化工单元操作实训指导书

化工单元操作实验实训指导书

制定人:

能源工程

化工单元操作实验实训

项目一流体输送综合实训装置

一、BLTSS-B流体输送技能培训平台:

1.主要技术指标和功能:

（1）实训装置能够完成22项流体输送岗位操作技能训练，其中包括液体输送岗位操作技能训

练、气体输送岗位操作技能训练、化工仪表岗位操作技能训练和过程控制岗位操作技能训练。

（2）实训装置能够使学员了解孔板流量计、文丘里流量计、转子流量计、涡轮流量计、热电

偶温度计、液位计、压差计的结构、测量原理和操作方法。

（3）实训装置能够使学员了解离心泵工作原理、性能参数与特性曲线，判断离心泵气缚、气

蚀现象，学会离心泵安装高度的确定。会正确选择离心泵的类型与型号，能够正确使用、维护保养

离心泵。

（4）实训装置能够使学员了解其他输送设备如（旋涡泵、压缩机、真空泵等）的结构、工作

原理及其流量调节方法。

（5）实训装置能够实现手动和自动无扰切换操作，并安装安全联锁保护和自动报警装置，保

证设备正常运行不出现安全事故。

（6）实训装置具有故障设置功能，通过无线遥控器隐蔽发出故障干扰信号，能使正常运行的

装置出现真实异常现象，培训学员发现、分析、排除工业生产过程故障的技能。

（7）实训装置提供数字通讯信号使DCS控制室的计算机对现场数据进行采集、监挖，利用

Internet网络进行数据传送、处理和远程监控，能应用计算机多媒体技术进行网上实训。

（8）实训装置使学员掌握流体输送方面的理论知识（流体静力学基本方程、物料平衡方程、

柏努利方程、流体在圆形管路内流动阻力等），能对流体流动过程中所涉及到的性能参数进行测量。

（9）实训装置具有技能考核评分系统。

2.装

置主

要参

数：

序号设备名称规格、型号数量

不锈钢设备主体长3800X宽2000X高4000mm,带两层操1

作平台（SU304嬖厚4.5mm）

1

电器控制柜长X宽X高：1600X600X1400mm,1

2

3不锈钢离心泵IH-50-32-1252

4不锈钢储罐6550X1500mml1

5不锈钢高位槽<t)5OOX8OOnun1

6不锈钢合成罐(I)377X8OOmm1

7压力缓冲罐4)159X300mm1

8旋涡泵25W-251

9水力喷射真空机组SPB乙W-301

0-0.8Mpa,用F气量0-0.4M3/min1

10无油空压机

管道、不锈钢三通、活接、1

11法兰材质SU3O4

12不锈钢球阀及闸阀DN15/20/25/40材质SU30410

13不锈钢截止阀DN20/25材质SU30410

14不锈钢电磁阀DG20材质SU304I

63Pti00,0.5级

15温度计1

液位计

160-650mmH201

17液位计0-800mmH201

18液位计0-600mmH201

19压力传感器(0-0.6MPa)1

20压力表0-0.6MPa压力表1

21压力传感器(0--O.lOMPa)2

22压力表0--0.1MPa真空表2

23压力传感器(0-600mmH20)1

压力传感器

24(0-6(X)mmH2O)1

25功率传感器PS-3002

26涡轮流量ibLWGY-401

27孔板流量计DN4O-CoO,671

28文丘里流量计DN40-C..I.01

29流体阻力压强差EJX110A1

30变频器SV300-2P15-H3FC2

31电动调节阀QS-l6KDN32-dg321

32转子流量计LZB-251

33转子流量计LZB-401

34转子流量计LZB-251

35压力表0-0.25MPa1

36真空表0--O.lOMPa1

37数显仪表AI-5I9FV24X.3S42

38数显仪表AI-501FV24S46

39数显仪表AI-519FX3S43

40无线遥控功能10路开关量4路模拟量1

通过IS09000认证品牌商用CPU：酷睿

双核2.4G内存2GDDR2,硬盘250G,光

计算机

驱，鼠标，键盘，3年保质期

411

42显示器19寸标准液晶显示器1

串口数量2个，处理器32biis100MHz,内

存2M,串口速率50-460800bps；校验位

None,Even,Odd.Space,Mark：数据位5,

6,7,8；停止位1,1.5,2；流量控制

RTS/CTS,XON/XOFF；串口形式DB9针；

通讯服务器

保护I5KV；网口；网口形式RJ45：速率

计算机仿真系统

10/100M自适应10M；保护内嵌2KV电

MILE广域网络控制软件

磁隔离；软件协议DHCP,Telnet.PPP/SLIP,

TCP,UDP,IP,ICMP,ARP,SNMP,HTTP实

COM驱动WindowsNT/20'X）/XP/2（X）3实

COM驱动；电源5V,2A

431

三维力控力控ForceConlrolV6.0,512点，

组态软件带加密狗

441

操作技能一流体静力学实训

实验目的

1.通过本实验的演示，加强对静力学概念的理解；

2.掌握U型管压力计测量压力的使用方法；

3.了解U型管压力计中不同指示液对读数的影响；

基本原理

L压力：流体垂直作用于单位面积上的力称为压强，工业上习惯称为压力。

常用压力表所示读数，即表压力（表压），并非表内压力的实际值，即绝对压力（绝压），而

是表内压力比表外大气压力高出的值。两者关系为：

表压=绝压一大气压C

真空表的读数为大气压比所测压力的实际值高出的值，称为真空度（负压）。两者关系为：

真空度=大气压一绝压。

2.U形管压差计：

U形管压差计是利用流体静力学平衡原理测流体静压力的仪器，为连通器应用的实例之一。其

读数的方法以图Ll-a和LI-b两种情况为例:

P„

图1.1流体静力学平衡示意图

图Ll—a表示容器内为正压，其绝对压力

图1.1—b表示容器内为负压，其绝对压力

其中：一绝对压力，；

----大气压，；

----表压，；

——指示液密度，；

R------液位差，m;

g一重力加速度,""..

