化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)原理

化工原理實(shí)驗(yàn)教程合肥工業(yè)大學(xué)2006年5月前 言化工原理是一門工程應(yīng)用科學(xué)，它利用自然科學(xué)的原理來考察、研究化工單元操作中的實(shí)際問題，研究強(qiáng)化過程的方法，尋找開發(fā)新技術(shù)的途經(jīng)?；ぴ碚n程要求理論聯(lián)系實(shí)際，其發(fā)展離不開實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)學(xué)模型分析，所以化工原理實(shí)驗(yàn)是化工原理課程的一個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)，也是化工、制藥、環(huán)境、食品、生物工程等院系或?qū)I(yè)教學(xué)計(jì)劃中的一門必修課程，屬于工程實(shí)驗(yàn)范疇，與一般化學(xué)實(shí)驗(yàn)相比，其不同之處在于它具有工程特點(diǎn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都相當(dāng)于化工生產(chǎn)中的一個(gè)單元操作，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)芙⑵鹨欢ǖ墓こ谈拍?，同時(shí)，隨著實(shí)驗(yàn)課的進(jìn)行，會遇到大量的工程實(shí)際問題，對理工科學(xué)生來說，可以在實(shí)驗(yàn)過程中更實(shí)際、更有效地學(xué)到更多工程實(shí)驗(yàn)方面的原理及測試手段，發(fā)現(xiàn)復(fù)雜的真實(shí)設(shè)備與工藝過程同描述這一過程的數(shù)學(xué)模型之間的關(guān)系，也可以認(rèn)識到對于一個(gè)看起來似乎很復(fù)雜的過程，一經(jīng)了解，可以只用最基本的原理來解釋和描述。因此，在實(shí)驗(yàn)課的全過程中，學(xué)生在思維方法和創(chuàng)新能力方面都得到培養(yǎng)和提高，為今后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過教學(xué)實(shí)驗(yàn)，達(dá)到以下目的：1.驗(yàn)證化工單元操作的基本理論與經(jīng)驗(yàn)公式，將書本知識轉(zhuǎn)變?yōu)楦行灾R，并使學(xué)生在運(yùn)用理論對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析的過程中鞏固和加深對課程教學(xué)內(nèi)容的理解。2.通過實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)熟悉化工單元操作設(shè)備的結(jié)構(gòu)、性能，掌握測試方法，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作技能。3.在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中學(xué)習(xí)如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)制訂實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)會如何控制和測量操作參數(shù)，如何獲得準(zhǔn)確、完整的數(shù)據(jù)，以及如何整理、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果，從而使學(xué)生掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的全過程，提高學(xué)生獨(dú)立分析與解決問題的能力，為今后從事科學(xué)研究活動打下良好的基礎(chǔ)。為此，根據(jù)化工原理課程教學(xué)基本要求的規(guī)定，我室建立了“流體流動阻力的測定”等十種實(shí)驗(yàn)裝置，以及“機(jī)械能轉(zhuǎn)化”等演示實(shí)驗(yàn)裝置，各套實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用計(jì)算機(jī)處理，可直接得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果與圖表，以直觀地驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)過程的準(zhǔn)確性。由于各專業(yè)教學(xué)要求有所不同，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也可有不同，但至少要選做五至七個(gè)實(shí)驗(yàn)，即使同一個(gè)實(shí)驗(yàn)，其具體的實(shí)驗(yàn)任務(wù)也可有所側(cè)重，每個(gè)實(shí)驗(yàn)的全過程包括預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與實(shí)驗(yàn)報(bào)告編寫等四個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)學(xué)生均必須嚴(yán)格按照要求保質(zhì)保量完成實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)教程由魏鳳玉、劉雪霆、何兵、路緒旺等編寫，由于時(shí)間倉促，作者水平有限，文中不妥之處，懇請指正。2006年5月于斛兵塘目 錄前 言2目 錄1第一篇實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識1第一節(jié) 學(xué)生實(shí)驗(yàn)守則1第二節(jié) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的1第三節(jié) 實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)2第四節(jié) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與方法2第五節(jié) 實(shí)驗(yàn)的誤差分析3第六節(jié) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理9第七節(jié) 實(shí)驗(yàn)各環(huán)節(jié)要求16第二篇 演示型實(shí)驗(yàn)22實(shí)驗(yàn)一 靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)22實(shí)驗(yàn)二 柏努利實(shí)驗(yàn)24實(shí)驗(yàn)三 邊界層演示實(shí)驗(yàn)26實(shí)驗(yàn)四 塔板水力學(xué)性質(zhì)演示實(shí)驗(yàn)28第三篇 驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)30實(shí)驗(yàn)一 流體流型的觀察與測定30實(shí)驗(yàn)二 流體流動阻力的測定32實(shí)驗(yàn)三 離心泵特性曲線的測定38實(shí)驗(yàn)四 過濾常數(shù)的測定43實(shí)驗(yàn)五 傳熱系數(shù)的測定47實(shí)驗(yàn)六 填料吸收塔流體力學(xué)性能的測定50實(shí)驗(yàn)七 填料吸收塔體積傳質(zhì)系數(shù)的測定52實(shí)驗(yàn)八 板式塔精餾實(shí)驗(yàn)55實(shí)驗(yàn)九 干燥實(shí)驗(yàn)59第四篇 綜合型實(shí)驗(yàn)62實(shí)驗(yàn)一 無機(jī)膜分離實(shí)驗(yàn)62實(shí)驗(yàn)二 離心泵計(jì)算機(jī)采集及自動控制實(shí)驗(yàn)66實(shí)驗(yàn)三 微粉的粒度分級及粒度測定69 化工原理實(shí)驗(yàn)教程第一篇實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識第一節(jié) 學(xué)生實(shí)驗(yàn)守則1、遵守紀(jì)律不遲到不早退，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)保持安靜，不大聲談笑，遵守實(shí)驗(yàn)室的一切規(guī)章制度，聽從教師指導(dǎo)。2、實(shí)驗(yàn)前要認(rèn)真預(yù)習(xí)，作好預(yù)習(xí)報(bào)告，經(jīng)教師提問通過后，方可準(zhǔn)予參加實(shí)驗(yàn)。3、實(shí)驗(yàn)時(shí)要嚴(yán)格遵守儀器、設(shè)備、電路的操作規(guī)程，不得擅自變更，操作前須經(jīng)教師檢查同意后方可接通電路和開車，操作中仔細(xì)觀察，如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。儀器設(shè)備發(fā)生故障嚴(yán)禁擅自處理，應(yīng)立即報(bào)告教師。4、實(shí)驗(yàn)后根據(jù)原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄，處理數(shù)據(jù)、分析問題及時(shí)作好實(shí)驗(yàn)報(bào)告。