实验要求

1. 是否记录每步实验结果:R  □否

2. 实验结果与结论要求:R实验报告 R心得体会   其他     

3.  其他描述

(1)流体流动虚拟仿真实验

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(2)离心泵特性虚拟仿真实验

    通过虚拟仿真实验测定指定转速(n=2900rpm)条件下扬程H、轴功率Pa、效率h与输送流量q之间的关系数据,从而绘制出离心泵的三条特性曲线(H~q、Pa~q和h~q)。

(3) 过滤虚拟仿真实验

作出一定条件下Δτ/Δq与q的关系线,从图中得到其斜率和截距,计算出过滤常数K和虚拟滤液流量qe。分析不同条件(压力、温度、浓度)等可能带来的影响(本实验建议只做压力影响);在条件许可情况下应作正交实验。

(4) 传热虚拟仿真实验

掌握用实测法和理论计算法给出管内传热膜系数α、Nu及总传热系数K测、K的值;能通过数据处理回归出Nu测与Re关系。

(5) 精馏虚拟仿真实验

掌握在全回流及部分回流条件下的稳定操作,掌握全塔理论塔板数和总板效率的计算方法。

(6) 吸收与解吸虚拟仿真实验

了解填料塔流体力学性能;学会吸收塔传质系数的测定方法;了解气速和喷淋密度对吸收总传质系数的影响。

(7) 干燥虚拟仿真实验

了解常压干燥设备的构造,基本流程和操作;掌握测定物料干燥速率曲线及传质系数的方法。


教学成果

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实验背景

西北大学创建于1902年,现为国家“211工程”建设院校、教育部与陕西省共建高校。在长期的发展历程中,西北大学形成了“发扬民族精神,融合世界思想,肩负建设西北之重任”的办学理念,汇聚了众多名师大家,产生了一批高水平学术成果,培养了大批才任天下的杰出人才,享有良好的学术声誉和社会声望,被誉为“中华石油英才之母”“经济学家的摇篮”“作家摇篮”。学校现有22个院(系)和研究生院,85个本科专业。学校现有19个博士学位授权一级学科、39个硕士学位授权一级学科、15个专业学位授权点。

西北大学化工学院肇始于1937年的西北联大时期,是我国西部地区最早建立的化工学科之一,是西北地区最早获得化学工程与技术一级学科博士点和博士后流动站的学科,历史悠久、学科齐全。尤其是实施“211工程”项目建设以来,在教学、科研诸方面发生了巨大的变化。学院充分利用我省能源化工支柱产业的区域优势、陕北国家级能源化工基地和西北大学能源化工多学科交叉融合优势及教育部工程研究中心等10个省部级产学研合作平台,在专业建设方面实现了跨越式发展,在化学工程、能源化工、生物化工、制药工程、食品工程、过程装备及控制工程专业形成了自己的培养特色和优势。化工学院现有教职工109人,其中专任教师77人。教师中有教授26人(其中博士生导师 16人),副教授/高级工程师38人。教师中有79%的人具有博士学位,42%的人具有海外学术经历,并有“国务院政府特殊津贴”2人、国家“百千万人才工程”2人、教育部“新世纪优秀人才”3人、全国百名华侨华人专业人士“杰出创业奖”1人、全国石油和化工优秀科技工作者“1人、全国三八红旗手1人、陕西省“百人计划”7人、“香江学者”1人、陕西省“青年科技新星”7人等。


设计原则

化工原理是大学化工类及相近专业本科教育的主干课程,是连接基础课和专业课的纽带,也是化工类本科生承前启后,由理及工的基础平台。其教学质量则是衡量高校化工学院本科教育水平的关键因素之一,也是目前各化工类专业课程建设和教学改革的重点。化工原理实验是该课程的一个重要环节,它是一门以化工单元操作过程和设备为主要内容、以处理工程问题的实验研究方法为特色的实践性课程,在培养学生的工程能力,创新思维和创新能力方面起着重要的作用。由于化工生产过程涉及动量传递、传热和传质等大型单元操作,许多实际工业过程无法通过小规模的实验设备进行工程单元操作实验,而实验条件的限制必将影响到学生的学习效果,这也正是本项目拟解决的关键问题。

