化工原理实验讲义
合肥学院化学与材料工程系
实验一 流量计校核实验
一、实验目的
1．了解孔板流量计、文丘里流量计的构造、原理、性能及使用方法。 2．掌握流量计的标定方法。 3．学习合理选择坐标系的方法。
二、实验原理
流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量有如下关系：
采用正U 形管压差计测量压差时，流量Vs 与压差计读数R 之间关系有： (1)
式中： V s 被测流体（水或空气）的体积流量，m 3/s ； C 流量系数（或称孔流系数），无因次； A 0 流量计最小开孔截面积，m 2，A 0=(π/4)d 02； 下上－P P 流量计上、下游两取压口之间的压差，P a ；
ρ 被测流体（水或空气）的密度，Kg/m 3；
A ρ U 形管压差计内指示液的密度，Kg/m 3；
ρ１ 空气的密度，Kg/m 3；
R U 形管压差计读数，m ； 式3-1也可以写成如下形式：
()
ρ
下上－P P CA V s 20
=()
ρ
ρρ120
-=A s gR CA V
(1a)
若采用倒置U 形管测量压差：
ρgR P P ＝－下上
（忽略空气对测量的影响）则流量系数C 与流量的关系为：
(2)
用体积法测量流体的流量V s ，可由下式计算：
(3) (4)
式中：V s 水的体积流量，m 3/s ；
△t 计量桶接受水所用的时间，s ；
A 计量桶计量系数；
△h 计量桶液面计终了时刻与初始时刻的高度差，mm ，△h=h 2-h 1； V 在△t 时间内计量桶接受的水量，L 。
改变一个流量在压差计上有一对应的读数，将压差计读数 R 和流量V s 绘制成一条曲线即流量标定曲线。同时用式（1a ）或式（2）整理数据可进一步得到流量系数C —雷诺数Re 的关系曲线。
(5)
式中：d —实验管直径，m ； u —水在管中的流速，m/s 。
三、实验内容
1、以涡轮流量计为基准，对孔板流量计进行校核，并绘制校核曲线。
2、以转子流量计为基准，对孔板流量计进行校核，并绘制校核曲线。
四、思考题：
1、在孔板流量计的流量校正实验中为什么测试中要保证系统的充满水?
2、流量计校核实验中，如何检查系统排气是否完全?
ρ
ρρ)
1(2-=
A gR A V C s gR
A V C s
20=A
h V ??=t
V V s ??=
310μ
ρdu =
Re
实验二 离心泵特性曲线测定
一、实验目的
1. 了解离心泵结构与特性，学会离心泵的操作；
2. 掌握离心泵特性曲线测定方法。
二、基本原理
离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程H 、轴功率N 及效率η与泵的流量V 之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的外部表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用数学方法计算这一特性曲线，只能依靠实验测定。
1．扬程H 的测定与计算
在泵进、出口取截面列柏努利方程：
g
u u Z Z g p p H 2212
2121
2-+
-+-=ρ
式中：p 1,p 2——分别为泵进、出口的压强 N/m 2 ρ——流体密度 kg/m 3
u 1, u 2——分别为泵进、出口的流量m/s
g ——重力加速度 m/s 2
当泵进、出口管径一样，且压力表和真空表安装在同一高度，上式简化为：121
2Z Z g
p p H -+-=
ρ 由上式可知：只要直接读出真空表和压力表上的数值，就可以计算出泵的扬程。 2．轴功率N 的测量与计算
轴的功率可按下式计算：
w N ?=94.0 式中，N —泵的轴功率，W
w —电机输出功率，W
由上式可知：测定泵的轴功率，只需测定电机的输出功率，乘上功率转换中的倍率即可。 3．效率η的计算
泵的效率η是泵的有效功率Ne 与轴功率N 的比值。有效功率Ne 是单位时间内流体自泵得
到的功，轴功率N是单位时间内泵从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。
泵的有效功率Ne可用下式计算：
Ne=HVρg
故η=Ne/N=HVρg/N
三、实验装置与流程
离心泵性能特性曲线测定系统装置工艺控制流程图如图2-1：
图2-1 离心泵实验装置流程示意图
3．仪表控制柜面板如图2-2所示：
图2-2 流体力学综合实验装置仪表面板
1、空气开关
2、
3、4电源指示灯5、流量控制仪6、6路巡检仪（单位m3／h）：第一通道测量离心泵进口压力（单位：kpa），第二通道测量离心泵出口压力（单位：kpa），第三通道测量离心泵转速（单位：r／min）第四通道测量流体阻力压差（单位：pa）第五通道测量流体温度（单位：摄氏度），第六通道没用，7、功率表（单位：KW）8、仪表电源指示灯、9、仪表电源开关，10、变频器电源指示灯，11、变频器电源开关，12、离心泵电源指示灯、13、离心泵直接或变频器运行转换开关，1
4、离心泵启动按钮，1
5、离心泵停止按钮。
四、实验步骤及注意事项
1．灌泵
储水箱中出水到适当位置（大概三分之二处）关闭阀1、阀2、阀3、阀4、阀5、打开离心泵出口排气阀和进口灌水阀，用水杯从灌水阀灌水，气体从排汽阀排出，直到排水阀有水排出并且没有气泡灌水完毕，关闭排气阀和灌水阀。
2．启动水泵
打开控制柜上1空气开关，打开9仪表电源开关，仪表指示灯10亮，仪表上电，显示被测数据。
把转换开关转到直接位置，指示灯12亮，按一下离心泵启动按钮，离心泵运转，启动按钮指示灯亮，水泵启动完毕。
3数据采、记录原始数据8-10组。
4数据采集完毕后，按离心泵停止按钮，泵停止。
注意事项：
1、一般每次实验前，均需对泵进行灌泵操作，以防止离心泵气缚。同时注意定期对泵进行保养，防止叶轮被固体颗粒损坏。
2、泵运转过程中，勿触碰泵主轴部分，因其高速转动，可能会缠绕并伤害身体接触部位。实验数据记录
离心泵原始数据
五、实验报告
1．在同一张坐标纸上描绘一定转速下的H～V、N～V、η～V曲线
2．分析实验结果，判断泵较为适宜的工作范围。
六、思考题
1．试从所测实验数据分析，离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门？
2．启动离心泵之前为什么要引水灌泵？如果灌泵后依然启动不起来，你认为可能的原因是什么？
3．为什么用泵的出口阀门调节流量？这种方法有什么优缺点？十分还有其他方法调节流量？
4．泵启动后，出口阀如果打不开，压力表读数是否会逐渐上升？为什么？
5．正常工作的离心泵，在其进口管路上安装阀门是否合理？为什么？
6．试分析，用清水泵输送密度为1200Kg／m3的盐水（忽略密度的影响），在相同流量下你认为泵的压力是否变化？轴功率是否变化？
实验三 干燥速率曲线的测定实验
一、实验目的
1．熟悉常压洞道式（厢式）干燥器的构造和操作；
2．测定在恒定干燥条件（即热空气温度、湿度、流速不变、物料与气流的接触方式不变）下的湿物料干燥曲线和干燥速率曲线； 3．测定该物料的临界湿含量X 0； 4．掌握有关测量和控制仪器的使用方法。
二、基本原理
当湿物料与干燥介质相接触时，物料表面的水分开始气化，并向周围介质传递。根据干燥过程中不同期间的特点，干燥过程可分为两个阶段。
第一个阶段为恒速干燥阶段。在过程开始时，由于整个物料的湿含量较大，其内部的水分能迅速地达到物料表面。因此，干燥速率为物料表面上水分的气化速率所控制，故此阶段亦称为表面气化控制阶段。在此阶段，干燥介质传给物料的热量全部用于水分的气化，物料表面的温度维持恒定（等于热空气湿球温度），物料表面处的水蒸汽分压也维持恒定，故干燥速率恒定不变。
第二个阶段为降速干燥阶段，当物料被干燥达到临界湿含量后，便进入降速干燥阶段。此时，物料中所含水分较少，水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的气化速率，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。故此阶段亦称为内部迁移控制阶段。随着物料湿含量逐渐减少，物料内部水分的迁移速率也逐渐减少，故干燥速率不断下降。 恒速段的干燥速率和临界含水量的影响因素主要有：固体物料的种类和性质；固体物料层的厚度或颗粒大小；空气的温度、湿度和流速；空气与固体物料间的相对运动方式。 恒速段的干燥速率和临界含水量是干燥过程研究和干燥器设计的重要数据。本实验在恒定干燥条件下对帆布物料进行干燥，测定干燥曲线和干燥速率曲线，目的是掌握恒速段干燥速率和临界含水量的测定方法及其影响因素。 ⒈ 干燥速率的测定
τ
τ??≈=
S W Sd dW U '
'
（7-1）
式中：U —干燥速率，kg /（m 2
·h ）； S —干燥面积，m 2
，（实验室现场提供）； τ?—时间间隔，h ；
'W ?—τ?时间间隔内干燥气化的水分量，kg 。 ⒉ 物料干基含水量
'
'
'Gc Gc G X -= （7-2）
式中：X —物料干基含水量，kg 水/ kg 绝干物料； 'G —固体湿物料的量，kg ； 'Gc —绝干物料量，kg 。
⒊ 恒速干燥阶段，物料表面与空气之间对流传热系数的测定
tw
w tw r t t Sd r dQ Sd dW Uc )(''
-===αττ （7-3）
w
tw
t t r Uc -?=α
（7-4）
式中：α—恒速干燥阶段物料表面与空气之间的对流传热系数，W/（m 2
·℃）； Uc —恒速干燥阶段的干燥速率，kg/（m 2
·s ）； w t —干燥器内空气的湿球温度，℃； t —干燥器内空气的干球温度，℃； tw r —w t ℃下水的气化热，J/ kg 。 ⒋ 干燥器内空气实际体积流量的计算
由节流式流量计的流量公式和理想气体的状态方程式可推导出： 0
2732730t t
V V t t ++?=
（7-5）
式中：t V —干燥器内空气实际流量，m 3
/ s ； 0t —流量计处空气的温度，℃；
0t V —常压下t 0℃时空气的流量，m 3
/ s ；
t —干燥器内空气的温度，℃。
ρ
P
A C V t ???