5、愛護(hù)儀器、注意安全、水，電，煤氣，藥品要節(jié)約使用。6、保持實(shí)驗(yàn)室整潔，廢品，廢物丟入垃圾箱內(nèi)。7、實(shí)驗(yàn)完畢記錄數(shù)據(jù)須經(jīng)教師審查簽字，做好實(shí)驗(yàn)室的清潔工作，恢復(fù)儀器設(shè)備原狀，關(guān)好門窗，和檢查水，電，氣源是否關(guān)好，方可離開實(shí)驗(yàn)室。 第二節(jié) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的主要有以下幾點(diǎn)：1鞏固和深化理論知識在學(xué)習(xí)化工原理課程的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步了解和理解一些比較典型的已被或?qū)⒈粡V泛應(yīng)用的化工過程與設(shè)備的原理和操作，鞏固和深化化工原理的理論知識。2提供一個(gè)理論聯(lián)系實(shí)際的機(jī)會將所學(xué)的化工原理等化學(xué)化工的理論知識去解決實(shí)驗(yàn)中遇到的各種實(shí)際問題，同時(shí)學(xué)習(xí)在化工領(lǐng)域內(nèi)如何通過實(shí)驗(yàn)獲得新的知識和信息。3培養(yǎng)學(xué)生從事科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力實(shí)驗(yàn)?zāi)芰χ饕ǎ簽榱送瓿梢欢ǖ难芯空n題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力；進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力和解決實(shí)驗(yàn)問題的能力；正確選擇和使用測量儀表的能力；利用實(shí)驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力；運(yùn)用文字表達(dá)技術(shù)報(bào)告的能力等。學(xué)生只有通過一定數(shù)量的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，才能掌握各種實(shí)驗(yàn)技能，為將來從事科學(xué)研究和解決工程實(shí)際問題打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。4培養(yǎng)科學(xué)的思維方法、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和良好的科學(xué)作風(fēng)，提高自身素質(zhì)水平。5隨著科技的發(fā)展，不斷引進(jìn)新的化工技術(shù)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，開闊眼界，啟發(fā)創(chuàng)新意識。第三節(jié) 實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)本課程內(nèi)容強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性和工程觀念，并將能力和素質(zhì)培養(yǎng)貫穿于實(shí)驗(yàn)課的全過程。圍繞化工原理課程中的基本理論，開設(shè)有演示型、驗(yàn)證型和綜合型實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)研究方法，訓(xùn)練其獨(dú)立思考、綜合分析問題和解決問題的能力。部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用計(jì)算機(jī)在線數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，引入先進(jìn)的測試手段和數(shù)據(jù)處理技術(shù)；實(shí)驗(yàn)室開放，除完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本內(nèi)容外，可為對化工原理實(shí)驗(yàn)感興趣的同學(xué)提供實(shí)驗(yàn)場所，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新精神。本課程的部分實(shí)驗(yàn)報(bào)告采用小論文形式撰寫，這類實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫是提高學(xué)生寫作能力、綜合應(yīng)用知識能力和科研能力的一個(gè)重要手段，可為畢業(yè)論文環(huán)節(jié)和今后工作所需的科學(xué)研究和科學(xué)論文的撰寫打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。第四節(jié) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與方法1.化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容 化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容主要包括實(shí)驗(yàn)理論教學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)和典型的單元操作實(shí)驗(yàn)三大部分。（1）實(shí)驗(yàn)理論教學(xué)主要講述化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的、要求和方法；化工原理實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)；化工原理實(shí)驗(yàn)的研究方法；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差分析；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法；與化工原理實(shí)驗(yàn)有關(guān)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制基本知識等。（2）計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)包括仿真運(yùn)行、數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)測評三部分。（3）典型單元操作實(shí)驗(yàn)典型單元操作實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和地點(diǎn)如下表所示。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)阻力實(shí)驗(yàn)離心泵實(shí)驗(yàn)過濾實(shí)驗(yàn)傳熱實(shí)驗(yàn)吸收實(shí)驗(yàn)精餾實(shí)驗(yàn)干燥實(shí)驗(yàn)?zāi)し蛛x實(shí)驗(yàn)化工原理實(shí)驗(yàn)室化工原理實(shí)驗(yàn)室化工原理實(shí)驗(yàn)室化工原理實(shí)驗(yàn)室化工原理實(shí)驗(yàn)室化工原理實(shí)驗(yàn)室化工原理實(shí)驗(yàn)室化工原理實(shí)驗(yàn)室2化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法由于工程實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)技術(shù)工作，它本身就是一門重要的技術(shù)學(xué)科，有其自己的特點(diǎn)和系統(tǒng)。為了切實(shí)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，將實(shí)驗(yàn)課單獨(dú)設(shè)課。每個(gè)實(shí)驗(yàn)均安排現(xiàn)場預(yù)習(xí)（包括仿真實(shí)驗(yàn)）和實(shí)驗(yàn)操作兩個(gè)單元時(shí)間?；ぴ韺?shí)驗(yàn)工程性較強(qiáng)，有許多問題需事先考慮、分析，并做好必要的準(zhǔn)備，因此必需在實(shí)驗(yàn)操作前進(jìn)行現(xiàn)場預(yù)習(xí)和仿真實(shí)驗(yàn)。化工原理實(shí)驗(yàn)室實(shí)行開放制度，學(xué)生實(shí)驗(yàn)前必須預(yù)約?；ぴ韺?shí)驗(yàn)成績實(shí)行百分制，分為三部分：（1） 預(yù)習(xí)情況、仿真實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場提問、實(shí)驗(yàn)操作共占20，每項(xiàng)各占5。（2） 實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量占30。（3） 期末筆試成績占50。 期末筆試為閉卷考試，主要考核學(xué)生對工程實(shí)驗(yàn)研究方法掌握和應(yīng)用的程度，包括以下幾方面的內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)分析、工程實(shí)踐等幾方面的內(nèi)容。