成都理工化工原理试验四-套管换热器液-液热交换系数及膜系数测定

1、成都理工化工原理实验四 - 套管 换热器液 - 液热交换系数及膜系 数测定本科生实验报告实验课程学院名称专业名称学生姓名学生学号指导教师实验地点实验成绩二 年 月二 年 月填写说明1、适用于本科生所有的实验报告（印制实验报告册除外） ；2、专业填写为专业全称，有专业方向的用小括号标明；3、格式要求： 用 A4 纸双面打印（封面双面打印）或在 A4 大小纸上用蓝黑色水笔书写。 打印排版：正文用宋体小四号， 1.5 倍行距，页边距采取默认形式（上下 2.54cm，左右 2.54cm，页眉 1.5cm，页脚 1.75cm）。字符间距为默认值 （缩 放 100%，间距：标准）；页码用小五号字底端居中。

2、 具体要求： 题目（二号黑体居中） ； 摘要（“摘要”二字用小二号黑体居中，隔行书写摘要的文字部分，小 4 号宋体）；关键词（隔行顶格书写 “关键词”三字，提炼 3-5 个关键词， 用分号隔开， 小 4 号黑体 ） ；正文部分采用三级标题；第 1 章 （ 小二号黑体居中，段前 0.5 行）1.1 小三号黑体（段前、段后 0.5 行）1.1.1 小四号黑体（段前、段后 0.5 行） 参考文献（黑体小二号居中，段前 0.5 行），参考文献用五号宋体， 参照参考文献著录规则（ GB/T 77142005）。实验四 套管换热器液 - 液热交换系数及膜系数测定一、实验目的1 加深对传热过程基本原理的理解

3、；2 了解传热过程的实验研究方法。二、实验原理 冷热流体通过固体壁所进行的热交换过程， 先 由热流体把热量传递给固体壁面，然后由固体壁 面的一侧传向另一侧，最后再由壁面把热量传给 冷热流体。热交换过程即给热 - 导热 - 给热三 个串联过程组成。若热流体在套管换热器的管内流过，而冷流 体在管外流过，设备两端测试点上的温度如图所 示。则在单位时间内热流体向冷流体传递的热 量，可由热流体的热量衡算方程表示：Q msC P（T1 T2）（1）就整个热交换而言，有传热速率基本方程经过数 学处理，得计算式Q KA Tm（ 2）3）T1 (T1 T1 )T2 (T2 T2 )平均温度差可按下式计算：T1T

4、2T1T22 , Tm2 , TmT1 T2ln( T1 / T2 )T1 T224）由（ 1）和（ 2）联立，可得传热总系数计算式：K ms C P (T1 T2 )K A Tm5）就固体壁面两侧的给热过程来说，给热速率基本方程为：6）1 AW (T TW )Q2 AW (TW T )根据热交换两端的边界条件，经数学推导，可得7）管内给热过程的速率计算式：Q1 AW TW热流体与管内面之间的平均温度差可按下式计算：T1TW 1T2TW 2T1TW 1T2TW 22 , Tm2 , Tm(T1 TW1) (T2 TW 2 ) ln(T1 TW1) /(T2 TW 2 ) (T1 TW1) (T

5、2 TW2 )8）由（ 1）和（ 7）联立可得管内传热膜系数的计算式：9)msCP (T1 T2 )AW 1 Tm同理可得到管外给热过程的传热膜系数的公式。 流体在圆形直管内作强制对流时，传热膜系 数 与各项影响因素 (管内径、 流速、流体密度、 流体黏度、定亚比热容和流体导热系数)之间的 关系可关联成如下准数式：Nu aRemPr n ; Nu ad / ; Re du / ; Pr Cp / 上式中系数 a 和指数 m,n的具体数值需要通过实 验来测定，则传热膜系数可由上式计算。例如： 当流体在圆形直管内作强制湍流时，Re 10000, Pr 0.7160, 1/ d 50 则流体被冷却时

