化工原理の传热实验.doc

化工原理传热实验学院：化学化工学院 专业班级：化学工程与工艺091班学号：0904500324 名 字：吴 辉 忠一、实验目的1、学习传热系数的测定方法；2、学习传热膜系数及其准数联式的测定方法。二、实验原理本实验有套管换热器4套，列管式换热器4套，首先介绍套管换热器。套管换热器管间进饱和蒸汽，冷凝放热以加热管内的空气，实验设备如图2-2-5-1（1）所示。传热方式为：冷凝传导对流1、传热系数可用下式计算： (1) 图2-2-5-1（1） 套管换热器示意图式中：q传热速率W A传热面积m2 tm传热平均温差K传热速率q用下式计算： （2）式中：空气流量m3/sVh空气流量m3/h空气密度kg/m3，以下式计算： （3）Pa大气压mmHgRp空气流量计前表压mmHgt1空气进换热器前的温度Cp空气比热，查表或用下式计算： （4）tm=(t1+t2)/2空气进出换热器温度的平均值（）t2空气出口温度传热平均面积A： （5）式中：dm=传热管平均直径mL传热管有效长度m 传热平均温度差tm用逆流对数平均温差计算：TT t1t2 (6)式中：T蒸汽温度2、传热膜系数（给热系数）及其关联式空气在圆形直管内作强制湍流时的传热膜系数可用下面准数关联式表示： （7）式中：Nu努塞尔特准数Re雷诺准数Pr普兰特准数o系数，经验值为0.023m指数，经验值为0.8n指数，经验值为：流体被加热时n=0.4，流体被冷却n=0.3为了测定传热膜系数，现对式（7）作进一步的分析： （8）空气与管壁间的传热膜系数W/m2k本实验可近似取=K传热系数，也可用下式计算： （9）Ai传热管内表面积m2tW管壁温tm空气进、出口平均温度d管内径m空气的导热系数W/mk，查表或用下式计算：=0.0244+7.810-5tm （10） （11）u空气在加热管内的流速m/s空气定性温度（tm）下的粘度pas，查表或用下式计算：=1.7210-5+4.810-8tm （12） d，意义同上。 （13）Cp, , 意义同上在定性温度tm=5070时普兰特准数值Pr=0.6980.694，取平均值为0.696，那么Prn=0.6960.4=0.865，代入式（7）即可得如下的实验关联式： （14）式中=0.865o，测定、m值后，再算出o值，即可得到本实验的准数关联式（7）的形式。（以下为选做实验）3、下面介绍列管式换热器传热系数K的测定方法，列管式热热器实验物系选热空气与水，管间走热空气，管内走冷却水，实验装置如图2-2-5-1（2）。传热系数可用式（1）计算： 其中：q传热速率Wq=WCCCPC（t2t1）上式中：WC冷流体的流量L/hC冷流体的密度kg/m3CPC冷流体的比热，查表可得t2冷流体出换热器时的温度t1冷流体进换热器前的温度 A传热面积m2，A=0.4 m2 tm传热平均温差K，计算方法见式（6）三、 实验流程本实验套管换热器流程如图2-2-5-2（a）所示，它为双套管并装换热器，其中一套的内管为光滑铜管，另一套为螺纹铜管（图中只画出其中一套设备）。冷空气由风机1送入，经表压计2测定表压，流量计3测定流量，阀4调节气量，温度计5测定进口温度，进套管换热器6被加热，热空气出口温度由7测量。进套管间的蒸汽由温度计8测量温度，压力表9测定压强，阀10调节进汽量。冷凝水由疏水器12排除，管间的不凝气由放空管11定期排放。另外，管壁及各测温点还配有热电偶测温装置。本实验列管换热器流程如图2-2-5-2（b）所示，冷空气由风机1送入，经阀2调节气量，气体流量计3测定流量并由气体加热器12将空气加热到指定温度，经温度计4测定进口温度后送入列管式换热器，冷却后的空气由温度计5测量温度，然后排出换热器；进换热器的水的流量由阀10调节，经液体流量计9测定流量及温度计6测定温度后进入换热器，冷热流体在列管的管壁上进行热量交换，经加热的水由温度计8测定温度后排出换热器。1风机 2表压计 3流量计 4空气调节阀 5进口温度计 6换热器主体 7出口温度计 8蒸汽温度计 9蒸汽压力表 10蒸汽调节阀 11不凝气放空管 12疏水器图2-2-5-2（a） 套管式传热实验装置流程图四、 实验步骤1、向锅炉加水至指定水位，通电加热至锅炉产生蒸汽压1.5kg/cm2（表）左右，待用。2、关闭调节阀4，起动风机1，慢慢开启阀4至最大，观察流量压差计3的最大读数量程，确定56组读数及每组读数的压差值。3、开启蒸汽阀10进汽，压力表9控制在0.5kg/cm2（表）左右，同时打开放空阀11至有蒸汽排出时关闭。4、按拟好的压差量程，空气的流量由大至小测取读数（但不能测流量为零的读数）每组读数包括空气流量、表压、进出口温度和蒸汽进口温度。若用液体温度计测温度，要求读到0.1，若用热电偶测温，可由电位差计的读数查表而得温度。5、数据测量完毕，先关蒸汽后停风机。6、由测得的流量压差读数，根据流量曲线图查出相应的流量。五、实验报告要求1、计算传热系数K值。2、计算Nu准数及Re准数，并用下列方法之一关联出传热膜系数的通用关联式。(a)在双对数坐标纸上关联；(b)用最小二乘法关联。6、 原始数据：7、 数据处理：8、 举例说明：九、讨论1、对比不同操作条件下的传热洗漱，分析数值，可得出什么结论？ 答：K值总是接近热阻大的流体侧的值，实验中，提高空气侧的值以提高K值。2、针对该系统，如何强化传热过程才更有效，为什么？ 答：提高对传热系数值，如提高空气流速，内管加入填充物或者螺纹管。加热面在上，制冷面在下。3、 传热实验为什么用Nu-Re代替Nu-空气流速？ 答：这就是准则数的好处所在，根据相似原理得出的准则数可以减少实验次数。比如说Re涉及到流速，粘度，和定型尺寸，他们有很多组合，如果每种组合都做实验，会花费大量的时间和精力。而当Re=1000时候，有很种组合，都会得到。而且根据相似理论，当Re相同时，他们对换热的影响是一直的。如果用空气流速，只考虑了速度，而没有考虑因为温度影响而有差异的物性，还有几何形状，就很不全面。4、在传热实验中,采用什么办法可以提高K值?蒸汽与空气换热K值取决于哪种流体,为什么? 答：增强换热器传热效果最积极的措施就是设法提高设备的传热系数（K）。 换热器传热系数（K）的大小实际上是由传热过程总热阻的大小来决定，换热