第五節(jié) 實(shí)驗(yàn)的誤差分析由于實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不完善，周圍環(huán)境的影響，以及人的觀察力，測量程序限制等，實(shí)驗(yàn)觀察值和真值之間總是存在一定的差異，在數(shù)值上即表現(xiàn)為誤差。為了提高實(shí)驗(yàn)的精度，縮小實(shí)驗(yàn)觀測值與真值之間的差值，需要對實(shí)驗(yàn)的誤差進(jìn)行分析和討論。一、誤差的基本概念1、真值與平均值真值是一個(gè)理想的概念，一般是不可能觀測到的。但是若對某一物理量經(jīng)過無限多次的測量，出現(xiàn)誤差有正有負(fù)，而正負(fù)誤差出現(xiàn)的概率是相同的。因此，在不存在系統(tǒng)誤差的前提下，它們的平均值就相當(dāng)接近于這物理量的真值。所以 實(shí)驗(yàn)科學(xué)中定義：無限多次的觀測值的平均值為真值。由于是實(shí)驗(yàn)工作中觀測的次數(shù)總是有限的。由這些有限的觀測值的平均值，只能近似于真值，故稱這個(gè)平均值為最佳值?；ぶ谐Ｓ玫钠骄涤校核阈g(shù)平均值： （11）均方根平均值： （12）幾何平均值： （13）計(jì)算平均值方法的選擇，取決于一組觀測值的分布類型。在一般情況下，觀測值的分布屬于正態(tài)類型，即正態(tài)分布。因此，算術(shù)平均值作為最佳值使用最為普遍。2、誤差表示法某測量點(diǎn)的誤差通常由下面三種形式表示：（1）絕對誤差某量的觀測值與真值的差稱為絕對誤差，通稱誤差。但在實(shí)際工作中，以平均值（即最佳值）代替真值，把觀測值與最佳值之差稱剩余誤差，但習(xí)慣上稱絕對誤差。（2）相對誤差為了比較不同被測量的測量精度，引入了相對誤差。（3）引用誤差引用誤差（或相對示值誤差）指的是一種簡化和實(shí)用方便的儀器儀表指示值的相對誤差，它是以儀器儀表的滿刻度示值為分母，某一刻度點(diǎn)示值誤差為分子，所得比值的百分?jǐn)?shù)。儀器儀表的精度用此誤差來表示。比如1級精度儀表，即為：在化工領(lǐng)域中，通常用算術(shù)平均誤差和標(biāo)準(zhǔn)誤差來表示測量數(shù)據(jù)的誤差。（4）算術(shù)平均誤差 （14）（5）標(biāo)準(zhǔn)誤差標(biāo)準(zhǔn)誤差稱為標(biāo)準(zhǔn)差或稱為均方根誤差。當(dāng)測量次數(shù)為無窮時(shí)，其定義為： （15）當(dāng)測量次數(shù)為有限時(shí)，常用下式表示： （16）其中：n表示觀測次數(shù)。 Xi表示第i次的測量值。 Xm表示n次測量值的算術(shù)平均值。標(biāo)準(zhǔn)誤差的大小說明，在一定條件下等精度測量的數(shù)據(jù)中每個(gè)觀測值對其算術(shù)平均值的分散程度。如果測的數(shù)值小，該測量列數(shù)據(jù)中相應(yīng)小的誤差占優(yōu)勢，任一單次觀測值對其算術(shù)平均值的分散程度就小，測量的精度高；反之，精度就低。3、誤差的分類（1）系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差是指在同一條件下，多次測量同一量時(shí)，誤差的數(shù)值和符號保持恒定，或在條件改變時(shí)，按某一確定的規(guī)律變化的誤差。系統(tǒng)誤差的大小反映了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的高低。產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因：a、儀器不良，如刻度不準(zhǔn)，儀表未經(jīng)校正或標(biāo)準(zhǔn)表本身存在偏差等；b、周圍環(huán)境的改變，如外界溫度、壓力、風(fēng)速等；c、實(shí)驗(yàn)人員個(gè)人的習(xí)慣和偏向，如讀數(shù)的偏高或偏低等引入的誤差。系統(tǒng)誤差可針對上述諸原因分別改進(jìn)儀器和實(shí)驗(yàn)裝置以及提高實(shí)驗(yàn)技巧予以清除。（2）隨機(jī)誤差（或稱偶然誤差）在已經(jīng)消除系統(tǒng)誤差的前提下，隨機(jī)誤差是指在相同條件下測量同一量時(shí)，誤差的絕對值時(shí)大時(shí)小，其符號時(shí)正時(shí)負(fù)，沒有確定規(guī)律的誤差。隨機(jī)誤差的大小反映了精密程度的高低。這類誤差產(chǎn)生原因無法預(yù)測，因而無法控制和補(bǔ)償。但是倘若對某一量值作足夠多次數(shù)的等精度測量時(shí)，就會發(fā)現(xiàn)隨機(jī)誤差完全服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，誤差的大小和正負(fù)的出現(xiàn)完全由概率決定的。因此隨著測量次數(shù)的增加，隨機(jī)誤差的算術(shù)平均值必趨近于零。所以，多次測量結(jié)果的算術(shù)平均值將更接近于真值。（3）過失誤差（或稱粗大誤差）過失誤差是一種顯然與事實(shí)不符的誤差，它主要是由于實(shí)驗(yàn)人員粗心大意如讀錯(cuò)數(shù)據(jù)，或操作失誤等所致。存在過失誤差的觀測值在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理時(shí)必須剔除，因此測量或?qū)嶒?yàn)時(shí)只要認(rèn)真負(fù)責(zé)是可以避免這類誤差的。顯然，實(shí)測到數(shù)據(jù)的精確程度是由系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的大小來決定的。系統(tǒng)誤差愈小，測到數(shù)據(jù)的精確度愈高；又隨機(jī)誤差愈小，測到數(shù)據(jù)的精確度愈高。所以要使實(shí)測到數(shù)據(jù)的精確度提高就必須滿足系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差均很小的條件。二、誤差的基本性質(zhì)實(shí)測到數(shù)據(jù)的可靠程度如何？又怎樣提高它們的可靠性？這些都要求我們應(yīng)了解在給定條件下誤差的基本性質(zhì)和變化規(guī)律。1、偶然（隨機(jī)）誤差的正態(tài)分布如果測量數(shù)列中不包含系統(tǒng)誤差和過失誤差，從大量的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)偶然誤差具有如下特點(diǎn)：（1） 絕對值相等的正誤差和負(fù)誤差，其出現(xiàn)的概率相同；（2） 絕對值很大的誤差出現(xiàn)的概率趨近于零，也就是誤差值有一定的實(shí)際極限；（3） 絕對值小的誤差出現(xiàn)的概率大，而絕對值大的誤差出現(xiàn)的概率??；（4） 當(dāng)測量次數(shù)n時(shí)，誤差的算術(shù)平均值趨近于零，這是由于正負(fù)誤差相互抵消的結(jié)果。也就說明在測定次數(shù)無限多時(shí)，算術(shù)平均值就等于測定量的真值。偶然誤差的分布規(guī)律，在經(jīng)過大量的測量數(shù)據(jù)的分析后知道，它是服從正態(tài)分布的，其誤差函數(shù)f(x)表達(dá)式為： （17）或者： （18）其中：，稱為精密指數(shù)；x為測量值與真實(shí)值之差；為均方誤差。上式稱為高斯誤差分布定律。根據(jù)此方程所給出的曲線則稱為誤差曲線或高斯正態(tài)分布曲線。此誤差分布曲線完全反映了偶然誤差的上述特點(diǎn)?，F(xiàn)在我們來考慮一下值對分布曲線的影響，由式（18）可見，數(shù)據(jù)的均方誤差愈小，e指數(shù)的絕對值就愈大，y減小的就愈快，曲線下降的也就更急，而在x=0處的y值也就愈大，反之，愈大，曲線下降的就緩慢，而在x=0處的y值也就愈小。圖12對三種不同的值（值為1單位，值為3單位，值為10單位）給出了偶然誤差的分布曲線。 圖11 誤差分布曲線（高斯正態(tài)分布曲線） 圖12 不同值時(shí)的誤差分布曲線從這些曲線以及上面的討論中可知，值愈小，小的偶然誤差出現(xiàn)的次數(shù)就愈多，測定精度也就愈高。當(dāng)值愈大時(shí)，就會經(jīng)常碰到大的偶然誤差，也就是說，測定的精度也就愈差。因而實(shí)測到數(shù)據(jù)的均方誤差，完全能夠表達(dá)出測定數(shù)據(jù)的精確度，也即表征著測定結(jié)果的可靠程度。2、可疑的實(shí)驗(yàn)觀測值的舍棄由概率積分知，偶然誤差正態(tài)分布曲線下的全部面積，相當(dāng)于全部誤差同時(shí)出現(xiàn)的概率，即： （19）若隨機(jī)誤差在范圍內(nèi)，概率則為： （110）令，則 （111）即誤差在的范圍內(nèi)出現(xiàn)的概率為，而超出這個(gè)范圍的概率則為（）。概率函數(shù)(t)與t的對應(yīng)值在數(shù)學(xué)手冊或?qū)Ｖ芯接写祟惙e分表，現(xiàn)給出幾個(gè)典型的t值及其相應(yīng)的超出或不超出的概率，見表1-1。表1-1 t值及相應(yīng)的概率不超過的概率超過的概率測量次數(shù)n超過的測量次數(shù)n0.6712340.49720.62260.95440.99730.99990.50280.31740.04560.00270.000123223701562611111由上表可知，當(dāng)，時(shí)，在370次觀測中只有一次絕對誤差超出3范圍，由于在測量中次數(shù)不過幾次或幾十次，因而可以認(rèn)為的誤差是不會發(fā)生的，通常把這個(gè)誤差稱為單次測量的極限誤差，這也稱為3規(guī)則。