本项目以现代化工单元操作过程的课程与实验的虚拟仿真教学为目的,利用Matlab、Aspen plus、Comsol、ANSYS Fluent、Solidworks、ProII、Mathematica、AutoCAD、Material Studio等化工专业软件,配合以Flash、Fireworks、3DMax、 Authorware、Dreamweaver等多媒体与网页制作软件,针对流量计标定实验、离心泵特性曲线测定、板框过滤实验、干燥实验等的单元生产过程编程计算与系统模拟,开发制作出适于化工单元操作所用的化工原理多媒体实验模拟软件,用以突破传统教学模式,提高化工原理课程实验条件,在本科生中全面普及推广化工原理虚拟仿真实验教学,并在教学实践过程中广泛听取学生意见,根据教学试验结果针对软件进行适当的调整,并最终全面完善该虚拟仿真程序以及实际应用等。


实验目标

1. 流体力学虚拟仿真实验

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2. 离心泵特性虚拟仿真实验

熟悉离心泵的操作方法;掌握离心泵特性曲线和管路特性曲线的测定方法;掌握离心泵启停的正确操作与故障排除方法;如何避免“气缚”与“汽蚀”现象;加深对离心泵工作点性能的了解。

3. 过滤虚拟仿真实验

了解板框过滤机的构造和操作方法;学习定值调压阀、安全阀的使用;学习过滤方程式中恒压过滤常数的测定方法;测定洗涤速率与最终过滤速率的关系;了解操作条件[压力]对过滤速度的影响,并测定出比阻。

4. 传热虚拟仿真实验

通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究,掌握对流传热系数的测定方法,加深对其概念和影响因素的理解;通过对管程内部插有螺旋线圈的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究,掌握对流传热系数的测定方法,加深对其概念和影响因素的理解;学会并应用线性回归分析方法,确定关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m的值;由实验数据及关联式Nu=ARemPr0.4计算出Nu、Nu0,求出强化比Nu/Nu0,加深理解强化传热的基本理论和基本方式。

5. 精馏虚拟仿真实验

熟悉板式精馏塔的结构、流程及各部件的结构作用;了解精馏塔的正确操作,学会正确处理各种异常情况;用作图法和计算法确定精馏塔部分回流时理论板数,并计算出全塔效率。

6. 吸收与解吸虚拟仿真实验

了解吸收与解吸装置的设备结构、流程和操作;了解填料塔流体力学性能;

学会吸收塔传质系数的测定方法;了解气速和喷淋密度对吸收总传质系数的影响;学会解吸塔传质系数的测定方法;了解影响解吸传质系数的因数;练习单个吸收操作、单个饱和液解吸操作及吸收解吸联合操作。

7. 干燥虚拟仿真实验

通过虚拟仿真实验了解常压干燥设备的构造,基本流程和操作;测定物料干燥速率曲线及传质系数;研究气流速度对干燥速率曲线的影响;研究气流温度对干燥速率曲线的影响。


成绩评定

化工原理虚拟仿真实验共有流体力学虚拟仿真实验、离心泵特性虚拟仿真试验、过滤虚拟仿真实验、传热虚拟仿真实验、精馏虚拟仿真实验、吸收与解吸虚拟仿真实验及干燥虚拟仿真实验七个实验。要求学生对每个实验都可在计算机上独立完成整个实验过程;会对模拟过程出现的异常情况进行参数调整;会对模拟所得到的数据进行分析,得到相应的参数、关联式等。对化工原理的理论知识,实验操作,和离线操作各环节进行分别记录和综合评价,最终得到学生的最终成绩。