若将图示中指示液改为密度为或、的液体，则有

PaRa=PbRb=PR=……

若已知，则可求出、……

实验装置（如图1.2）

12|314

曲柄

ZA0.075*,ZB0155米

I一小水箱：H•大水箱:D-考克

图L2静力学实验装置

实验步骤

1.打开阀门D,使大、小水箱内压力等于大气压。然后关上阀门D,将小水箱置于适当位置，使

大水箱内压力大于大气压，读取各个测压管的数据。

2,打开阀门D,使大、小水箱内压力等于大气压。然后关上阀门D,将小水箱置于适当位置,

使大水箱内压力小于大气压，读取各个测压管的数据。

讨论与计算

1.讨论u型管压力计测压原理，算出操作1.2两项时容器2内的绝对压力（）o

2.如何选用U型管压力计内的指示液？

3.测压导管长度，U型管直径对压力计读数有无影响？

4.若已知水的密度，能否通过以上操作分别求出四氯化碳和煤油的密度？

5.若要测大于2个大气压或小于10的压力，此压力计是否依然适用？

实验二柏努利方程演示

实验目的

熟悉流动流体中各种能量和压头的概念及其互相转换关系，在此基础上掌握柏努利方程。

基本概念

1.流体在流动时具有三种机械能：即①位能，②动能，③压力能。这三种能量可以互相转换。

当管路条件改变时（如位置高低，管径大小），它们会自行转换。如果是粘度为零的理想流体，由

于不存在机械能损失，因此在同一管路的任何二个截面上，尽管三种机械能彼此不一定相等，但

这三种机械能的总和是相等的。

2.对实际流体来说，则因为存在内摩擦，流动过程中总有一部分机械能因摩擦和碰撞而消失,

即转化成了热能。而转化为热能的机械能，在管路中是不能恢复的。对实际流体来说，这部分机械

能相当于是被损失掉了，亦即两个截面上的机械能的总和是不相等的，两者的差额就是流体在这

两个截面之间因摩擦和碰撞转换成为热的机械能。因此在进行机械能衡算时，就必须将这部分消失

的机械能加到下游截面上，其和才等于流体在上游截面上的机械能总和。

3.上述几种机械能都可以用测压管中的一段液体柱的高度来表示。在流体力学中，把表示各种

机械能的流体柱高度称之为“压头”。表示位能的，称为位压头；表示动能的，称为动压头（或速

度头）；表示压力的，称为静压头；已消失的机械能，称为损失压头（或摩擦压头）。这里所谓的“压

头”系指单位重量的流体所具有的能量°

4.当测压管上的小孔（即测压孔的中心线）与水流方向垂直时，测压管内液柱高度（从测压

孔算起）即为静压头，它反映测压点处液体的压强大小。测压孔处液体的位压头则由测压孔的几

何高度决定。

5.当测压孔由上述方位转为正对水流方向时，测压管内液位将因此上升，所增加的液位高度，

即为测压孔处液体的动压头，它反映出该点水流动能的大小。这时测压管内液位总高度则为静压头

与动压头之和，我们称之为“总压头”。

6.任何两个截面上位压头、动压头、静压头三者总和之差即为损失压头，它表示液体流经这

两个截面之间时机械能的损失。实验装置（如图2.1）

1-水箱；2-水泵；3•旁通阀；4-高位槽；5-回流管；6-摆头；

7-有机被璃试验管；8-活动测头；9-恻压管；A-阀门

图2.1柏努利演示实验装置

试验设备由玻璃管、测压管、活动测压头、水槽、水泵等组成。活动测压头的小管端部封闭，管

身开有小孔，小孔位置与玻璃管中心线平齐，小管与测压管相通，转动活动测压头就可以测量动、

静压头。

管路分成四段，由两段不同直径的玻璃管所组成。中间相对较粗管段的内径约为34奈米，其

余部分的内径约为13毫米。第四段的位置，比第三段低约5毫米，阀A供调停流量之用。

实验操作

1.关闭A阀，旋转测压管，观察并记录个测压管中的液位高度H。

2.开动循环水泵，开阀A至一定大小，将测压孔转到正对水流方向及垂直水流方向，观察并记