由此認(rèn)為，的誤差已不屬于偶然誤差，這可能是由于過失誤差或?qū)嶒?yàn)條件變化未被發(fā)覺引起的，所以這樣的數(shù)據(jù)點(diǎn)經(jīng)分析和誤差計(jì)算以后予以舍棄。3、函數(shù)誤差上述討論主要是直接測量的誤差計(jì)算問題，但在許多場合下，往往涉及間接測量的變量，所謂間接測量是通過直接測量與被測的量之間有一定函數(shù)關(guān)系的其他量，并根據(jù)函數(shù)關(guān)系計(jì)算出被測量，如流體流速等測量變量。因此，間接測量就是直接測量得到的各測量值的函數(shù)。其測量誤差是各原函數(shù)。（1）函數(shù)誤差的一般形式在間接測量中，一般為多元函數(shù)，而多元函數(shù)可用下式表示： （112）其中：y為間接測量值；x為直接測量值。由泰勒級數(shù)展開得： （113）或 （114）它的極限誤差為： （115）其中：為誤差傳遞系數(shù)；x為直接測量值的誤差；y為間接測量值的極限誤差或稱函數(shù)極限誤差。由誤差的基本性質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)誤差的定義，得函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差 （116）其中：i直接測量值的標(biāo)準(zhǔn)誤差。（2）某些函數(shù)誤差的計(jì)算）設(shè)函數(shù)，變量X、Z的標(biāo)準(zhǔn)誤差分別為x、z。由于誤差的傳遞系數(shù)，則：函數(shù)極限誤差 （117）函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)誤差 （118）設(shè)變量x、z、w的標(biāo)準(zhǔn)誤差為x、y、w。由于誤差傳遞系數(shù)分別為： 則函數(shù)的相對誤差為 （119）函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差為： （120）設(shè)函數(shù)，變量x的標(biāo)準(zhǔn)誤差為x，a、b、n為常數(shù)。由于誤差傳遞系數(shù)為則函數(shù)的誤差為 （121）函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差為： （122）設(shè)函數(shù)，變量x的標(biāo)準(zhǔn)誤差為x，k、n為常數(shù)。由于誤差傳遞系數(shù)為： （123）函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差為： （124）算術(shù)平均值的誤差由算術(shù)平均值的定義知：其誤差傳遞系數(shù)為 i=1,2,n則算術(shù)平均值的誤差 （125）算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差 （126）當(dāng)M1，M2，Mn是同組等精度測量值，它們的標(biāo)準(zhǔn)誤差相同，并等于。所以 （127）除了上述討論由已知各變量的誤差或標(biāo)準(zhǔn)誤差計(jì)算函數(shù)誤差外，還可以應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)。在實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)時(shí)，如何去選擇儀表的精度，即由預(yù)先給定的函數(shù)誤差（實(shí)驗(yàn)裝置允許的誤差）求取各測量值（直接測量）所允許的最大誤差。但由于直接測量的變量不是一個(gè)，在數(shù)學(xué)上則是不定解。為了獲得唯一解，假定各變量的誤差對函數(shù)的影響相同，這種設(shè)計(jì)的原則稱為等效應(yīng)原則或等傳遞原則，即： （128）或 （129）第六節(jié) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理一、有效數(shù)字的處理1、有效數(shù)字及其表示方法所謂有效數(shù)字是指一個(gè)位數(shù)中除最末一位數(shù)為欠準(zhǔn)或不確定外，其余各位數(shù)都是準(zhǔn)確知道的，這個(gè)數(shù)據(jù)由幾位數(shù)，我們就說這個(gè)數(shù)據(jù)有幾位有效數(shù)字。有效數(shù)字反映一個(gè)數(shù)的大小，又表示在測量或計(jì)算中能夠準(zhǔn)確地量出或讀出的數(shù)字，因此它與測量儀表的精確度有關(guān)，在有效數(shù)字中只許可包含一位估計(jì)數(shù)字（末位為估計(jì)數(shù)字），而不能包含二位數(shù)字。例如分度值為1的溫度計(jì)，讀數(shù)24.5，則三個(gè)數(shù)字都是有效數(shù)字（其中末位是許可估計(jì)數(shù)），而記為25或24.47都是不正確的。對于精度為1/10的溫度計(jì)，室溫20.36有效數(shù)字是四位，其中第四位是估計(jì)值。51.1克和0.0515克都是三位有效數(shù)字，1500米代表四位有效數(shù)字，而1.5104則只代表兩位有效數(shù)字，若寫成1.500104表示四位有效數(shù)字，這是1.500中的“0”不能省去，表示這個(gè)數(shù)值與實(shí)際值只相差不過10米。2、有效數(shù)字的運(yùn)算規(guī)則（1）記錄、測量只準(zhǔn)保留一位估計(jì)數(shù)字。（2）當(dāng)有效數(shù)字確定后，其余數(shù)字一律棄去，舍棄的辦法是四舍五入，偶舍奇入。即末位有效數(shù)字后面第一位大于5則在前一位上加上1，小于5就舍去，若等于5時(shí)，前一位是奇數(shù)就增加1，如前一位是偶數(shù)則舍去。例如有效數(shù)字是三位時(shí)，12.36應(yīng)為12.4；12.34應(yīng)為12.3；而12.35應(yīng)為12.4；但12.45就應(yīng)為12.4，而不是12.5。（3）加減法規(guī)則以計(jì)算流體的進(jìn)、出口溫度之和、之差為例，若測得流體進(jìn)出口溫度分別為17.1和62.35，則溫度和溫度差62.3562.3517.1 17.1 79.4545.25由于運(yùn)算結(jié)果具有二位存疑值；它和有效數(shù)字的概念（每個(gè)有效數(shù)字只能有一位有疑值）不符，故第二位存疑數(shù)應(yīng)作四舍五入加以拋棄。所以兩者的結(jié)果為溫度和等于79.4和溫度差等于45.2。從上面例子可以看出，為了保證間接測量值的精度，實(shí)驗(yàn)裝置中選取儀器時(shí)，其精度要一致，否則系統(tǒng)的精度將受到精度低的儀器儀表的限制。（4）乘除法運(yùn)算兩個(gè)量相乘（或相除）的積（或商），與其有效數(shù)字位數(shù)量少的相同。（5） 乘方、開方后的有效數(shù)字位數(shù)與其底數(shù)相同。（6） 對數(shù)運(yùn)算對數(shù)的有效數(shù)字位數(shù)應(yīng)與其真數(shù)相同。二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的初步整理是列表，可分為數(shù)據(jù)記錄表與結(jié)果計(jì)算表兩種，它們是一種專門的表格。實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表是根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容而設(shè)計(jì)的，必須在實(shí)驗(yàn)正式開始之前列出表格。例如：流體流動阻力的測定，實(shí)驗(yàn)的原始記錄表形式如下：表12序號體積流量,L/s時(shí)間,s沿程損失讀數(shù),cm局部損失讀數(shù),cm左右012在實(shí)驗(yàn)過程中完成一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測試，必須及時(shí)地將有關(guān)數(shù)據(jù)記錄在表內(nèi)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)完成時(shí)得到一張完整的原始數(shù)據(jù)記錄表。切忌采用按操作崗位獨(dú)自記錄，最后在實(shí)驗(yàn)完成后，重新整理成原始數(shù)據(jù)記錄方法，這種方法既費(fèi)時(shí)又易造成差錯(cuò)。流體流動阻力實(shí)驗(yàn)的運(yùn)算表格形式如下：表13序號流量m3/s流速m/sRe10-4沿程損失mH2O摩擦系數(shù)10-2局部損失mH2O阻力系數(shù)為了得到關(guān)于實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果的完整概念，表中所列數(shù)據(jù)應(yīng)該是足夠和必須的。同時(shí)，在相同條件下的重復(fù)試驗(yàn)也應(yīng)該列入表內(nèi)。擬制實(shí)驗(yàn)表時(shí)，應(yīng)該注意下列事項(xiàng)：（1） 列表的表頭要列出變量名稱、單位的因次。單位不宜混在數(shù)字中，以致分辨不清；（2） 數(shù)字記錄要注意有效位數(shù)，它要與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度相匹配。