四川大学化工实验报告对流传热实验

四川大学化工原理实验报告学院化学工程学院专业化学工程与工艺班号153080302姓名胡垒学号2015141494038实验日期2017年6月5日指导老师吴潘一实验名称冷空气蒸汽的对流传热实验二实验目的（1）测定冷空气蒸汽在套管换热器的总传热系数K。（2）测定冷空气在光滑套管内的给热系数。（3）测定冷空气在螺旋套管内的给热系数。（4）比较冷空气在螺旋套管内和光滑套管内的传热性能，绘制NU与RE之间的关系曲线。（5）熟悉温度、流量等桓公测试仪表的使用。三实验原理1准数关联影响对流传热的因素很多，根据因次分析得到的对流传热的准数关联为NUCREMPRNGRL（1）式中C、M、N、L为待定参数。参加传热的流体、流态及温度等不同，待定参数不同。目前，只能通过实验来确定特定范围的参数。本实验是测定空气在圆管内作强制对流时的对流传热系数。因此，可以忽略自然对流对传热膜系数的影响，则GR为常数。在温度变化不太大的情况下，PR可视为常数。所以，准数关联式（1）可写成NUCREM（2）待定参数C和M可通过实验测定蒸汽、空气的有关数据后，对式（2）取对数，回归求得直线斜率和截距。2传热量计算努塞尔数NU或1无法直接用实验测定，只能测定相关的参数并通过计算求得。当通过套管环隙的饱和蒸汽与冷凝壁面接触后，蒸汽将放出冷凝潜热，冷凝成水，热量通过间壁传递给套管内的空气，使空气的温度升高，空气从管的末端排出管外，传递的热量由（3）式计算。QWECPC（T2T1）V1CPC（T2T1）（3）根据热传递速率QKSTM（4）所以KSTMV1CPC（T2T1）（5）式中Q换热器的热负荷（即传热速率），KJS；WE冷流体的质量流量，KGS；V冷流体（空气）的体积流量，M3/S；1一冷流体（空气）的密度，KGM3；K换热器总传热系数，W/（M2）；RE4DUV其中,500286W/MKN时，空气的导热系数ECD因此CPC一一冷流体（空气）的平均比定压热容，KJ/（KGK）；S传热面积，M2；TM蒸汽与空气的对数平均温度差，。空气的流量及两种流体的温度等可以通过各种测量仪表测得。综合上面各式即可算出传热总系数K。3传热膜系数的计算当传热面为平壁或者当管壁很薄时，总的传热阻力和传热分阻力的关系可表示为12B6K式中L空气在圆管中强制对流的传热膜系数，W（M2）；2蒸汽冷凝时的传热膜系数，W（M2）。当管壁热阻可以忽略（内管为黄铜管而且壁厚B较薄，黄铜导热系数比较大）时，（7）121K蒸汽冷凝传热膜系数远远大于空气传热膜系数，则K1。因此，只要在实验中测得冷、热流体的温度及空气的体积流量，即可通过热衡算求出套管换热器的总传热系数K值，由此求得空气传热膜系数1。4努塞尔数和雷诺数的计算1112DUVRE8D4121VCDKNU9PMTDS式中空气导热系数，W（M）；一空气的粘度，PAS；D套管换热器的内管平均直径，M；1进口温度T1时的空气密度，KGM3。由于热阻主要集中在空气一侧，本实验的传热面积S取管子的内表面较为合理，即SDL本装置D00178M，L1327M。5空气流量和密度的计算空气密度1可按理想气体计算式中PA当地大气压，PA；T孔板流量计前空气温度，可取TT1；空气的流量由14喷嘴流量计测量，合并常数后，空气的体积流量可由（11）式计算（11）101RCV式中C0合并整理的流量系数，其值为C00001233；R喷嘴流量计的压差计示值，MMH2O。127329100PPTV1空气的体积流量，M3S。四实验装置图及主要设备（包括名称、型号、规格）（1）实验装置示意图。冷空气通过风机进入套管换热器管程，蒸汽发生器内通过电加热使水汽化产生蒸汽，蒸汽进入换热器内的壳程加热管程内的冷空气、蒸汽和冷空气通过套管换热器内管壁进行热量交换。对流传热装置示意图如图所示。（2）仪器及仪表。设备风机、蒸汽发生器、普通套管换热器、螺旋套管换热器、消音器。仪表气体涡旋流量计、压差变送器、温度变送器、温度控制器、无纸记录仪、液位计。五实验操作步骤1实验前的准备（1）向电加热釜加水至液位计上端红线处。（2）检查空气流量旁路调节阀是否全开。（3）检查普通管支路各控制阀是否已打开，保证蒸汽和空气管路的畅通。（4）接通电源总闸，设定加热电压，启动电热锅炉开关，开始加热。2实验开始（1）当蒸汽压力稳定后，启动旋涡气泵并运行一段时间，保证实验开始时空气入口温度（）稳定。1T（2）调节空气流量旁路阀的开度或主阀开度，使孔板流量计的压差计读数为所需的空气流量值。（3）稳定58分钟左右读取压差计读数，读取空气入口、出口的温度值、（温度测量可采用热电偶或温度计）、空气压力值P1、空气入、出口1T2之间压力差P2、蒸汽温度值T3及压力值P3,孔板流量计读数P4。（4）调节空气流量，重复（3）与（4）共测610组数据（注意在空气入、出口之间压力差P2最大值与最小值之间可分为610段）。（5）实验过程，要尽可能保证蒸汽温度或压力稳定，在蒸汽锅炉加热过程（蒸汽温度或压力变化较大）不要记录数据。3实验结束（1）关闭加热器开关。（2）过5分钟后关闭鼓风机，并将旁路阀全开。（3）切断总电源。六实验注意事项1、检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常范围内。特别是每个实验结束后，进行下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。2、必须保证蒸汽上升管线的畅通。在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭控制阀必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。3、必须保证空气管线的畅通。即在接通风机电源之前，三个空气支路控制阀之一和旁路调节阀必须全开。在转换支路时，应先关闭风机电源，然后开启和关闭控制阀。4、调节流量后，应至少稳定510分钟后读取实验数据。5、套管换热器中积累的热水要及时放掉，以免影响蒸汽传热。