?=2000
（7-6）
2004
d A π
=
（7-7）
式中：C 0—流量计流量系数，C 0=0.67
A 0—节流孔开孔面积，m 2
； d 0—节流孔开孔直径， d 0=0.050 m ； ΔP —节流孔上下游两侧压力差，Pa ； ρ—孔板流量计处0t 时空气的密度，kg/m 3
。
三、实验装置
1．装置流程
空气用风机送入电加热器，经加热的空气流入干燥室，加热干燥室中的湿毛毡后，经排出管道排入大气中。随着干燥过程的进行，物料失去的水分量由称重传感器和智能数显仪表记录下来。实验装置如图1所示。
图1 干燥装置流程图
1-风机2-可移动实验框架3-旁路阀4-气路管道5-差压传感器6-不锈钢孔板流量计
7-电加热管8-风量均布器9-支杆10、11-干球、湿球温度传感器12-可视门13-精密
称重传感器14-蝶阀 3 15-蝶阀 2 16-蝶阀 1 17-总电源空气开关18-仪表电源开关
19-变频器电源开关20-风机电源切换开关21-电加热管停止按钮22-干球温度手自
动切换开关及手动调节旋钮23-干球温度自动调节仪24-指示灯25-电加热管启动按钮
26-加热管电压指示27-智能风量控制仪28-智能多路液晶显示仪29-变频器（1）风机电源切换开关：有三个位：直接、停止、变频分别为风机电源由电网直接提供、风机停止和风机电源由变频器提供。
（2）智能多路液晶显示仪的1~3通道分别为：空气流量、湿球温度、称重重量。（3）风机电源切换开关：为3位开关，当开关打到左边位置时为直接电源给风机供电；当开关打到中间位置时为停止位置；当开关打到右边位置时为变频器输出电源给风机供电。相应上面的指示灯指示的是直接风机供电时的风机电源指示。
（4）风量控制：可通过仪表实现自动控制及调节旋钮实现手动风量控制，但风量不得低于50m3/h，否则会因为风量过小而使烧坏加热管。控制方法是：1）手动控制时，将风量手自动切换开关打到手动位置，通过调节手动旋钮即可对变频器输出控制，从而控制风机风量；2）自动控制时，将手自动切换开关打到自动位置，这时可通过仪表对变频器输出控制，从而也实现了对从而控制风机风量。
2．主要设备及仪器
（1）鼓风机：MY250W,250W
（2）电加热器：4.5KW
（3）干燥室：180mm×180mm×1250mm
（4）干燥物料：湿毛毡
（5）称重传感器：YZ108A型，0～300g。
（6）洞道干燥干燥面积＝0.03588m2 和0.03497m2
（7）洞道干燥控制仪表（AI－518）控制参数
M5＝100 P＝8 T＝200 CTRL＝4 CTL＝1
四、实验步骤与注意事项
（一）实验步骤
1．打开仪表控制柜上的仪表电源开关，开启仪表。
2．打开仪表控制柜上的风机电源开关，开启风机，这时加热管停止按钮灯亮。
3．按下加热管启动按钮，启动加热管电源，刚开始加热时，打开加热管电源开关，可通过仪表实现自动控制及调节旋钮实现手动控制干球温度。其方法是：（1）手动控制时，将手自动切换开关打到手动位置，通过调节手动旋钮即可对加热管电压实现控制，从而控制干球温度；（2）自动控制时，将手自动切换开关打到自动位置，这时可通过仪表对加热管的电压进行控制，从而也实现了对干球温度的控制。干燥室温度（干球温度）要求恒定在70℃。
3．将毛毡加入一定量的水并使其润湿均匀，注意水量不能过多或过少。
4．当干燥室温度恒定在70℃时,一定在老师的指导下或由老师将湿毛毡十分小心地悬挂于称重传感器下的托盘上。放置毛毡时应特别注意不能用力下拉，因称重传感器是非常精密的仪器，且其测量上限仅为300克，稍微的力均会完全损坏称重传感器导致不能再使用。
5．记录时间和毛毡和剩余水的重量，即为重量显示仪的读数，每分钟记录一次数据；每两分钟记录一次干球温度和湿球温度。
6．待毛毡恒重时，即为实验终了时，按下停止按钮，停止加热，注意保护称重传感器，一定在老师的指导下或由老师非常小心地取下毛毡。
7．等20分钟后，当干球温度降到30度左右时关闭风机电源、关闭仪表电源，清理实验设备。
（二）注意事项
1．必须先开风机，后开加热器，否则加热管可能会被烧坏。但目前该问题已从电路上解决。2．特别注意传感器是非常精密的仪器，且其负荷量仅为300克，放取毛毡时必须十分小心，一定要在老师的指导或由老师轻拿轻放，绝对不能下拉或用力上提，否则会完全损坏称重传感器导致不能再使用。
3．风量不得低于50m3/h，否则会因为风量过小而使烧坏加热管。
五、实验报告
1) 绘制干燥曲线（失水量~时间关系曲线），
2) 根据干燥曲线作干燥速率曲线，
3) 读取物料的临界湿含量，
4) 对实验结果进行分析讨论。
六、思考题
1．毛毡含水是什么性质的水分？
2．实验过程中干、湿球温度计是否变化？为什么？3．恒定干燥条件是指什么？
4．4．如何判断实验已经结束？
实验了四 对流给热系数的测定
一、实验目的
1、观察水蒸气在换热管外壁上的冷凝现象；
2、测定空气在圆直管内强制对流给热系数i α；
3、应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的值。
二、基本原理
在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以空气或水，水蒸气冷凝放热以加热空气或水，在传热过程达到稳定后，有如下关系式：
V ρC P (t 2－t 1)＝αi A i △tm （1-1）
式中： V ——被加热流体体积流量，m3/h ； Ρ——被加热流体密度，kg/m3； C P ——被加热流体平均比热，J/(kg ·℃)；
αi ——流体对内管内壁的对流给热系数，W/(m2·℃)； t 1、t 2——被加热流体进、出口温度，℃；
A i ——内管的外壁、内壁的传热面积，m2； △tm ——传热的对数平均温度差，℃； 122112
21
()()tm ln T t T t T t T t ---?=
-- （1-2）
式中：T 1、T 2——蒸汽进、出口温度，℃；
t 1、t 2——被加热流体进、出口温度，℃；
由式（1-2）可得：
210()tm
P i V C t t A ρα-=
（1-3） 若能测得被加热流体的V 、t 1、t 2，内管的换热面积A i ，以及蒸汽进、出口温度，则可通过式（1-3）算得实测的流体在管内的（平均）对流给热系数αi 。 流体在直管内强制对流时的给热系数，可按下列半经验公式求得：
湍流时： 4.08.0Pr Re 023
.0i
i d λ
α= （1-4）
式中：αi —— 流体在直管内强制对流时的给热系数，W/ (m 2·℃)； λ—— 流体的导热系数，W/(m 2·℃)；
d i —— 内管内径，m ；
Re —— 流体在管内的雷诺数，无因次； Pr —— 流体的普朗特数，无因次。
上式中，定性温度均为流体的平均温度，即t f = (t 1 + t 2) / 2。 过渡流时：
αi ’＝φαi （1-5）
式中：? 修正系数， 8.15
Re
10
61?-=?