（3） 數(shù)據(jù)較大或較小時(shí)就用浮點(diǎn)數(shù)表示，階數(shù)部分（即n）應(yīng)記錄在表頭；（4） 列表的標(biāo)題要清楚、醒目、能恰當(dāng)說明問題。2、圖形法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在一定坐標(biāo)紙上繪成圖形，其優(yōu)點(diǎn)是簡單直觀，便于比較，容易看出數(shù)據(jù)間的聯(lián)系及變化規(guī)律，查找方便?，F(xiàn)在就有關(guān)問題介紹如下：（1）坐標(biāo)的選擇化工通常的坐標(biāo)有直角坐標(biāo)，對數(shù)坐標(biāo)和半對數(shù)坐標(biāo)。根據(jù)預(yù)測的函數(shù)形式選擇不同形式。通?？傁Ｍ麍D形能呈直線，以便用方程表示，因此一般線性函數(shù)采用直角坐標(biāo)，冪函數(shù)采用對數(shù)坐標(biāo)，指數(shù)函數(shù)采用半對數(shù)坐標(biāo)。（2）坐標(biāo)的分度習(xí)慣上橫坐標(biāo)是自變量x，縱坐標(biāo)表示因變量y，坐標(biāo)分度是指x、y軸每條坐標(biāo)所代表數(shù)值的大小，它以閱讀、使用、繪圖以及能真實(shí)反映因變關(guān)系為原則。為了盡量利用圖面，分度值不一定自零開始，可以用變量的最小值整數(shù)值作為坐標(biāo)起點(diǎn)，而高于最大值的某一整數(shù)值為坐標(biāo)的終點(diǎn)。坐標(biāo)的分度不應(yīng)過細(xì)或過粗，應(yīng)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精度相匹配，一般最小的分度值為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效數(shù)字最后第二位，即有效數(shù)字最末位在坐標(biāo)上剛好是估計(jì)值。當(dāng)標(biāo)繪的圖線為曲線時(shí)，其主要的曲線斜率應(yīng)以接近1為宜。（3）坐標(biāo)分度值的標(biāo)記在坐標(biāo)紙上應(yīng)將主坐標(biāo)分度值標(biāo)出，標(biāo)記時(shí)所有有效數(shù)字位數(shù)應(yīng)與原始數(shù)據(jù)的有效數(shù)字相同，另外每個(gè)坐標(biāo)軸必須注明名稱、單位和坐標(biāo)方向。（4）數(shù)據(jù)描點(diǎn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)是將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)畫到坐標(biāo)紙上，若在同一圖上表示不同組的數(shù)據(jù)，應(yīng)以不同的符號（如等）加一區(qū)別。（5）繪制曲線繪制曲線應(yīng)遵循以下原則：曲線應(yīng)光滑均整，盡量不存在轉(zhuǎn)折點(diǎn)，必要時(shí)也可以有少數(shù)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。曲線經(jīng)過之處應(yīng)盡量與所有點(diǎn)相接近。曲線不必通過圖上各點(diǎn)以及兩端任一點(diǎn)。一般兩端點(diǎn)的精度較差，作圖時(shí)不能作為主要依據(jù)。曲線一般不應(yīng)具有含糊不清的不連續(xù)點(diǎn)或其它奇異點(diǎn)。若將所有點(diǎn)分為幾組繪制曲線時(shí)，則在每一組內(nèi)位于曲線一側(cè)的點(diǎn)數(shù)應(yīng)與另一側(cè)的點(diǎn)數(shù)近似相等。3、方程法在化工原理實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常將獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或所繪制的圖形整理成方程式或經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式表示，以描述過程和現(xiàn)象及其變量間的函數(shù)關(guān)系。凡是自變量與因變量成線性關(guān)系或允許進(jìn)行線性化處理的場合，方程中的常數(shù)項(xiàng)均可用圖解法求得。把實(shí)驗(yàn)點(diǎn)標(biāo)成直線圖形，求得該直線的斜率m和截距b，便可得到直線的方程表示式：y=b+mx（1）直角坐標(biāo)直線的斜率可由圖中直角三角形y/x之比值求得,即也可選取直線上兩點(diǎn)，用下式計(jì)算：直線的截距b可以直接從圖上讀得，當(dāng)b不易從圖上讀得時(shí)可用下式計(jì)算：b=(y1x2-y2x1)/(x2-x1)（2）雙對數(shù)坐標(biāo)對于冪函數(shù)方程y=bxm 在雙對數(shù)坐標(biāo)表示為一直線：lgy=lgb+mlgx令Y=lgy；B=lgb；X=lgx上式該寫成：Y=B+mX上式表示若對原式x、y取對數(shù)，而將Y=lgy對X=lgx在直角坐標(biāo)上可得一條直線，直線的斜率：m=y/x=(Y2-Y1)/(X2-X1)=(lgy2- lgy1)/(lgx2-lgx1)為了避免將每個(gè)數(shù)據(jù)都換算成對數(shù)值，可以將坐標(biāo)的分度值按對數(shù)繪制（即雙對數(shù)坐標(biāo)），將實(shí)驗(yàn)x、y標(biāo)于圖上，則與先取對數(shù)再標(biāo)繪迪卡兒直角坐標(biāo)上所得結(jié)果是完全相同的。工程上均采用雙對數(shù)坐標(biāo)，把原數(shù)據(jù)直接標(biāo)在坐標(biāo)紙上。坐標(biāo)的原點(diǎn)為x=1，y=1，而不是零。因?yàn)閘g1=0,當(dāng)x=1時(shí)（即X=lg1=0），Y=B=lgb,因此x=1的縱坐標(biāo)上讀數(shù)y就是b。b值亦可用計(jì)算方法求出，即在直線上任取一組（x,y）數(shù)據(jù)，代入y=bxm 方程中，用已求得的m值代入即可算出b值。（3）單對數(shù)坐標(biāo)單對數(shù)坐標(biāo)是用于指數(shù)方程： lny=lna+bx即 lgy=lga+(b/2.3)x令 Y=lgyA=lgaB=b/2.3則上式改寫成Y=A+BX，此式在單對數(shù)坐標(biāo)上也是一條直線。（4）y=a/x在直線坐標(biāo)上為雙曲函數(shù)，若以yx-1作圖形，在直角坐標(biāo)上就為線性關(guān)系。4、用最小二乘法擬合曲線（1）什么是最小二乘法在化工實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常需要將試驗(yàn)獲得的一組數(shù)據(jù)（xi,yi）擬合成一條曲線，并最終擬合成經(jīng)驗(yàn)公式表示。在擬合中并不要求曲線經(jīng)過所有的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，只要求對于給定的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)其誤差i=yi-f(xi)按某一標(biāo)準(zhǔn)為最小。若規(guī)定最好的曲線是各點(diǎn)同曲線的偏差平方和為最小，這種方法稱為最小二乘法。實(shí)驗(yàn)點(diǎn)與曲線的偏差平方和為：（2）最小二乘法的應(yīng)用在工程中一般希望擬合曲線呈線性函數(shù)關(guān)系，因?yàn)榫€性關(guān)系最為簡單。下面介紹當(dāng)函數(shù)關(guān)系為線性時(shí)，用最小二乘法求式中的常數(shù)項(xiàng)。假設(shè)有一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（xi,yi）（i=1,2n）且此n個(gè)點(diǎn)落在一條直線附近。因此，數(shù)學(xué)模型為：f(x)=b+mx實(shí)驗(yàn)點(diǎn)與曲線的偏差平方和為： 令：根據(jù)最小二乘法原理，滿足偏差平方和為最小的條件必須是與，即整理得：同理：整理得：由式得：式代入式解得：相關(guān)系數(shù)r為：相關(guān)系數(shù)是用來衡量兩個(gè)變量線性關(guān)系密切程度的一個(gè)數(shù)量性指標(biāo)。r的絕對值總小于1，即。例題1 已知一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下，求它的擬合曲線。