6、， a 值可按下式计算：Nu 0.023Re0.8 Pr0.3 ; a 0.023 (du )0.8 (CP )0.3d流体被加热时， a 值可按下式计算：Nu 0.023Re 0.8 Pr0.4 ; a 0.023 (du )0.8(CP )0.4d当流体在套管环隙内作强制湍流时，上列各式中 d 用当量直径 de 替代即可。各项物性常数均取流体进出口平均温度下的数值。图 1 套管热交换器两端测试点的温度三、实验装置及流程1. 恒温水槽 2. 搅拌桨 3 循环水泵 4. 转子流量计 5冷水阀门6. 高位稳压水槽 7. 冷阱四、实验步骤实验前准备工作1）向恒温循环水槽中灌入蒸馏水或软水，直至溢流

7、管有水溢出为止。（2）开启并调节通往高位稳压水槽的自来水阀 门，使槽内充满水，并由溢流管有水流出。（3）将冰碎成细粒，放入冷阱中并掺入少许蒸 馏水，使之成粥状。将热电偶冷接触点插入冰水 中，盖严盖子 （4）将恒温水槽的温度定为 55 ，启动恒温水 槽的电热器，等温度到达后即可开始实验。（5）实验前需要准备好热水转子流量计的流量 标定曲线和热电偶分度表。实验操作步骤1开启冷水阀门，测定冷水流量，实验过程中保持恒定。2启动循环水泵，开启并调节热水阀门使流量 在 60250Lh-1 范围内选取若干流量值（一般不 少于 6 组数据）进行实验测定。3每调节一次热水流量，待流量和温度都恒定 后再通过开关依

8、次测定各点温度。 实验注意事项：（1）开始实验时，必须先向换热器通冷水，然 后再启动热水泵。 停止实验时， 必须先停热电器， 待热交换器管内存留热水被冷却后，再停水泵并 停止通冷水。（2）启动恒温水槽的电热器之前，必须先启动 循环泵使水流动。（3）在启动循环泵之前，必须先将热水调节阀 门关闭，待泵运行正常后，再徐徐开启调节阀。（4）每改变一次热水流量，一定要等传热过程 稳定之后，才能测数据。每测一组数据最好多重 复几次。当流量和各点温度数值恒定后，表明过 程已达稳定状态。实验内容： 1测定套管换热器的传热总系数 K； 2测定流体在圆管内作强制湍流时的传热膜系数 h。五、实验记录 1记录实验设备

9、基本参数(1) 内管基本参数：外径： d= mm； 壁厚： =mm；测试段长： L= mm(2) 套管基本参数： 外径： d=mm ；壁厚： =mm ；(3) 流体流通的横截面积 内管横截面积： S=mm环隙横截面积： S=mm(4) 热交换面积： 内管内壁表面积： AW= 内管外壁表面积： AW = 平均热交换面积： A= 2实验数据记录序 号冷水 流量热水 流量温度备注测试截面测试截面msmsT1TW1T1T2TW2T2kgs-1kgs-112345673实验数据整理(1) 总传热系数序 号管内流速液体间 温度差传热速率总传热系数备 注uT1T2TmQK-1 msKKKWWm-2K -11

10、234567(2) 传热膜系数序 号管内流速流体与壁面温差传热速率传热膜系数备 注uT 1-T W1T2-T W2TmQa-1 msKKKWm-2K -1Wm-2K -11234567(3) 传热膜系数的关联式序 号管内流体 平均温度流体 密度流体 黏度流体导热 系数管内 流速传热膜系 数雷 诺 准努赛 尔准 数普兰 特准 数数(T1+T2)/2uaReNuPrKkgm-3PasWm-1K -1ms-1Wm-1K -11234567水平管内传热膜系数的准数关联式：mnNu aRe Pr在实验测定温度范围内， Pr 数值变化不大， 可取 其平均值并将 Prn 视为定值与 a 项合并。NuARe上式两边取对数，lgNu mlgRe lgA因此，