钟 | 蒸发量kg/s | 传热量kJ/s | 换热面积m2 | 传热系数KW/m2*s | 干度 |
1 | 1 | | | | | | | | |
2 | | | | | | | | | |
3 | | | | | | | | | |
4 | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | |
六、思考题
1．影响汽液两相流型的因素有哪些？
2．你认为本实验装置的关键部分是什么？为什么？
一、实验目的
1．了解填料吸收塔的结构、性能和特点，练习并掌握填料塔操作方法；通过实验测定数据的处理分析，加深对填料塔流体力学性能基本理论的理解，加深对填料塔传质性能理论的理解。 2．掌握填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法，练习实验数据的处理分析。
二、实验内容
1. 测定填料层压强降与操作气速的关系，确定在一定液体喷淋量下的液泛气速。
2. 固定液相流量和入塔混合气二氧化碳的浓度，在液泛速度下，取两个相差较大的气相流量，分别测量塔的传质能力（传质单元数和回收率）和传质效率（传质单元高度和体积吸收总系数）。
3. 进行纯水吸收混合气体中的二氧化碳、用空气解吸水中二氧化碳的操作练习，同时测定填料塔液侧传质膜系数和总传质系数。
三、实验原理
1、气体通过填料层的压强降：ΔP , kPa
压强降是塔设计中的重要参数，气体通过填料层压强降的大小决定了塔的动力消耗。压强降与气、液流量均有关，不同液体喷淋量下填料层的压强降与气速的关系如图一所示：
图一 填料层的～关系
当液体喷淋量时，干填料的～的关系是直线，如图中的直线0。当有一定的喷淋量时，～的关系变成折线，并存在两个转折点，下转折点称为“载点”，上转折点称为“泛点”。这两个转折点将～关系分为三个区段：既恒持液量区、载液区及液泛区。
2、传质性能：吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数，实验测定可获取吸收系数。对于相同的物系及一定的设备（填料类型与尺寸），吸收系数随着操作条件及气液接触状
况的不同而变化。
根据双膜模型的基本假设，气侧和液侧的吸收质A的传质速率方程可分别表达为
气膜 （10-1）
液膜 （10-2）
式中：—A组分的传质速率，；
—两相接触面积，m2；
—气侧A组分的平均分压，Pa；
—相界面上A组分的平均分压，Pa；
—液侧A 组分的平均浓度，
—相界面上A组分的浓度
—以分压表达推动力的气侧传质膜系数，;
—以物质的量浓度表达推动力的液侧传质膜系数，。
u形管以气相分压或以液相浓度表示传质过程推动力的相际传质速率方程又可分别表达为 （10-3）
（10-4）
式中：—液相中A组分的实际浓度所要求的气相平衡分压，Pa；
—气相中A组分的实际分压所要求的液相平衡浓度，；
—以气相分压表示推动力的总传质系数或简称为气相传质总系数，；
-以气相分压表示推动力的总传质系数，或简称为液相传质总系数，。
若气液相平衡关系遵循享利定律：，则：
（10-5）
（10-6）
P2=PA2 CA2 ，FL
PA
PAi
CAi
CA PA CA
PA+d PA CA+dCA
P1=PA1 CA1，FL
图二 双膜模型的浓度分布图 图三 填料塔的物料衡算图
当气膜阻力远大于液膜阻力时，则相际传质过程式受气膜传质速率控
制，此时，；反之，当液膜阻力远大于气膜阻力时，则相际传质过
程受液膜传质速率控制，此时，。
如图三所示，在逆流接触的填料层内，任意载取一微分段，并以此为衡
算系统，则由吸收质A的物料衡算可得：
（10-7a）
式中：——液相摩尔流率，；
——液相摩尔密度，。
根据传质速率基本方程式，可写出该微分段的传质速率微分方程：
（10-7b）
联立上两式可得： （10-8）
式中：——气液两相接触的比表面积， m2·m-1；
——填料塔的横载面积，m2。
本实验采用水吸收空气中的二氧化碳，且已知二氧化碳在常温常压下溶
解度较小，因此，液相摩尔流率和摩尔密度的比值，亦即液相体积流
率可视为定值，且设总传质系数KL和两相接触比表面积a，在整个填
料层内为一定值，则按下列边值条件积分式（8），可得填料层高度的计算公
式：
（10-9）
令 ，且称HL为液相传质单元高度（HTU）；
，且称NL为液相传质单元数（NTU）。
因此，填料层高度为传质单元高度与传质单元数之乘积，即
（10-10）
若气液平衡关系遵循享利定律，即平衡曲线为直线，则式（9）为可
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