Xi12345Yi44.5688.5解 根據(jù)所給數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上標(biāo)出，由圖可見實(shí)驗(yàn)點(diǎn)可擬合成一條直線，擬合方程為：f（x）b+mx計(jì)算結(jié)果列于下表：141424.5493691848163258.52542.5m=例題1 附圖例題2 測定空氣在圓形直管中作湍流流動時(shí)的傳熱膜系數(shù)所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所列，若下述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可用準(zhǔn)數(shù)式關(guān)聯(lián)：Nu=aRem 試求式中的a與m值Re2.151042.561043.181043.461043.721044.15104Nu53.961.2707882.186.7解Nu=aRem lgNu=lga+mlgRe令y=lgNu，b=lga，x=lgRe有y=b+mx數(shù)據(jù)整理列于表中：XlgReYlgNux2(lgRe)2xy(lgRelgNu)4.33241.731618.76977.50204.40821.786819.43227.87664.50241.845120.27168.30744.53911.892120.60348.58844.57051.914320.88958.74934.61801.938021.32598.8497b=lga=-1.532a=0.0294Nu=0.0294Re0.7527 例題2 附圖第七節(jié) 實(shí)驗(yàn)各環(huán)節(jié)要求化工原理實(shí)驗(yàn)包括實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)；實(shí)驗(yàn)操作；測定、記錄和數(shù)據(jù)處理；實(shí)驗(yàn)報(bào)告編寫等四個(gè)主要環(huán)節(jié)，各個(gè)環(huán)節(jié)的具體要求如下：1實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)本實(shí)驗(yàn)課工程性很強(qiáng)，有許多問題需事先考慮、分析，并做好必要的準(zhǔn)備。要滿足達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹兴岢龅囊螅瑑H靠實(shí)驗(yàn)原理部分是不夠的，必須做到以下幾點(diǎn)：（1）認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)講義，復(fù)習(xí)課程教材以及參考書的有關(guān)內(nèi)容，明確本實(shí)驗(yàn)的目的與要求。（2）為培養(yǎng)能力，應(yīng)試圖對每個(gè)實(shí)驗(yàn)提出問題，帶著問題到實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場預(yù)習(xí)。在現(xiàn)場結(jié)合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，仔細(xì)查看設(shè)備流程，熟悉設(shè)備裝置的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)；測試儀表的種類及按裝位置。（3）明確操作程序與所要測定參數(shù)的項(xiàng)目，了解相關(guān)儀表的類型和使用方法以及參數(shù)的調(diào)整、實(shí)驗(yàn)測試點(diǎn)的分配等。（4）列出本實(shí)驗(yàn)需在實(shí)驗(yàn)室得到的全部原始數(shù)據(jù)和操作現(xiàn)象觀察項(xiàng)目的清單，畫出便于記錄的原始數(shù)據(jù)表格。（5）實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告，主要內(nèi)容如下：a實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容b實(shí)驗(yàn)基本原理和方案c實(shí)驗(yàn)裝置及流程圖（包括實(shí)驗(yàn)設(shè)備的名稱、規(guī)格與型號等）d實(shí)驗(yàn)操作步驟e實(shí)驗(yàn)布點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表格設(shè)計(jì)2實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)一般以34人為一小組合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前必須作好組織工作，做到既分工、又合作，每個(gè)組員要各負(fù)其責(zé)，并且要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候進(jìn)行輪換工作，這樣既能保證質(zhì)量，又能獲得全面的訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng)如下：（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備的啟動操作，應(yīng)按教材說明的程序逐項(xiàng)進(jìn)行，設(shè)備啟動前必須檢查；（a）對泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、真空泵等設(shè)備，啟動前先用手扳動聯(lián)軸節(jié)，看能否正常轉(zhuǎn)動。（b）設(shè)備、管道上各個(gè)閥門的開、閉狀態(tài)是否合乎流程要求。上述兩點(diǎn)皆為正常時(shí)，才能合上電閘，使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）操作過程中設(shè)備及儀表有異常情況時(shí)，應(yīng)立即按停車步驟停車并報(bào)告指導(dǎo)教師，對問題的處理應(yīng)了解其全過程，這是分析問題和處理問題的極好機(jī)會。（3）操作過程中應(yīng)隨時(shí)觀察儀表指示值的變動，確保操作過程在穩(wěn)定條件下進(jìn)行。出現(xiàn)不符合規(guī)律的現(xiàn)象時(shí)應(yīng)注意觀察研究，分析其原因，不要輕易放過。（4）停車前應(yīng)先后將有關(guān)汽源、水源、電源關(guān)閉，然后切斷電機(jī)電源，并將各閥門恢復(fù)至實(shí)驗(yàn)前所處的位置（開或關(guān)）。3 測定、記錄和數(shù)據(jù)處理（1）確定要測定哪些數(shù)據(jù)凡是對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有關(guān)或是整理數(shù)據(jù)時(shí)必需的參數(shù)都應(yīng)一一測定。原始數(shù)據(jù)記錄表的設(shè)計(jì)應(yīng)在實(shí)驗(yàn)前完成。原始數(shù)據(jù)應(yīng)包括工作介質(zhì)性質(zhì)、操作條件、設(shè)備幾何尺寸及大氣條件等。并不是所有數(shù)據(jù)都要直接測定，凡是可以根據(jù)某一參數(shù)推導(dǎo)出或根據(jù)某一參數(shù)由手冊查出的數(shù)據(jù)，就不必直接測定。例如水的粘度、密度等物理性質(zhì)，一般只要測出水溫后即可查出，因此不必直接測定水的粘度、密度，而應(yīng)該改測水的溫度。（2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分割一般來說，實(shí)驗(yàn)時(shí)要測的數(shù)據(jù)盡管有許多個(gè)，但常常選擇其中一個(gè)數(shù)據(jù)作為自變量來控制，而把其它受其影響或控制的隨之而變的數(shù)據(jù)作為因變量，如離心泵特性曲線就把流量選擇作為自變量，而把其它同流量有關(guān)的揚(yáng)程、軸功率、效率等作為因變量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果又往往要把這些所測的數(shù)據(jù)標(biāo)繪在各種坐標(biāo)系上，為了使所測數(shù)據(jù)在坐標(biāo)上得到分布均勻的曲線，這里就涉及到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均勻分割的問題?；ぴ韺?shí)驗(yàn)最常用的有兩種坐標(biāo)紙直角坐標(biāo)和雙對數(shù)坐標(biāo)，坐標(biāo)不同所采用的分割方法也不同。其分割值與實(shí)驗(yàn)預(yù)定的測定次數(shù)以及其最大、最小的控制量之間的關(guān)系如下：（a）對于直角坐標(biāo)系： （b）對于雙對數(shù)坐標(biāo)： （3）讀數(shù)與記錄（a）待設(shè)備各部分運(yùn)轉(zhuǎn)正常，操作穩(wěn)定后才能讀取數(shù)據(jù)，如何判斷是否已達(dá)穩(wěn)定？一般是經(jīng)兩次測定其讀數(shù)應(yīng)相同或十分相近。當(dāng)變更操作條件后各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定需要一定的時(shí)間，因此也要待其穩(wěn)定后方可讀數(shù)，以排除因儀表滯后現(xiàn)象導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)的情況，否則易造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果無規(guī)律甚至反常。（b）同一操作條件下，不同數(shù)據(jù)最好是數(shù)人同時(shí)讀取，若操作者同時(shí)兼讀幾個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)盡可能動作敏捷。（c）每次讀數(shù)都應(yīng)與其它有關(guān)數(shù)據(jù)及前一點(diǎn)數(shù)據(jù)對照，看看相互關(guān)系是否合理？