⒉ 对流传热系数准数关联式的实验确定
流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为
n
i m
i i A Nu Pr Re =. （1-6）
其中：
i i
i i d Nu λα=
， i i i i i d u μρ=Re ， i i pi i c λμ=
Pr
物性数据λi 、c pi 、ρi 、μi 可根据定性温度t m 查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pr i 变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为：
4
.0Pr Re i
m
i i A Nu = （1-7） 这样通过实验确定不同流量下的Re i 与i Nu ，然后用线性回归方法确定A 和m 的值。
三、实验装置与流程
1．实验装置
实验装置如图1所示。
来自蒸汽发生器的水蒸气进入玻璃套管换热器，与来自水泵）的水进行热交换，冷凝水经疏水器排入地沟。冷水经涡轮流量计进入套管换热器内管（紫铜管），热交换后排出装置
外。
图1传热系数测定装置流程图
1-可移动框架2-中间储水箱3-液位控制浮球阀4-涡轮流量计5-水箱排水阀6 6-阀5 7-进水口8-水泵9-脚轮10-冷凝水排放口11-冷凝水排水阀4 12-蒸汽进汽口13-冷凝水调节阀2 14-蒸汽调节阀3 15-冷流体出口温度16-蒸汽压力表17-壁面右端温度18-排不宁性气体阀门19-蒸汽右端温度20-冷流体流量调节阀1 21-壁面左端温度22-蒸汽左端温度23-排不宁性气体阀门24-冷流体进口温度25-换热外套管26-换热紫铜管27-可视视窗
2．仪表箱面板图如2所示：
图2 仪表箱面板图
1-总电源指示灯2-空气开关3-仪表电源指示灯4-仪表电源开关5-风机电源指示灯6-风机电源开关7-温度巡检仪第一通道为流体进口温度，第二通道为流体出口温度，第三通道为左端蒸气温度，第四通道为右端蒸气温度
2．设备与仪表规格
（1）紫铜管规格：紫铜管外径＝21mm 紫铜管管厚＝1.5mm
（2）外套玻璃管规格：直径φ100×5mm，长度L=1000mm
（3）压力表规格：0～0.1Mpa
四、实验步骤与注意事项
（一）实验步骤
1、蒸气发生器加水，加热，把蒸气加热到额定压力下。
1．打开总电源空气开关，打开仪表及巡检仪电源开关，给仪表上电。
2．打开仪表台上的风机电源开关，让风机工作，同时打开冷流体入口阀门。
4．打开冷凝水出口阀，注意只开一定的开度，开的太大会让换热桶里的蒸汽跑掉，关的太小会使换热玻璃管里的蒸汽压力集聚而产生玻璃管炸裂。
5．在做实验前，应打开冷凝水排水阀4将蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水排除，否则夹带冷凝水的蒸汽会损坏压力表及压力变送器。具体排除冷凝水的方法是：关闭蒸汽进口阀门，打开装置下面的排冷凝水阀门，让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走，当听到蒸汽响时关闭冷凝水排除阀，可进行实验。
6．刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽进口阀3的阀门大小开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐加热，由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，以防止玻璃管因突然受热、受压而爆裂。
7．当一切准备好后，调节蒸汽进口阀3的开度，把蒸汽压力调到0.01Mpa，并保持蒸汽压力不变。（可通过调节排不宁性气体阀以及蒸汽进口阀3配合来实现。）
8．流量调节：
（1）手动调节1：可通过调节空气的进口阀1手动调节空气流流量，改变冷流体的流量到一定值，等稳定后记录实验数据。
9．记录3到8组实验数据，完成实验，关闭蒸汽进口阀与冷流体进口阀，关闭仪表电源和风机的电源。
10．关闭蒸汽发生器。
11．打开实验数据处理软件“对流给热系数测定实验”文件夹，运行“对流给热系数测定实验”，打开该组实验数据，进行实验数据分析处理。
（二）注意事项
1．先打开排冷凝水的阀，注意只开一定的开度，开的太大会让换热桶里的蒸汽跑掉，关的太小会使换热玻璃管里的蒸汽压力集聚而产生玻璃管炸裂。
2．一定要在套管换热器内管输以一定量的冷流体后，方可开启蒸汽阀门，且必须在排除蒸汽管线上原先积存的凝结水后，方可把蒸汽通入套管换热器中。
3．刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐加热，由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，以防止玻璃管因突然受热、受压而爆裂。3．操作过程中，蒸汽压力一般控制在0.02MPa（表压）以下，否则可能造成玻璃管爆裂和填料损坏。
4.确定各参数时，必须是在稳定传热状态下，随时注意惰气的排空和压力表读数的调整。
五、实验数据处理
原始数据记录表
六、实验报告
1．按冷流体给热系数的模型式：m A Re Nu/Pr 0.4 。确定式中常数A 及m 。 2. 将实验计算值与理论值进行比较，进行相应的结果分析。 3．绘制相应的实验曲线。
七、思考题
1．实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响?
2．蒸汽冷凝过程中，若存在不冷凝气体，对传热有何影响、应采取什么措施？ 3．实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响？如何及时排走冷凝水？ 4．实验中，所测定的壁温是靠近蒸汽侧还是冷流体侧温度？为什么？ 5．如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α关联式有何影响？
实验一不同水域水碱度的分析 实验项目性质：设计性实验 所属课程名称：环境化学及实验 实验计划学时： 4学时 水的碱度是指水中所含能与强酸定量作用的物质总量。 水中碱度的来源是多种多样的。地表水的碱度，基本上是碳酸盐、重碳酸盐及氢氧化物含量的函数，所以总碱度被当作这些成分浓度的总和。当水中含有硼酸盐、磷酸盐或硅酸盐等时，则总碱度的测定值也包含它们所起的作用。废水及其他复杂体系的水体中，还含有有机碱类、金属水解性盐类等，均为碱度组成成分。在这些情况下，碱度就成为一种水的综合性特征指标，代表能被强酸滴定的物质的总和。 碱度的测定值因使用的终点pH值不同而有很大的差异，只有当试样中的化学成分已知时，才能解释为具体的物质。对于天然水和未污染的地表水，可直接用酸滴定至pH为8.3时消耗的量，为酚酞碱度。以酸滴定至pH为4.4-4.5时消耗的量，为甲基橙碱度。通过计算，可以求出相应的碳酸盐、重碳酸盐和氢氧根离子的含量；对于废水、污水，则由于组分复杂，这种计算无实际意义，往往需要根据水中物质的组分确定其与酸作用达到终点时的pH值。然后，用酸滴定以便获得分析者感兴趣的参数，并做出解释。 1.方法的选择 用标准酸滴定水中碱度是各种方法的基础。有两种常用的方法，即酸碱指示剂滴定法和电位滴定法。电位滴定法根据电位滴定曲线在终点时的突跃，确定特定pH值下的碱度，他不受水样浊度、色度的影响，适用范围较广。用指示剂判断滴定终点的方法简便快速、适用于控制性试验及例行分析。二法均可根据需要和条件选用。 2.样品保存 样品采集后应在4℃保存，分析前不应打开瓶塞，不能过滤、稀释或浓缩。样品应用于采集后的当天进行分析，特别是当样品中含有可水解盐类或含有可氧化态阳离子时，应及时分析。 实验目的： 1.了解不同水域水碱度的意义
