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：胡垒学号：结实验日期：2017年6月5日指导老师：吴实验名称冷空气一蒸汽的对流传热实验二.实验目的(1)测定冷空气一蒸汽在套管换热器的总传热款数(2)测定冷空气在光滑套管的给热系数。(3)测定冷空气在螺旋套管的给热系数。(4)比较冷空气在螺旋套管和光滑套管的传热性能，绘制与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:Nu二CRPrnGri(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围的参数本实验是测定空气在圆管作强制对流时的对流传热系因此，可以忽略自然对流对传热膜系数的影响，(则为常数。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Nu=CRen(2)dupVp其中:dupVp其中:Re=日三d日4ad一Nu=—,5℃时，空气的导热系数=0.02826W/(m.K)入因此：a=c入Remd数，回归求得直线斜率和截距。2传热量计算V1c(t2—11)(3)努塞尔数V1c(t2—11)(3)TOC\o"1-5"\h\z郑c(t—t)=epc21根据热传递速率郑SAt(4)m所以KAt=Vc(t—t)(5)式中：Q——换热器的「热负荷2(即传热速率kJ/s；W——冷流体的质量流量kg/s；V--冷流体(空气)的体积流量n，3/s；。1一冷流体(空气)的密度kg/m3；

K--换热器总传热系数W/(m2•℃);Cpc'冷流体(空气)的平均比定压热容kJ/(kg,K);S-一传热面积，m2；Atm——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综合上面各式即可算出传热总系数。3传热膜系数的计算当传热面为平壁或者当管壁很薄晦的传热阻力和传热分阻力的关系可示为：(6)KaKa九1式中：al-a2-2一空气在圆管中强制对流的传热膜系麴，/(m2•℃);一蒸汽冷凝时的传热膜系数W/(m2・℃)。当管壁热阻可以忽略管为黄铜管而且壁厚较薄，黄铜导热系数入比较大时，1111——口——+——口——(7)Kaaa(7)121蒸汽冷凝传热膜系数远远大于空气传热膜系数，K则a1。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粼值，由此求得空气传热膜系数也4努塞尔数和雷诺数的计算TOC\o"1-5"\h\zcdupdVpVp(8)Re=1=1-=1-(8)U兀』兀』d2adu44zadKdVpc(t-1)d仆Nu二—二—二—^-pc-2—1—(9)九九九SAtm式中：入一一空气导热系数，W/(m・℃);口一空气的粘度，Pa・s；d——套管换热器的管平均直径，m；P——进口温度t1时的空气密度，kg/m3。由于热阻主要集中在空气一侧，本实验的传热面积S取管子的表面较为合理，即=ndl(10)S本装置d=0.0178m,l=1.327m。=ndl(10)5.空气流量和密度的计算空气密度P1可按理想气体计算:P273p=1.29p——x1101330273+t式中：pa当地大气压，Pa;