如不合理應(yīng)查找原因，是現(xiàn)象反常還是讀錯(cuò)了數(shù)據(jù)？并要在記錄上注明。（d）所記錄的數(shù)據(jù)應(yīng)是直接讀取的原始數(shù)值，不要經(jīng)過運(yùn)算后記錄，例如秒表讀數(shù)1分23秒，應(yīng)記為138，不要記為83。（e）讀取數(shù)據(jù)必須充分利用儀表的精度，讀至儀表最小分度以下一位數(shù)，這個(gè)數(shù)應(yīng)為估計(jì)值。如水銀溫度計(jì)最小分度為0.1，若水銀柱恰指22.4時(shí)，應(yīng)記為22.40。注意過多取估計(jì)值的位數(shù)是毫無意義的。碰到有些參數(shù)在讀數(shù)過程中波動較大，首先要設(shè)法減小其波動。在波動不能完全消除情況下，可取波動的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)兩個(gè)數(shù)據(jù)，然后取平均值，在波動不很大時(shí)可取一次波動的高低點(diǎn)之間的中間值作為估計(jì)值。（f）不要憑主觀臆測修改記錄數(shù)據(jù)，也不要隨意舍棄數(shù)據(jù)，對可疑數(shù)據(jù)，除有明顯原因，如讀錯(cuò)、誤記等情況使數(shù)據(jù)不正?？梢陨釛壷?，一般應(yīng)在數(shù)據(jù)處理時(shí)檢查處理。（g）記錄完畢要仔細(xì)檢查一遍，有無漏記或記錯(cuò)之處，特別要注意儀表上的計(jì)量單位。實(shí)驗(yàn)完畢，須將原始數(shù)據(jù)記錄表格交指導(dǎo)教師檢查并簽字，認(rèn)為準(zhǔn)確無誤后方可結(jié)束實(shí)驗(yàn)。（4）數(shù)據(jù)的整理及處理（a）原始記錄只可進(jìn)行整理，絕不可以隨便修改。經(jīng)判斷確實(shí)為過失誤差造成的不正確數(shù)據(jù)須注明后可以剔除不計(jì)入結(jié)果。（b）采用列表法整理數(shù)據(jù)清晰明了，便于比較，一張正式實(shí)驗(yàn)報(bào)告一般要有四種表格：原始數(shù)據(jù)記錄表、中間運(yùn)算表、綜合結(jié)果表和結(jié)果誤差分析表。中間運(yùn)算表之后應(yīng)附有計(jì)算示例，以說明各項(xiàng)之間的關(guān)系。（c）運(yùn)算中盡可能利用常數(shù)歸納法，以避免重復(fù)計(jì)算，減少計(jì)算錯(cuò)誤。例如流體阻力實(shí)驗(yàn)，計(jì)算Re和值，可按以下方法進(jìn)行。例如，Re的計(jì)算其中、在水溫不變或變化甚小時(shí)可視為常數(shù)，合并為，故有的值確定后，改變值可算出Re值。又例如，管內(nèi)磨擦系數(shù)值的計(jì)算，由直管阻力計(jì)算公式得 式中常數(shù)又實(shí)驗(yàn)中流體壓降，用U型壓差計(jì)讀數(shù)測定，則式中常數(shù)將代入上式整理為 式中常數(shù)為僅有變量和，這樣的計(jì)算非常方便。（d）實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論用列表法、圖示法或回歸分析法來說明都可以，但均需標(biāo)明實(shí)驗(yàn)條件。列表法、圖示法和回歸分析法詳見第三章實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。4、編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告是實(shí)驗(yàn)工作的全面總結(jié)和系統(tǒng)概括，是實(shí)踐環(huán)節(jié)中不可缺少的一個(gè)重要組成部分。化工原理實(shí)驗(yàn)具有顯著的工程性，屬于工程技術(shù)科學(xué)的范疇，它研究的對象是復(fù)雜的實(shí)際問題和工程問題，因此化工原理的實(shí)驗(yàn)報(bào)告可以按傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式或小論文格式撰寫。4.1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式本課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容應(yīng)包括以下幾項(xiàng)：（1）實(shí)驗(yàn)名稱，報(bào)告人姓名、班級及同組實(shí)驗(yàn)人姓名，實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)，指導(dǎo)教師，實(shí)驗(yàn)日期，上述內(nèi)容作為實(shí)驗(yàn)報(bào)告的封面。（2）實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮喢鞫笠卣f明為什么要進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)要解決什么問題。（3）實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)（實(shí)驗(yàn)原理）簡要說明實(shí)驗(yàn)所依據(jù)的基本原理，包括實(shí)驗(yàn)涉及的主要概念，實(shí)驗(yàn)依據(jù)的重要定律、公式及據(jù)此推算的重要結(jié)果。要求準(zhǔn)確、充分。（4）實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖簡單地畫出實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖和測試點(diǎn)、控制點(diǎn)的具體位置及主要設(shè)備、儀表的名稱。標(biāo)出設(shè)備、儀器儀表及調(diào)節(jié)閥等的標(biāo)號，在流程圖的下方寫出圖名及與標(biāo)號相對應(yīng)的設(shè)備、儀器等的名稱。（5）實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)及注意事項(xiàng)根據(jù)實(shí)際操作程序劃分為幾個(gè)步驟，并在前面加上序數(shù)詞，以使條理更為清晰。對于操作過程的說明應(yīng)簡單、明了。對于容易引起設(shè)備或儀器儀表損壞、容易發(fā)生危險(xiǎn)以及一些對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響比較大的操作，應(yīng)在注意事項(xiàng)中注明，以引起注意。（6）原始數(shù)據(jù)記錄記錄實(shí)驗(yàn)過程中從測量儀表所讀取的數(shù)值。讀數(shù)方法要正確，記錄數(shù)據(jù)要準(zhǔn)確，要根據(jù)儀表的精度決定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效數(shù)字的位數(shù)。（7）數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理是實(shí)驗(yàn)報(bào)告的重點(diǎn)內(nèi)容之一，要求將實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)經(jīng)過整理、計(jì)算、加工成表格或圖的形式。表格要易于顯示數(shù)據(jù)的變化規(guī)律及各參數(shù)的相關(guān)性；圖要能直觀地表達(dá)變量間的相互關(guān)系。化工原理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均可采用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行自動處理，只要求學(xué)生以某一組原始數(shù)據(jù)為例，列出計(jì)算過程，以掌握本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理表中的結(jié)果是如何得到的。（8）實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與討論是作者理論水平的具體體現(xiàn)，也是對實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)果進(jìn)行的綜合分析研究，是工程實(shí)驗(yàn)報(bào)告的重要內(nèi)容之一，主要內(nèi)容包括：（a）從理論上對實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果進(jìn)行分析和解釋，說明其必然性；（b）對實(shí)驗(yàn)中的異?，F(xiàn)象進(jìn)行分析討論，說明影響實(shí)驗(yàn)的主要因素；（c）分析誤差的大小和原因，指出提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的途徑；（d）將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與前人和他人的結(jié)果對比，說明結(jié)果的異同，并解釋這種異同；（e）本實(shí)驗(yàn)結(jié)果在生產(chǎn)實(shí)踐中的價(jià)值和意義，推廣和應(yīng)用效果的預(yù)測等；（f）由實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出進(jìn)一步的研究方向或?qū)?shí)驗(yàn)方法及裝置提出改進(jìn)建議等。