环境工程微生物学讲义 本课程是环境学院各专业学生的专业基础课；与另一门课《环境微生物学实验》相结合，构成一个完 整的体系；本课程强调每个学生要动手，通过实验，加深对讲课内容的理解和记忆；本课程内容分两大部分：一是微生物学的基础知识；二是微生物学在环境领域中的应用。 绪论 主要内容： 环境微生物学的研究对象和任务研究对象研究任务微生物学概述微生物的定义微生物的特点原核微生物与真核微生物微生物的命名与分类第一节环境工程微生物学的研究对象和任务一、环境微生物学的研究对象定义：环境微生物学是研究与环境领域（包括环境工程、给水排水工程）有关的微生物及其生命活动 规律。?其内容包括：微生物个体形态、群体形态；细胞结构功能、生理特性、生长繁殖、遗传变异 等；微生物与环境的关系（尤其是微生物与污染环境之间的关系）；微生物对物质的转化分解作用（特 别是应用微生物来处理各种污染物质，如废水、废气和固体废弃物）。二、环境工程微生物学的研究任务 总的归纳起来有两大方面的任务： （1）防止或消除有害微生物 （2）充分利用有益的微生物资源 三、微生物在环境污染治理（水处理）中的应用
１）在环境监测方面（水污染的监测） 利用在环境中生存的生物的种类、数量、活性等特征，来判断环境状况的好坏。这些生物称为指示生 物。 生物监测的优缺点： 生物监测的主要优越性： (a)长期性——汇集了生物在整个生活时期中环境因素改变的情况，可以反映 当地的环境变化； (b)综合性——能反映环境诸因子、多成分对生物有机体综合作用的结果； (c)直观性——直接把污染物与其毒性联系起来； (d)灵敏性——有时甚至具有比精密仪器更高的灵敏性，有助于提早发现环境 污染。生物监测的主要缺点： (a)定量化程度不够； (b)需要一定的专业知识和经验。 ２）在环境治理方面 包括水、大气、固体废弃物处理方面其中特别在水处理方面，有着大量成功应用的例子。 第二节微生物概述一、微生物的定义 微生物是指所有形体微小，用肉眼无法看到，须借助于显微镜才能看见的，单细胞或个体结构简单的 多细胞，或无细胞结构的低等生物的统称。 Too small to be seen with naked eyes 二、微生物的特点
《材料科学基础》实验指导书 （试用） 院系： 班级： 姓名： 学号： 大连理工大学 年月日
实验目录 实验一金相显微镜的使用及金相试样制备方法（2学时）实验二金属材料的硬度（2学时）实验三 Sn-Pb二元平衡相图测试（2学时）实验四金相定量分析方法（2学时）实验五 Fe-C合金平衡组织观察（2学时）实验六材料弹性及塑性变形测定（2学时）实验七碳钢试样的制备及测试综合性实验（4学时）实验八金属塑性变形及回复再结晶设计性实验（6学时）实验九金属凝固组织及缺陷的观察（2学时）
实验一金相显微镜的使用及金相试样制备方法 一、实验目的 1）了解光学显微镜的原理及构造，熟悉其零件的作用。 2）学会正确操作和使用金相显微镜。 3）掌握金相试样的制备过程和基本方法。 二、实验设备与材料 实验设备：x-1型台式光学显微镜，磨样机、抛光机、砂轮机 实验材料：碳钢标准样品 三、实验内容 1.通过本次实验使学生了解光学显微镜并熟悉光学显微镜的构造和使用方法； 2.要求每个学生会实际操作光学显微镜，观察金相样品并测定其放大倍数。 3.演示并初步认识金相试样的制备过程及方法 四、实验报告撰写 撰写实验报告格式要求： 一、实验名称 二、实验目的 三、实验内容 包括：1. 光学显微镜的构造及其零部件的作用 2. 使用光学显微镜观察标准样品的收获 3. 概述金相试样制备过程及方法 四、个人体会与建议
实验二金属材料的硬度 一．实验目的 1.了解布氏、洛氏、维氏硬度的测试原理。 2.初步掌握各种硬度计的操作方法和使用注意事项。 二．实验设备和样品 1．布氏、洛氏、维氏硬度计 2．铁碳合金试样 三．实验内容和步骤 1.通过老师讲解，熟悉布氏和洛氏硬度计的原理、构造及正确的操作方法。 2.演示测定维氏硬度值，演示测定布氏和洛氏硬度值， 注：每个样品测量压痕数，由指导老师根据学生人数确定，保证每位学生可以操作硬度计1-2次。因为实验条件限制，所以不需要严格按照多次测量取平均值的要求进行实验。 四．实验报告内容 1．简述实验目的和步骤。 2．简要叙述布氏、洛氏、维氏硬度计的测量原理和特点。 3．写出测量步骤，附上实验结果。 4．总结各种硬度计的使用注意事项和使用体会。
一、水质指标 水质：水的品质，指水与其中所含的杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合特性。水质指标的种类：物理性指标，化学性指标，生物学指标 固体、碱度、硬度、COD、BOD、TOC、TOD 固体：在一定温度下（103~105℃），将一定体积的水样蒸发至干时，所残余的固体物质的总量 BOD：表示水中有机物在有氧条件下经好氧微生物氧化分解所需氧量。用单位体积污水所耗氧量表示（mg/L） 二、水中的杂质： 按颗粒大小分为：粗大颗粒物质、悬浮物质和胶体物质、溶解性物质 三、污水的类型：生活污水、工业废水、农业废水 四、沉淀的类型 四种类型：自由沉淀、絮凝沉淀、成层沉淀、压缩沉淀 五、浅层理论及其斜板沉淀池 浅层理论：水深为H的沉淀池分隔为n个水深为H/n的沉淀池，则当沉淀区长度为原来长度的1/n时，就可以处理与原来的沉淀池相同的水量，并达到完全相同的处理效果。沉淀池越浅，就越能缩短沉淀时间 斜板沉淀池：在工程实际应用中，采用分层沉淀池，排泥十分困难，所以一般将分层的隔板倾斜一个角度，以便能自行排泥，这种形式即为斜板沉淀池。 六、混凝 1、胶体双电层结构及其稳定性原因 （1）胶体结构：胶体结构很复杂，是由胶核、吸附层及扩散层三部分组成。 （2）胶体颗粒在污水中之所以具有稳定性，其原因有三： 首先，污水中的细小悬浮颗粒和胶体颗粒质量很轻，在污水中受水分子热运动的碰撞而作无规则的布朗运动； 同时，胶体颗粒本身带电，同类胶体颗粒带有同性电荷，彼此之间存在静电排斥力，从而不能相互靠近结成较大颗粒而下沉； 另外，许多水分子被吸引在胶体颗粒周围形成水化膜，阻止胶体与带相反电荷的离子中和，妨碍颗粒之间接触并凝聚下沉。 2、混凝的机理 污水中投入某些混凝剂后，胶体因电动电位ζ降低或消除而脱稳。脱稳的颗粒便相互聚集为较大颗粒而下沉，此过程称为凝聚，此类混凝剂称为凝聚剂。 但有些混凝剂可使未经脱稳的胶体也形成大的絮状物而下沉，这种现象称为絮凝，此类混凝剂称为絮凝剂。 按机理不同，混凝可分为压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕四种。 3、搅拌的作用 促使混合阶段所形成的细小矾花在一定时间内继续形成大的、具有良好沉淀性能的絮凝体（可见的矾花），以使其在后续的沉淀池内下沉。 七、离子交换 （1）实质：不溶性的离子化合物（离子交换剂）上的可交换离子与溶液中其他同性离子间的交换反应，是一种可逆的化学吸附过程，又称离子交换吸附。 (2) 结构：树脂本体、活性基团（由固定离子和活动离子组成） (3) 离子交换过程的主要特点在于：它主要吸附水中的离子，并与水中的离子进行等量交换（4）物理性能指标：外观、粒度、密度、含水率、溶胀性、机械强度、耐热性
实验六金属的塑性变形与再结晶 （Plastic Deformation and Recrystallization of Metals）实验学时：2 实验类型：综合 前修课程名称：《材料科学导论》 适用专业：材料科学与工程 一、实验目的 1．观察显微镜下变形孪晶与退火孪晶的特征； 2．了解金属经冷加工变形后显微组织及机械性能的变化； 3．讨论冷加工变形度对再结晶后晶粒大小的影响。 二、概述 1．显微镜下的滑移线与变形孪晶 金属受力超过弹性极限后，在金属中将产生塑性变形。金属单晶体变形机理指出，塑性变形的基本方式为：滑移和孪晶两种。 所谓滑移，是晶体在切应力作用下借助于金属薄层沿滑移面相对移动（实质为位错沿滑移面运动）的结果。滑移后在滑移面两侧的晶体位向保持不变。 把抛光的纯铝试样拉伸，试样表面会有变形台阶出现，一组细小的台阶在显微镜下只能观察到一条黑线，即称为滑移带。变形后的显微组织是由许多滑移带（平行的黑线）所组成。