空气的体积流量可t--孔板流量计前空气温度，。c,可取管空气的流量由1/4喷嘴流量计测量，合并常数后，空气的体积流量可(11)式计算(ii)(ii)式中：C——合并整理的流量系数，其值为0=0001233R--喷嘴流量计的压差计示值mmHO。2V——空气的体积流量皿3/s。1四.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，蒸汽发生器通过电加热使水汽化产1汽，蒸汽进入换热器的壳程加热管程的冷空气、汽和冷空气通过套管换热器，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:液位计。五.实验操作步骤对流传热实随装置示意图1—涡轮瓶量计；对流传热实随装置示意图1—涡轮瓶量计；2,3,7,球阀；K5,8,9.1b12,U,15,18,温度传感器;6-冷凝水收集杯：13-蒸汽发生器；16-闸阀；17-消音器*20-风机*廿一换热器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。.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'i(℃)稳定。(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5—8分钟左右读取压差计读数读取空气入口、出口的温度便i、t2(温度测量可采用热电偶或温度计)空气压力值P1、空气入、出口之间压力差P2、蒸汽温度值%及压力值P3,孔板流量计读数34。2(4)调节空气3流量，重复30与(4)共测6—10组数据(注意：在空气入、出口之间压力券最大值与最小值之间可分为-10段)。(5)实验过程，2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。.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围。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5〜10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：C50mm管程：口25*2.5L=1.3m序号冷空气流量q(m3/h)冷空气进口温度％(℃)冷空气出口温度t2(℃)蒸汽温度(℃)151.836.174.797248.836.575.397.2345.736.475.597.3442.835.975.897.7539.83575.998.1636.734.175.998.2733.733.175.998.3830.832.375.998.6927.731.475.998.61024.830.675.998.61121.729.87698.61219.529.476.298.6螺旋套管换热器壳程：C50mm管程：口25*2.5L=1.3m螺纹深度1山山螺纹中心距3mm序号冷空气流量q(m3/h)冷空气进口温度％(℃)冷空气出口温度t2(℃)蒸汽温度(℃)15533.467.799.3252.135.569.199.13493669.999.344635.970.499.554335.570.799.6639.934.870.899.773734.17199.783433.27199.993132.571.299.71028.131.971.499.5112531.271.799.5122230.772.299.51320.330.472.399.6A.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1.8Mh时数据为例，进行数据处理定性温度口0=口1+口2口2二(36.1+74.7)/2=55.4℃传热面积人=DdL=3.1415*0.025*1.3=0.102m平均温差△□口=△口一△口口」=(36.1-74.4/ln(36.1/74.4=52,961℃传热速率、=□□□□□(□?-□1)=(51.8/3600)*1.093*1.017*(74.7-36.1)=581.7987W传热系数kLAAt口=581.7987/0.102*52.96)8=107.6985W/(m℃)□□□□==107.6985*0.02/0.02826=76.2198

□□=^^二(0.02*51.8/(3603*0.01)*1.093)/0.0000196二51083.9277九.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Atm(℃)传热速率Q(W)传热系数K(W/(m2・℃))NuRe151.855.40.1020987538.42147476617.3844383157.384233351083.92766111.3830384248.855.90.1020987538.05947447584.6422024150.455112448125.39903106.479202345.755.950.1020987538.06007672551.7363171141.9846845068.25278100.4845577442.855.850.1020987538.4609183527.2969737134.281197242208.3417795.03269439539.855.450.1020987539626051125.737008539249.8131488.9858517636.7550.1020987539.5886686473.67554141176668982.93683862733.754.50.1020987540.05995852445.3611031108.888336633234.1382677.06180937830.854.10.1020987540.6782834414.644414899.8372884430374.2272570.65625509

927.753.650.1020987541.00217335380.608422190.91825527317.0810164.344129511024.853.250.1020987541.28906538346.887377482.2873392424457.1758.235908881121.752.90.1020987541.49996919309.556782273.0587309721400.0237551.704692831219.552.80.1020987541.49157224281.785783566.517935519230.4360947.07567976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Atm（℃）传热速率Q（W）传热系数K(W/(m2℃))NuRe15550.550.185846.66785267582.499321367.1787464854239.6915347.54334499252.152.30.185844.71557171540.524787665.0595593351379.7805246.043566434952.950.185844.20447659512.901999862.4485602348322.6342744.1957255744653.150.185844.12468353490.021957559.7706842645364.1056442.3005550354353.10.18584435805656.9250173442405.5770140.28663648639.952.80.185844.49905035443.52081953.6435558539348.4307637.96429997

73752.550.185844.63645387421.567094350.8313108736488.5197535.9740345983452.10.185845.19566723396.83441747.2570730233529.9911333.4444961293151.850.185845.11703357370.434368344.1901042530571.462531.273959131028.151.650.185844.99689202342.722036440.9933869827711.5514929.01159729112551.450.1858/r/