（9）思考題結(jié)合實(shí)驗(yàn)過程及實(shí)驗(yàn)原理，分析回答思考題。42 小論文格式 科學(xué)論文有其獨(dú)特的寫作格式，其構(gòu)成常包括以下部分：標(biāo)題，作者，單位，摘要，關(guān)鍵詞，前言（或引言、序言），正文，結(jié)論（或結(jié)果討論），致謝，參考文獻(xiàn)等。對于綜合性、提高性實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求以小論文形式。 （1）標(biāo)題標(biāo)題又叫題目，它是論文的總綱，是文獻(xiàn)檢索的依據(jù)，是全篇文章的實(shí)質(zhì)與精華，也是引導(dǎo)讀者判斷是否閱讀該文的一個(gè)依據(jù)。因此要求標(biāo)題能準(zhǔn)確地反映論文的中心內(nèi)容。（2）作者和單位署名作者只限于那些選定研究課題和制定研究方案，直接參加全部或主要研究工作，做出主要貢獻(xiàn)并了解論文報(bào)告的全部內(nèi)容，能對全部內(nèi)容負(fù)責(zé)解答的人。工作單位寫在作者名下。 （3）摘要（abstract）撰寫摘要的目的是讓讀者一目了然本文研究了什么問題，用什么方法，得到什么結(jié)果，這些結(jié)果有什么重要意義，是對論文內(nèi)容不加注解和評論的概括性陳述，是全文的高度濃縮，一般是文章完成后，最后提煉出來的。摘要的長短一般幾十個(gè)字至300字為宜。（4）關(guān)鍵詞（Key words）關(guān)鍵詞是將論文中起關(guān)鍵作用的、最說明問題的、代表論文內(nèi)容特征的或最有意義的詞選出來，便于檢索的需要。可選38個(gè)關(guān)鍵詞。（5）前言前言，又叫引言、導(dǎo)言、序言等，是論文主體部分的開端。前言一般包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容：（a）研究背景和目的：說明從事該項(xiàng)研究的理由，其目的與背景是密不可分的，便于讀者去領(lǐng)會作者的思路，從而準(zhǔn)確地領(lǐng)會文章的實(shí)質(zhì)。（b）研究范圍：指研究所涉及的范圍或所取得成果的適用范圍。 （c）相關(guān)領(lǐng)域里前人的工作和知識空白：實(shí)事求是地交代前人已做過的工作或是前人并未涉足的問題，前人工作中有什么不足并簡述其原因。（d）研究方法：指研究采用的實(shí)驗(yàn)方法或?qū)嶒?yàn)途徑。前言中只提及方法的名稱即可，無須展開細(xì)述。（e）預(yù)想結(jié)果和意義：扼要提出本文將要解決什么問題以及解決這些問題有什么重要意義。前言貴在言簡意明，條理清晰，不與摘要雷同。比較短的論文只要一小段文字作簡要說明，則不用“引言”或“前言”兩字。（6）正文部分 這是論文的核心部分。這一部分的形式主要根據(jù)作者意圖和文章內(nèi)容決定，不可能也不應(yīng)該規(guī)定一個(gè)統(tǒng)一的形式，下面只介紹以實(shí)驗(yàn)為研究手段的論文或技術(shù)報(bào)告，包括以下幾部分：（a）實(shí)驗(yàn)原材料及其制備方法。（b）實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備、裝置和儀器等。（c）實(shí)驗(yàn)方法和過程，說明實(shí)驗(yàn)所采用的是什么方法，實(shí)驗(yàn)過程是如何進(jìn)行的，操作上應(yīng)注意什么問題。要突出重點(diǎn)，只寫關(guān)鍵性步驟。如果是采用前人或他人的方法，只寫出方法的名稱即可；如果是自己設(shè)計(jì)的新方法，則應(yīng)寫得詳細(xì)些。在此詳細(xì)說明本文的研究工作過程，包括理論分析和實(shí)驗(yàn)過程，可根據(jù)論文內(nèi)容分成若干個(gè)標(biāo)題來敘述其演變過程或分析結(jié)論的過程，每個(gè)標(biāo)題的中心內(nèi)容也是本文的主要結(jié)果之一?；蛘哒f整個(gè)文章有一個(gè)中心論點(diǎn)，每個(gè)標(biāo)題是它的分論點(diǎn)，它是從不同角度、不同層次支持、證明中心論點(diǎn)的一些觀點(diǎn)，他們又可以看作是中心論點(diǎn)的論據(jù)。（7）實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析討論這部分內(nèi)容是論文的重點(diǎn)，是結(jié)論賴以產(chǎn)生的基礎(chǔ)。需對數(shù)據(jù)處理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步加以整理，從中選出最能反映事物本質(zhì)的數(shù)據(jù)或現(xiàn)象，并將其制成便于分析討論的圖或表。分析是指從理論（機(jī)理）上對實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果加以解釋，闡明自己的新發(fā)現(xiàn)或新見解。寫這部分時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：（a）選取數(shù)據(jù)時(shí)，必須嚴(yán)肅認(rèn)真，實(shí)事求是。選取數(shù)據(jù)要從必要性和充分性兩方面去考慮，決不可隨意取舍，更不能偽造數(shù)據(jù)。對于異常的數(shù)據(jù)，不要輕易刪掉，要反復(fù)驗(yàn)證，查明是因工作差錯(cuò)造成的，還是事情本來就如此，還是意外現(xiàn)象。（b）對圖和表，要精心設(shè)計(jì)、制作，圖要能直觀地表達(dá)變量間的相互關(guān)系；表要易于顯示數(shù)據(jù)的變化規(guī)律及各參數(shù)的相關(guān)性。（c）分析問題時(shí)，必須以事實(shí)為基礎(chǔ)，以理論為依據(jù)。總之，在結(jié)果與分析中既要包含所取得的結(jié)果，還要說明結(jié)果的可信度、再現(xiàn)性、誤差，以及與理論或分析結(jié)果的比較、經(jīng)驗(yàn)公式的建立、尚存在的問題等等。（8）結(jié)論（結(jié)束語）結(jié)論是論文在理論分析和計(jì)算結(jié)果（實(shí)驗(yàn)結(jié)果）中分析和歸納出的觀點(diǎn)，它是以結(jié)果和討論（或?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證）為前提，經(jīng)過嚴(yán)密的邏輯推理做出的最后判斷，是整個(gè)研究過程的結(jié)晶，是全篇論文的精髓。據(jù)此可以看出研究成果的水平。（9）致謝致謝的作用主要是為了表示尊重所有合作者的勞動。致謝對象包括除作者以外所有對研究工作和論文寫作有貢獻(xiàn)、有幫助的人，如：指導(dǎo)過論文的專家、教授；幫助搜集和整理過資料者；對研究工作和論文寫作提過建議者等。（10）參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)反映作者的科學(xué)態(tài)度和研究工作的依據(jù)，也反映作者對文獻(xiàn)掌握的廣度和深度，可提示讀者查閱原始文獻(xiàn)，同時(shí)也表示作者對他人成果的尊重。一般來說，前言部分所列的文獻(xiàn)都應(yīng)與主題有關(guān)；在方法部分，常需引用一定的文獻(xiàn)與之比較；在討論部分，要將自己的結(jié)果與同行的有關(guān)研究進(jìn)行比較，這種比較都要以別人的原始出版物為基礎(chǔ)。對引用的文獻(xiàn)按其在論文中出現(xiàn)的順序，用阿拉伯?dāng)?shù)字連續(xù)編碼，并順序排列。 被引用的文獻(xiàn)為期刊論文的單篇文獻(xiàn)時(shí)，著錄格式為：“順序號 作者題名J 刊名，出版年，卷號（期號），引文所在的起止頁碼”，例如1。 被引用的文獻(xiàn)為圖書、科技報(bào)告等整本文獻(xiàn)時(shí)，著錄格式為：“順序號 作者文獻(xiàn)書名M版本（第一版本不標(biāo)注）出版地址：出版者，出版年”，例如21 劉曉華，李淞平螺旋線圈強(qiáng)化管內(nèi)單相流體傳熱的研究J石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2001，14（3），57592 趙汝溥，管國鋒化工原理M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.7190191 （11）附錄 附錄是在論文末尾作為正文主體的補(bǔ)充項(xiàng)目，并不是必需的。對于某些數(shù)量較大的重要原始數(shù)據(jù)、篇幅過大不便于作正文的材料、對專業(yè)同行有參考價(jià)值的資料等可作為附錄，放在論文的最后（參考文獻(xiàn)之后）。（12）外文摘要對于正式發(fā)表的論文，有些刊物要求要有外文摘要。通常是將中文標(biāo)題（Topic）、作者（Author）、摘要（Abstract）、及關(guān)鍵詞（Key Words）譯為英文。排放位置因刊物而異。 用論文形式撰寫化工原理實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，可極大地提高學(xué)生寫作能力、綜合應(yīng)用知識能力和科研能力?？蔀閷W(xué)生今后撰寫畢業(yè)論文和工作后撰寫學(xué)術(shù)論文打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，是一種綜合素質(zhì)和能力培養(yǎng)的重要手