在显微镜下能清楚地看到多晶体变形的特点：① 各晶粒内滑移带的方向不同（因晶粒方位各不相同）；② 各晶粒之间形变程度不均匀，有的晶粒内滑移带多（即变形量大），有的晶粒内滑移带少（即变形量小）；③ 在同一晶粒内，晶粒中心与晶粒边界变形量也不相同，晶粒中心滑移带密，而边界滑移带稀，并可发现在一些变形量大的晶粒内，滑移沿几个系统进行，经常看见双滑移现象（在面心立方晶格情况下很易发现），即两组平行的黑线在晶粒内部交错起来，将晶粒分成许多小块。（注：此类样品制备困难，需要先将样品进行抛光，再进行拉伸，拉伸后立即直接在显微镜下观察；若此时再进行样品的磨光、抛光，滑移带将消失，观察不到。原因是：滑移带是位错滑移现象在金属表面造成的不平整台阶，不是材料内部晶体结构的变化，样品制备过程会造成滑移带的消失。） 另一种变形的方式为孪晶。不易产生滑移的金属，如六方晶系的镉、镁、铍、锌等，或某些金属当其滑移发生困难的时候，在切应力的作用下将发生的另一形式的变形，即晶体的一部分以一定的晶面（孪晶面或双晶面）为对称面，与晶体的另一部分发生对称移动，这种变形方式称为孪晶或双晶。 孪晶的结果是：孪晶面两侧晶体的位向发生变化，呈镜面对称。所以孪晶变形后，由于对光的反射能力不同，在显微镜下能看到较宽的变形痕迹——孪晶带或双晶带。在密排六方结构的锌中，由于其滑移系少，则易以孪晶方式变形，在显微镜下看到变形孪晶呈发亮的竹叶状特征。（注：孪晶是材料内部晶体结构上的变化，样品制备过程不会造成孪晶的消失。） 对体心立方结构的Fe -α，在常温时变形以滑移方式进行；而在0℃以下受冲击载荷时，则以孪晶方式变形；而面心立方结构大多是以滑移方式变形的。 2．变形程度对金属组织和性能的影响
高等学校教材 环境工程学 实验 南开大学环境科学与工程学院 环境工程学实验室
目录 实验室实验 实验一沉淀实验 (2) 实验二混凝实验 (6) 实验三静态活性炭吸附实验 (8) 实验四动态活性炭吸附实验.......................................................... ..11 实验五气浮实验.............................................. (12) 实验六逆流气浮实验................................................. . (14) 实验七曝气设备充氧能力的测定实验 (16) 实验八污泥脱水实验 (20)
实验一沉淀实验 一、目的 通过沉淀实验，熟悉沉淀类型及各自特点，掌握沉淀曲线测试与绘制方法。 二、原理 浓度较稀的、粒状颗粒的沉淀属于自由沉淀，其特点是静沉过程中颗粒互不干扰、等速下沉，其沉速在层流区符合Stokes(斯笃克斯)公式。悬浮物浓度不太高，一般在600~700mg/L以下的絮状颗粒的沉淀属于絮凝沉淀，沉淀过程中由于颗粒相互碰撞，凝聚变大，沉速不断加大，因此颗粒沉速实际上是一变速。浓度大于某值的高浓度水，颗粒的下沉均表现为浑浊液面的整体下沉。这与自由沉淀、絮凝沉淀完全不同，后两者研究的都是一个颗粒沉淀时的运动变化特点，（考虑的是悬浮物个体），而对成层沉淀的研究却是针对悬浮物整体，即整个浑液面的沉淀变化过程。成层沉淀时颗粒间相互位置保持不变，颗粒下沉速度即为浑液面等速下沉速度。该速度与原水浓度、悬浮物性质等有关而与沉淀深度无关。但沉淀有效水深影响变浓区沉速和压缩区压实程度。为了研究浓缩，提供从浓缩角度设计澄清浓缩池所必需的参数，应考虑沉降柱的有效水深。此外，高浓度水沉淀过程中，器壁效应更为突出，为了能真实地反映客观实际状态，沉淀柱直径一般要≥200mm，而且柱内还应装有慢速搅拌装置，以消除器壁效应和模拟沉淀池内刮泥机的作用。 三试验设备材料 1. 沉淀用有机玻璃柱，内径d=150mm，高H=1600mm，内设搅拌装置转速1rpm，上设溢流管、取样口、进水管及放空管； 2. 配水系统一套（每套系统为两套沉淀装置供水），包括小车、污泥泵、水箱等； 3. 计量水深用标尺、计时用秒表； 4. 悬浮物定量分析用电子天平、定量滤纸、称量瓶、烘箱、抽滤装置、干燥器等装置； 5. 取样用100ml比色管、100ml量筒、瓷盘等。 四试验方法和步骤 1. 检查沉淀装置连接情况、保证各个阀门完全闭合；各种用具是否齐全。
实验一实验动物的基本操作技术 (2013年5月15日) 1.实验目的和要求 毒理学研究需要用实验动物来进行各种实验，通过对动物的实验观察和分析来研究毒作用，获得毒物的毒性、剂量—反应关系、毒作用机制等方面的资料，因此动物实验是毒理学研究中重要的手段之一。 通过本次学习毒理学实验中有关动物实验的基本操作技术，掌握实验动物的选择、动物抓取等技术。 2.实验原理 做毒理学实验，首先要了解实验动物选择的要求、实验样品的采集方法等。3．实验仪器设备： 小鼠若干，手套，苦味酸酒精饱和液，0.5％中性红或品红溶液，棉签，解剖剪刀10把，感应量为0.1g的天平一台。 4．实验内容步骤： (一)健康动物的选择 无论选择哪种种属品系的动物进行实验，均要求选择健康的实验动物。健康动物检查时要求达到：外观体形丰满，被毛浓密有光泽、紧贴体表，眼睛明亮，行动迅速，反应灵活，食欲及营养状况良好。选择时重点检查以下几项：l．眼睛明亮，瞳孔双侧等圆，无分泌物。 2．耳耳道无分泌物溢出，耳壳无脓疮。 3．鼻无喷嚏，无浆性粘液分泌物。 4．皮肤无创伤、无脓疮、疥癣、湿疹。 5．颈部要求颈项端正，如有歪斜提示可能存在内耳疾患，不应选作实验动物。 6．消化道无呕吐、腹泻，粪便成形，肛门附近被毛洁净。 7．神经系统无震颤、麻痹。若动物(大鼠、小鼠)出现圆圈动作或提尾倒置呈圆圈摆动，应放弃该动物。 8．四肢及尾四肢、趾及尾无红肿及溃疡。 (二)实验动物的性别鉴定
小鼠主要依据肛门与生殖孔间的距离区分，间距大者为雄鼠，小者为雌性。成年雄鼠卧位可见睾丸，雌性在腹部可见乳头。 (三)抓取方法 正确地抓取固定动物，是为了在不损害动物健康、不影响观察指标、并防止被动物咬伤的前提下，确保实验顺利进行， 小鼠的抓取方法先用右手抓取鼠尾提起，置于鼠笼或实验台上向后拉，在其向前爬行时，用左手拇指和食指抓住小鼠的两耳和颈部皮肤，将鼠体置于左手心中，把后肢拉直，以无名指按住鼠尾，小指按住后腿即可。 （四）编号、标记方法 1、称重鼠称的感应量在0.1g以下。o 2、标记方法 染色法：采用染料(苦味酸酒精饱和液)涂擦动物皮毛标记的方法进行编号。用毛笔或棉签蘸取染料涂于动物的不同部位，以苦味酸黄色斑点染料标记来表示不同号码。一般习惯涂在左前腿为1，左腰部为2，左后腿为3，头部为4，背部为5，尾基部为6，右前腿为7，右腰部为8，右后腿为9。如果动物编号超过10，需要10~100号码时，可采用在上述动物的不同部位，再涂染另一种涂料斑点，即表示相应的十位数，即左前腿为10，左腰部为20，以此类推。 5．注意事项： 在实验操作过程中，注意安全，以免被小鼠咬伤，防止小鼠丢失。同时要遵守实验操作规程。
岩石力学实验指导书
岩石力学实验指导书 修订版 王宝学杨同张磊编
北京科技大学 土木与环境工程学院 2008 年3 月 3
试验是岩石力学课程教学的重要环节，目的在于辅助课堂教学，直观培养学生的知识结构和动手能力。本指导书是根据我校“2005年教学大纲”，并结合我校的实验条件而编写，主要内容有：1、岩石天然含水率、吸水率及饱和吸水率试验；2、岩石比重试验； 3、岩石密度试验； 4、岩石耐崩解试验 5、岩石膨胀试验； 6、岩石冻融试验； 7、岩石单轴抗压强度试验， 8、岩石压缩变形试验， 9、岩石抗拉强度试验(巴西法)，10、岩石抗剪强度试验(变角剪法)，11、岩石三轴压缩及变形试验，12、岩石弱面抗剪强度试验，13、岩石点载荷指数测定试验，14、岩石纵波速度测定试验，15、岩石力学伺服控制刚性试验；16、岩石声发射试验。 本指导书的内容主要参照《水利水电工程岩石试验规程》（SL264-2001）；《水利电力工程岩石试验规程》DLJ204-81，SLJ2-81；同时参考了国际岩石力学会《岩石力学试验建议方法》，中华人民共和国国家标准《岩石试验方法标准》以及《露天采矿手册》等，由于我们水平有限，文中如有不当之处，欢迎读者批评指正。 编者：王宝学、杨同、张磊 2007年12月
岩石物理性质试验 (1) 一、岩石天然含水率、吸水率及饱和吸水率试验 (1) 二、岩石比重(颗粒密度)试验 (5) 三、岩石密度试验 (10) 四、岩石耐崩解试验 (17) 五、岩石膨胀试验 (20) 六、岩石冻融试验 (28) 岩石力学性质试验 (33) 七、岩石单轴抗压强度试验 (33) 八、岩石压缩变形试验 (39) 九、岩石抗拉强度试验（巴西法） (46) 十、岩石抗剪强度试验(变角剪切) (51) 十一、岩石三轴压缩及变形试验 (56) 十二、岩石弱面剪切强度试验 (68) 十三、点载荷指数的测定 (75) 十四、岩石纵波速度测定 (78) 十五、岩石力学伺服控制刚性试验 (80) 十六、岩石声发射试验 (86)