七实验原始数据记录列表普通套管换热器壳程50MM管程2525L13M序号冷空气流量QV（M3/H）冷空气进口温度T1冷空气出口温度T2蒸汽温度151836174797248836575397234573647559734428359758977539835759981636734175998273373317599838308323759986927731475998610248306759986112172987698612195294762986螺旋套管换热器壳程50MM管程2525L13M螺纹深度1MM螺纹中心距3MM序号冷空气流量QV（M3/H）冷空气进口温度T1冷空气出口温度T2蒸汽温度15533467799325213556919913493669999344635970499554335570799663993487089977373417199783433271999931325712997102813197149951125312717995122230772299513203304723996八实验数据处理（以一组实验数据为例进行计算）以6普通套管换热器流量为518M3/H时数据为例，进行数据处理定性温度122361747/2554传热面积314150025130102M2平均温差1212（361744）/LN（361/744）529618传热速率21518/3600109310177473615817987W传热系数5817987/（0102529618）1076985W/M2111076985002/002826762198002518/360000121093/00000196510839277九实验结果与分析（含计算结果列表和作图）普通套管换热器数据处理表序号冷空气流量QV（M3/H）定性温度TM（）传热面积A（M2）平均温差TM（）传热速率Q（W）传热系数K（W/M2）NURE1518554010209875384214747661738443831573842333510839276611138303842488559010209875380594744758464220241504551124481253990310647920234575595010209875380600767255173631711419846845068252781004845577442855850102098753846091835272969737134281197242208341779503269439539855450102098753915267557502626051125737008539249813148898585176367550102098753958866864736755414117189753361926668982936838627337545010209875400599585244536110311088883366332341382677061809378308541010209875406782834414644414899837288443037422725706562550992775365010209875410021733538060842219091825527317081016434412951102485325010209875412890653834688737748228733924244571758235908881121752901020987541499969193095567822730587309721400023755170469283121955280102098754149157224281785783566517935519230436094707567976螺旋套管换热器数据处理表序号冷空气流量QV（M3/H）定性温度TM（）传热面积A（M2）平均温差TM（）传热速率Q（W）传热系数K（W/M2）NURE1555055018584666785267582499321367178746485423969153475433449925215230185844715571715405247876650595593351379780524604356643495295018584420447659512901999862448560234832263427441957255744653150185844124683534900219575597706842645364105644230055503543531018584418764456467358056569250173442405577014028663648639952801858444990503544352081953643555853934843076379642999773752550185844636453874215670943508313108736488519753597403459834521018584519566723396834417472570730233529991133344449612931518501858451170335737043436834419010425305714625312739591310281516501858449968920234272203644099338698277115514929011597291125514501858450563832631263215633734492649246544052426429530431222514501858448980145128190929253379376238216958766123916321571320351350185845048233632626326253313779956620019377052220664944普通套管换热器螺旋套管换热器十实验思考题1与流体的物流性质有关，比如流速、密度、粘度、管径、导热系数等。（1）流体流动的状态层流、湍流等。（2）流体流动