实验报告 实验课程：材料科学基础 学生姓名： 学号： 专业班级： 年月日
实验一浇注和凝固条件对铸锭组织的影响 一、实验目的 1. 研究金属注定的正常组织。 2. 讨论浇注和凝固条件对铸锭组织的影响。 3. 初步掌握宏观分析方法。 二、实验内容说明 金属铸锭（件）的组织一般分为三个区域：最外层的细等轴晶区，中间的柱状晶区和心部的粗等轴晶区。最外层的细等轴晶区由于厚度太薄，对铸锭（件）的性能影响不大；铸锭中间柱状晶区和心部的粗等轴晶区在生产上有较重要的意义，因此认为地控制和改变这两个区域的相对厚度，使之有利于实际产品，有很大意义。 铸锭的组织（晶区的数目、相对厚度、晶粒形状的大小等）除与金属材料的性质有关外，还受浇注和凝固条件的影响。因此当给定某种金属材料时，可借变更铸锭的浇注凝固条件来改变三晶区的大小和晶粒的粗细，从而获得不同的性能。 本实验是通过对不同的锭模材料、模壁厚度、模壁温度、浇注温度及用变质处理和振动等方法浇注成的铝锭的宏观组织的观察，对铸锭的组织形成和影响因素进行初步的探讨，并对金属研究中经常要采用的宏观分析方法进行一次初步的实践。 本实验用以观察的铸锭样品浇注和凝固条件如后表： 三、实验步骤 1. 教师介绍金属宏观分析方法，讲解各样品浇注和凝固条件。 2. 学员轮流观察各种样品，结合已知的浇注和凝固条件分析各样品宏观组织的形成过程。 3. 描述所观察到的各样品的宏观组织。 四、实验报告要求 1. 叙述浇注正常组织的形成过程。 2. 逐一描绘各试样的宏观组织图，分析浇注和凝固条件对铸锭（件）组织的影响。 五、思考题 1. 简述宏观组织的特点及分析方法。
环境工程学实验指 导书
《环境工程学》实验指导书 实验一混凝沉淀实验 实验名称：混凝沉淀实验 实验类型: 设计性实验 学时： 4学时 适用对象: 环境科学专业 一、实验目的 1. 观察混凝现象及过程，掌握混凝的净水机理及影响混凝效果 的主要因素。 2. 针对某一废水，由学生在给出的三种混凝剂中任选两种，实 验比较后确定自己认为合适的混凝剂。 3. 确定每种混凝剂的最佳投药量、pH值、搅拌速度及其它等三 种操作条件。 二、实验要求 1、学生学会测试不同废水的浊度水质指标； 2、根据废水水质选择所用的混凝剂类型； 3、根据实验结果计算出所选混凝剂对废水的去除效率； 4、实验前先由学生自己设计实验方案，然后根据实际提供的实验设备与试剂调整自己的方案并执行，得出自己的结论。锻炼分析解决实际问题的能力。 三、实验原理
根据研究，胶体微粒都带有电荷。天然水中的粘土类胶体微粒以及污水中的胶态蛋白质和淀粉微粒等都带有负电荷。微粒一般由胶核、固定层和扩散层组成。胶核和固定层一般称为胶粒，胶粒与扩散层之间有一个电位差，此电位称为ζ电位。胶粒在水中受几方面的影响：①带相同电荷的胶粒之间产生的静电斥力；②为例在水中作的不规则运动，即“布朗运动”；③胶粒之间的范德华引力；④水化作用，由于胶粒带电，将极性水分子吸引到它的周围形成一层水化膜，水化膜同样能阻止胶粒间相互接触。因此胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的分散状态。投加混凝剂能提供大量的正离子，能够压缩双电层，降低ζ电位，静电斥力减少，水化作用减弱；混凝剂水解后形成的高分子物质或直接加入水中的高分子物质一般具有链状结构，在胶粒与胶粒之间起吸附架桥作用，也有沉淀网捕作用。这样投加了混凝剂之后，胶体颗粒脱稳后相互聚结，逐渐变成大的絮凝体后沉淀。 四、实验所需仪器、设备、材料（试剂）（黑体，小4号字） 六联或磁力搅拌器1台 pH酸度计1台或pH 试纸 光电浊度计1台 温度计1支 250ml烧杯6个 ml烧杯1个，1000ml量筒1个 针管和移液管各1个
半导体材料的发展现状与趋势
半导体材料与器件发展趋势总结 材料是人类社会发展的物质基础与先导。每一种重大新材料的发现和应用都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。材料已成为人类发晨的里程碑。本世纪中期单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研究成功，导致了电子工业大革命。使微电子技术和计算机技术得到飞速发展。从20世纪70年代的初期，石英光纤材料和光学纤维的研制成功，以及GaAs 等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明，使光纤通信成为可能，目前光纤已四通八达。我们知道，每一束光纤，可以传输成千上万甚至上百万路电话，这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。超晶格概念的提出MBE、MOCVD先进生长技术发展和完善以及超品格量子阱材料包括一维量子线、零维量子点材料的研制成功。彻底改变了光电器件的设计思想。使半导体器件的设计与制造从过去的杂质工程发展到能带工程。出现了以“电学特性和光学特性的剪裁”为特征的新范畴，使人类跨入到以量子效应为基础和低维结构
的制作过程中，它要发生沉淀，沉淀时的体积要增大，会导致缺陷产生，这将直接影响器件和电路的性能。因此，为了克服这个困难，满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高，人们不得不采用硅外延片，就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样，可以有效地避免氧和碳等杂质的污染，同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法，还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结，这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产，8英寸的硅外延片，也正在从实验室走向工业生产；更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外，还有一些大功率器件，一些抗辐照的器件和电路等，也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的，它在生长时，不与石英容器接触，材料的纯度可以很高；利用这种材料，采用中子掺杂的办法，制成N或P型材料，用于大功率器件及电路的研制，特别是在空间用的抗辐照器件和电路方面，
材工《材料科学基础》实验指导书湖北工业大学材料科学与工程学院 2013.3
实验1 淬冷法研究相平衡 目的意义 在实际生产过程中，材料的烧成温度范围、升降温制度，材料的热处理等工艺参数的确定经常要用到专业相图。相图的制作是一项十分严谨且非常耗时的工作。淬冷法是静态条件下研究系统状态图（相图）最常用且最准确的方法之一。掌握该方法对材料工艺过程的管理及新材料的开发非常有用。 本实验的目的： 1.从热力学角度建立系统状态（物系中相的数目，相的组成及相的含量）和热力学条件（温度，压力，时间等）以及动力学条件（冷却速率等）之间的关系。 2.掌握静态法研究相平衡的实验方法之一──淬冷法研究相平衡的实验方法及其优缺点。 3.掌握浸油试片的制作方法及显微镜的使用，验证Na2O —SiO2系统相图。 基本原理 从热力学角度来看，任何物系都有其稳定存在的热力学条件，当外界条件发生变化时，物系的状态也随之发生变化。这种变化能否发生以及能否达到对应条件下的平衡结构状态，取决于物系的结构调整速率和加热或冷却速率以及保温时间的长短。 淬冷法的主要原理是将选定的不同组成的试样长时间地在一系列预定的温度下加热保温，使它们达到对应温度下的平衡结构状态，然后迅速冷却试样，由于相变来不及进行，冷却后的试样保持了高温下的平衡结构状态。用显微镜或X-射线物相分析，就可以确定物系相的数目、组成及含量随淬冷温度而改变的关系。将测试结果记入相图中相应点的位置，就可绘制出相图。 由于绝大多数硅酸盐熔融物粘度高，结晶慢，系统很难达到平衡。采用动态方法误差较大，因此，常采用淬冷法来研究高粘度系统的相平衡。 淬冷法是用同一组成的试样在不同温度下进行试验。样品的均匀性对试验结果的准确性影响较大。将试样装入铂金装料斗中，在淬火炉内保持恒定的温度，当达到平衡后把试样以尽可能快的速度投入低温液体中（水浴，油浴或汞浴），以保持高温时的平衡结构状态，再在室温下用显微镜进行观察。若淬冷样品中全为各向同性的玻璃相，则可以断定物系原来所处的温度（T1）在液相线以上。若在温度（T2）时，淬冷样品中既有玻璃相又有晶相，则液相线温度就处于T1和T2之间。若淬冷样品全为晶相，则物系原来所处的温度（T3）在固相线以下。改变温度与组成，就可以准确地作出相图。 淬冷法测定相变温度的准确度相当高，但必须经过一系列的试验，先由温度间隔范围较宽作起，然后逐渐缩小温度间隔，从而得到精确的结果。除了同一组成的物质在不同温度下的试验外，还要以不同组成的物质在不同温度下反复进行试验，因此，测试工作量相当大。实验器材 1．相平衡测试仪 实验设备包括高温炉、温度控制器、铂装料斗及其熔断装置等，如图1-1所示。 熔断装置为把铂装料斗挂在一细铜丝上，铜丝接在连着电插头的个两铁钩之间，欲淬冷时，将电插头接触电源，使发生短路的铜丝熔断，样品掉入水浴中淬冷。 2．偏光显微镜一套，如图1-2所示。
材料科学基础实验课程教学大纲（实验课程类） 课程名称：材料科学基础实验 英文名称：Material Science Foundation Experiments 课程编号：1200303 面向专业：材料类各专业(金属材料、土木工程材料、电子信息材料、先进材料及成形) 学时学分：3周3学分 本大纲主撰人：王仕勤、庞超明（Tel：52090661，E—mail: wsqwyd@https://www.doczj.com/doc/5a11293454.html,） 一、课程作用和具体目标 本实验课程面向全院材料类各专业（包括金属材料、土木工程材料、电子信息材料、先进材料及成形）学生开设，着重加强与“材料科学基础”课程相关的基本知识、基本理论、基本方法的学习和训练，它是“材料科学基础”课程中的重要环节。通过实验使学生进一步掌握材料晶体学基础理论；掌握相图的基本构成和应用；了解晶体缺陷对形变行为的作用；初步掌握材料实验的主要方法和操作技术，并能对测试结果进行综合评定。从而初步掌握材料研究的基本手段与方法，包括宏观分析方法与微观分析方法。使学生在实验技能和动手能力方面得到系统的训练，以培养从事科研活动严谨的工作作风，培养学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，提高学生的科研动手能力，为后续课程教学和实验教学打下坚实的基础。
三、教学管理模式与注意事项 1、学生必须完成全部“必做实验”。在此基础上，可根据自己的兴趣爱好、能力强弱和 时间多少，进行“选做实验”。 2、学生在实验前必须认真预习实验指导书等相关内容。教师在实验前作必要的讲解和辅 导。 3、学生应严格遵守实验室规章制度和安全规范，确保安全。 四、设备及器材配置 1、制样设备：砂轮机、切割机、镶嵌机、水磨机、抛光机、电解抛光仪等。 2、加热、温控及加工设备：热处理炉、坩埚电炉、烘箱、温度控制仪、离心机、小型轧 机、大型轧机等。 3、分析测试设备：拉伸机、抗折试验机、抗压试验机、硬度计、体视显微镜、金相显微 镜、荧光显微镜、反光显微镜、偏光显微镜、混凝土气孔分析显微镜。放大机、数码相机、计算机、打印机、分析天平、酸碱滴定管、U型管界面移动电泳仪、离心分离机、李氏瓶、稠度仪、试模、勃氏比表面仪、套筛、沥青延度仪、沥青软化点仪、不透水仪、沥青针入度计、直流稳压电源、水泥水化热测定仪等。 4、各种耗材若干 五、考核与成绩评定 1、采用实验出勤情况、实验报告完成情况以及笔试考试情况综合考核。 2、成绩评定采用优秀、良好、中等、及格、不及格五档评定。(相应于百分制为：大于 等于90、80～89、70～79、60～69、小于60)。出勤情况占10％，实验报告占40％，笔试成绩占50%。 六、教材与参考资料 1、王仕勤、庞超明等材料科学基础实验. 南京：东南大学讲义，2006.6 2、秦鸿根编建筑材料试验指导书. 南京：东南大学讲义，2003.10 3、伍洪标主编无机非金属材料试验. 化学工业出版社，2002.6 4、硅酸盐物理化学实验指导书，南京：东南大学讲义
实验八晶体结晶过程观察及凝固条件对 铸锭组织的影响 （Observation of the crystallization process of crystalloid and the impact of solidification conditions on ingot structure） 实验学时：2 实验类型：操作 前修课程名称：《材料科学导论》 适用专业：材料科学与工程 一、实验目的 ⒈观察盐类的结晶过程： ⒉分析凝固条件对铸锭组织的影响。 二、概述 盐和金属均为晶体。由液态凝固形成晶体的过程叫结晶。不论盐的结晶，金属的结晶以及金属在固态下的重结晶都遵循生核和长大的规律。结晶的长大过程可以观察到，可是晶核的大小不能用肉眼看到，因为临界晶核的尺寸很小，而在试验中只能见到正在长大的晶粒，此刻已经不再是临界尺寸的晶核。金属和盐类晶体最常见到的是树枝状晶体。通过直接观察透明盐类（如氯化铵等）的结晶过程可以了解树枝状晶体（枝晶）的形成过程。 在玻璃片上滴上一滴接近饱和的氯化铵溶液，观察它的结晶过程。随着液体的蒸发，溶液逐渐变浓，达到饱和，由于液滴边缘最薄，因此蒸发最快，结晶过程将从边缘开始向内扩展。 结晶的第一阶段是在最外层形成一圈细小的等轴晶体，结晶的第二阶段是形成较为粗大的柱状晶体，其成长的方向是伸向液滴的中心，这是由于此时液滴的蒸发已比较慢，而且液滴的饱和顺序也是由外向里，最外层的细小等轴晶只有少数的位向有利于向中心生长，因此形成了比较粗大的、带有方向性的柱状晶。结晶的第三阶段是在液滴的中心部分形成不同位向的等轴枝晶。这是由于液滴的中心此时也变的较薄，蒸发也较快，同时溶液的补给也不足，因此可以看到明显的枝晶组织。
实验五形变和再结晶组织观察 一、实验目的 1. 了解金属冷变形后组织的变化； 2. 了解冷变形金属加热时组织发生的变化； 3. 了解冷变形金属再结晶后晶粒度与变形度关系。 二、实验内容 1. 观察纯铁不同程度冷轧变形（10%、50%、70%）的组织。 2. 观察不同变形度纯铁（10%、50%、70%）在720℃退火1h后的晶粒大小。 3. 观察70%冷变形纯铁，在450℃、530℃、600℃、720℃、1000℃退火1h组织的变化。 4. 定量测定不同变形度下退火和70%变形后600℃、720℃、1000℃退火的晶粒尺寸（mm），并作图。 三、说明 金属经塑性变形后，组织发生变化，原始等轴晶粒沿变形方向伸长，变形程度愈大，伸长愈明显，在大变形下，成为纤维状分布，变形组织必须沿变形方向观察。 冷变形金属具有畸变能，处于热力学不稳定状态，加热时要发生变化，当加热温度较低时，因空位的运动和消失，正负刃型位错对消和多边形化而发生回复过程，此时组织未发生变化，仍保持伸长晶粒。加热达到再结晶温度，通过形核长大，形成新的等轴晶粒，发生再结晶过程，再结晶不充分，新的等轴晶粒与伸长晶粒并存。再结晶完成，全部形成新的等轴晶粒，温度继续升高，晶粒长大。若金属有同素异构变化，如纯铁在912℃发生α γ转变，加热超过此温度，则不仅有再结晶后的晶粒长大，而且有相变重结晶引起的晶粒细化，结果较为复杂，需作具体分析。 再结晶后形成的晶粒度与预先变形程度有关，在一临界变形度下，开始形成少数再结晶核心，再结晶后形成粗大晶粒。临界变形度后。临界变形度后，随变形度增加，再结晶核心增多，再结晶后形成细小晶粒，低于临界变形度则不发生再结晶，纯铁的临界变形度大约在5%~6%。 四、实验报告要求 1. 画出不同变形度下纯铁的组织，说明组织特征。 2. 画出不同变形度纯铁720℃退火的晶粒，画出定量测出的晶粒尺寸与变形度关系曲线，分析晶粒大小与预先变形程度的关系。 3. 画出70%变形纯铁在不同温度退火加热后的组织图并加以分析，画出结晶后晶粒尺寸和退火温度关系曲线，并分析。
环境工程实验Ⅳ《固体废弃物处理与处置》 专业：环境工程 吉林农业大学资源与环境学院 二0一一年七月
目录 实验一污泥脱水性能的测定.......... 错误!未定义书签。实验二固体废物有机质的分析....... 错误!未定义书签。实验三固体废物pH值的测定........ 错误!未定义书签。实验四垃圾渗滤液的沥浸实验........ 错误!未定义书签。实验五固体废物有效磷的测定....... 错误!未定义书签。实验六固体废物碱解氮含量分析..... 错误!未定义书签。实验七固体废物浸出毒性（重金属）的鉴别错误!未定义书签。
实验要求 1.要求学生课前必须认真预习。理解实验原理，了解实验步骤，探寻影响实验结果的关键环节，做好必要的预习报告，画好表格以备实验过程填充原始数据。 2.进入实验室，必须穿着实验服。严格按实验要求规范操作，小组之间不许随便合并工作量，注意水电热气的安全使用和个人的人身安全，不许在实验室内饮食就餐。 3.要求学生的所有实验数据，尤其是各种称量及滴定的原始数据，必须随时记录在专用的实验记录本上，不得涂改原始实验数据。 4.要求学生保持实验室内安静，保持实验台面清洁整齐干净，实验台上的所有仪器药品，不要随意挪动位置。爱护仪器和公共设施，如损坏，根据情节轻重处罚。 5.实验后能够正确分析和处理实验中相关数据，合理表达和解释实验结果，并能给出合格的实验报告，禁止抄袭。
实验一污泥脱水性能的测定 一、本实验的适用范围、选择依据 适用于环境工程、环境科学专业。依据教学目标和教学实际设置此实验，参照《固体废物处理与资源化实验》。 二、方法原理 污泥处理过程中，会产生大量的污泥，其数量占处理水量的%%（以含水率为97%计）。污泥脱水是污泥减量化中最经济的一种方法，是污泥处理工艺中的一个重要环节，其目的是去除污泥中的空隙水和毛细水，降低了污泥的含水率，为污泥的最终处置创造条件。 污泥脱水效果由其脱水速率和最终脱水程度两方面决定，主要考察脱水后泥饼的含固率这一指标，含固体率越高，脱水效果越好。影响污泥脱水性能的因素很多，包括污泥水分存在方式和污泥的絮体结构（粒径、密度和分形尺寸等）、ξ电势能、pH值以及污泥来源等。污泥粒径是衡量污泥脱水效果最重要的因素。一般来讲，细小污泥颗粒所占比例越大，脱水性能就越差。分形尺寸越大（最大值为3），絮体集结的越紧密，也就越容易脱水。污泥的ξ电势能越高，对脱水越不利。酸性条件下，污泥的表面性质会发生变化，其脱水性能也随之发生变化。研究发现，pH值越低，则离心脱水的效率越高。不同来源的污泥，组成成分不同，脱水性能也不同，活性污泥比阻大，脱水也困难。通过添加改性剂在降低污泥含水率的同时，可提高污泥的脱水性能，便于后续处理。 三、所需药品及配制方法
《环境监测》 课程实验教学指导书课程编号： 撰写人：罗卫玲、许银 审核人：葛飞 湘潭大学 化工学院 二00七年十二月二十日
前言 一、实验总体目标 《环境监测》课程是一门测定影响环境质量因素代表值，从而确定环境质量或污染程度及其变化趋势的环境工程类基础课。在环境工程专业教学计划中，它是主要的专业基础课程之一。本课程在教学内容方面着重环境监测基本原理、基本方法的学习，并力求反映国内外在该领域的发展趋势。在培养实践技能方面着重水、气、土壤等方面基本监测能力的训练与培养，该课程开设6个教学实验。 二、适用专业年级 环境工程 三、先修课程 有机化学、分析化学、无机化学基础等。 五、实验环境 要求有通风橱及废气排除装置。 六、实验总体要求 本课程每个实验都要求学生动手进行实际操作。要求学生掌握基础的环境监测实验技术，提高学生在环境监测技术方面的动手能力，为专业课程的学习及参加科研实践打下基础。 七、本课程实验的重点、难点及教学方法建议 本课程实验重点：环境监测基本操作。 本课程实验难点：水样的加热回流，气体样品的采集，土壤样品的消解，原子吸收分光光度计的使用。 教学方法建议：教师详细讲解实验原理和仪器、设备的用法。
实验一 水中溶解氧的测定－碘量法 一、实验目的 掌握碘量法测定溶解氧的原理与方法。 二、实验原理 水样中加入硫酸锰和碱性碘化钾，水中溶解氧将低价锰氧化成高价锰，生成四价锰的氢氧化物棕色沉淀。加酸后，氢氧化物沉淀溶解，并与碘离子反应而释放出游离碘。以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定释放出的碘，据滴定溶液消耗量计算溶解氧含量。 三、实验材料药品和仪器清单 硫酸锰，碱性碘化钾， 1+5硫酸溶液，1%（m/V ）淀粉溶液，0.0250 mol/L （722O Cr 1/6K C ）重铬酸钾标准溶液，硫代硫酸钠标准溶液（需标定）。 四、测定步骤 1. 溶解氧的固定：用250 mL 的溶解氧采集水样（留2 mL 左右不装满）用吸液管插入溶解氧瓶的液面下，加入1 mL 硫酸锰溶液，1 mL 碱性碘化钾溶液，盖好瓶塞，颠倒混合数次，静置。 2. 打开瓶塞，立即用吸管插入液面下加入1.0 mL 硫酸。盖好瓶塞，颠倒混合摇匀，至沉淀物全部溶解，放置暗处5 min 。 3. 吸取上述100 mL 溶液于250 mL 三角瓶中，用硫代硫酸钠标准溶液滴定至溶液呈淡黄色，加入1 mL 淀粉溶液，继续滴定至蓝色刚好褪去，记录硫代硫酸钠的用量。计算溶解氧的浓度。 4．结果计算。水中溶解氧按照下式计算： 式中：M —— 硫代硫酸钠标准溶液的浓度，mol/L V —— 滴定消耗硫代硫酸钠标准溶液体积，mL V 水样—— 水样体积，mL 五、复习思考题 1. 什么叫溶解氧？简述溶解氧测定的原理。 2. 加入MnSO 4的目的是什么？加入碱性KI 的目的是什么？为什么要加入浓硫酸？ 3. 沉淀物溶解后为什么要在暗处放置5分钟？ 4. 用Na 2S 2O 3溶液滴定时为什么要在溶液呈淡黄色后才加入淀粉指示剂蓝色刚好褪去， 为什么标志终点的到达？ 六、注意事项 1. 加试剂（顺序）应严格按照操作规程。 2. 仔细观察和思考操作过程中的各种变化。 3. 滴定时间和放置时间长，结果偏高即引起正误差。 水样 ）（V V M L mg O DO 1000 8/,2???=
一、名词解释题（3×5，共15分） 1．食品毒理学:是研究食品中的有毒有害物质的性质、来源及对人体的损害作用及其作用机制，评价其安全性，并确定其安全限值，以及提出预防管理措施的一门学科。 2. 半数致死剂量(LD50)：指引起一组受试实验动物半数死亡的剂量。 3.急性毒性:是指机体(人或试验动物)一次接触或24小时内多次接触化学物后在短期内 所发生的毒性效应，包括一般行为、外观改变、大体形态变化以及死亡效应。6．毒物：在一定条件下，一较小剂量进入机体就能干扰正常的生化过程或生理功能，引起暂时或永久的病理改变，甚至危及生命的化学物质称为毒物。 7. 联合毒性作用:两种或两种以上的毒物同时或先后作用于机体，二者之间可以相互加 强或减弱其毒性作用，这种现象称联合毒性作用。 8. 中毒：毒物进入机体后，引起相应的病理过程叫中毒。 9. 靶器官：外源化学物可以直接发挥毒作用的器官称为该物质的靶器官。 4. 半衰期 休药期：又称宰（收获）前清除时间或消除期。指一种药物从给动物（植物）用药开始到允许屠宰及其产品（收获）允许上市的时间。 5. 食品的安全性 10. 终毒物：与靶分子反应或严重改变生物学微环境启动结构或功能改变而表现出的物质。 二、填空题（每空0.5分，共10分） 外来化合物的急性毒性是依据____________分级的。 三、单项选择题(1×20，共20分) 急性毒性试验中常用的动物是（a ） a 大鼠或小鼠 b 家禽 c 猴子 d 鱼类。 四、判断题（1×10，共10分，对则打“√”；错则打“×”） 两种LD50相同或相似的化学毒物的致死毒性相同。（ x ） 五、英文缩写对译题（1×10，共10分） LC:致死剂量、 LD100：绝对致死剂量 LD50、半数致死剂量 MLD、最小致死剂量 MTD、最大耐受剂量 MED、最小有作用剂量 Zac、急性毒作用带 Zch、慢性毒作用带 ADI、每日允许摄入量 MRL、最高容许残留量 NOAEL、未观察到损害作用剂量LOAEL、最低观察到损害作用剂量 RfD、参考剂量 SF（SC）、安全系数 ADME、毒药物动力学 BMD、基准计量法 WHO、世界卫生组织 WTO、世界贸易组织 FAO、世界粮农组织 SFDA、国家食品药品监督管理局 FDA美国食品和药品管理局 六、简答题（5×5，共25分） 1．急性毒性试验染毒的方法有哪些？ 经呼吸道接触、经口(胃肠道)接触、经皮肤接触、注射途径接触: 2．毒物可经哪些途径排泄出体外？ 肾脏排泄、经肝脏排出、肺的排泄、乳腺排泄、汗腺、唾液等排泄 3．食品中天然存在的有毒有害物质的哪几类？ 细菌毒素，真菌毒素、毒覃毒素、植物性毒素、动物性毒素 4．影响毒性的因素有哪些？