录各测压管相应的液位高度Hlo

3.不改变测压孔位置，继续开大A阀，观察测压管液位变化。并记录各测压管液位的相应高度

H2o

记录表格

操作

测压孔

测压点次别及H值123456

阀A轴线方

向

1H关任意

正对水

流

2H1开与水流

方向垂

直

正对水

流

3H2再开大与水流

方向垂

直

思考题（要求在实验报告上写出答案）

1.关闭A阀，各测压管旋转时，液位高度有无变化？这一现象说明什么？这一高度的物

理意义又是什么？

2.当测压孔正对水流方向时，各测压管的液位高度H的物理意义是什么？

3.为什么H>H1（对同一点而言）？为什么距离水槽越远，（H-H1）的差值越大？其物理

意义是什么？

4.测压孔正对水流方向，开大阀A,流速增大，动压头增大，为什么测压管的液位反而下降？

5.将测压孔由正对水流方向，转至与水流方向垂直，为什么各测压管的液位下降？下降的液

位代表什么压头？2、3两点及4、5两点各自下降的液位是否相等？这一现象说明了什么？

实验三管内流体流动阻力的测定

实验目的

1.测定液体在直管内流动时的摩擦阻力，并确定管路一定时摩擦系数与雷诺数之间的关系；

2.熟悉压力的测量及转子流量计的构造及使用；

3.学会在双对数坐标纸上标绘人与Re的关系曲线。

基本原理

流体在管路内流动时，由于存在摩擦阻力，须克服内摩擦力作功，损失一部分能量:。流体阻力

可分为直管阻力与局部阻力两类。流体通过直管的阻力可用下式计算：

,"u2

=/I-------

'd2g

将此式拜为母头的形式：

——=h=A-------

次fd2g

式中，为压力计的压差（m水柱）。

在一定的管路中，测定两点间的压强差，在已知、d、p、u的情况卜.，利用上两式即可求出

摩擦系数。变换流速，测出不同Re数下的摩擦系数，得到某一相对粗糙度时该段管路~Re的

关系。

为Re与的函数，即=f（Re,）。在滞流时，与Re无关，对圆管而言，；在湍流时

摩擦系数与Re及都有关。

当Re=3000~100000时，光滑管内与Re的关系可用下式表示：

0.3164

Re025

在完全湍流区则与Re的大小无关，只受的影响。

实验装置（如图4.1）

实验步骤

1.向储水槽内注水，直到水满为止。（有条件最好用蒸镭水，以保持流体清洁）

2.直流数字表的使用方法请详细阅读使用说明书。

3.大流量状态下的压差测量系统，应先接电预热10〜15分钟，纪录数字表的初始值，然后启

动泵进行实验。

4.光滑管阻力测定：

⑴关闭粗糙管阀18、粗糙管测压进水阀20、粗糙管测压回水阀8,将光滑管阀17、光滑管

测压进水阀19、光滑管测压回水阀9全开。

⑵在流量为零条件下，检查导压管内是否有气泡存在。若倒置U型管内液柱高度差不

21-*4

图.1流动阻力实验流程示意图

水箱；2-离心泵；3.4-放水阀，5.13-缓冲罐，6-局部阻力近端测压阀；7、15-同部阻力远端测压阀；8、20-粗

糙管测压回水阀；9、19-光滑管测压阀；10-局部阻力管阀；11-U型管进水阀；12-压力传感器；14-流员调节阀；

15.16-水转子流量计；17-光滑管阀；18-粗糙管阀；21-倒用U型管放空阀；22-倒置U型管；23-水箱放水阀；

24-放水阀；

为零，则表明导压管内存在气泡，需要进行赶气泡操作。导压系统如图2所示。

借

22

图4.2导压系统示意图

3,4-排水阀;8-粗糙管测压回水阀;9-光滑管测压回水阀；11-U型管进水阀；12-直管压力传感器；20-粗糙管i则压

进水阀；21-U型管放空阀;22-U型管

⑶该装置两个转子流量计并联连接，根据流量大小选择不同量程的流量计测量流量。

⑷差压变送器与倒置U型管也是并联连接，用于测量直管段的压差，小流量时用倒置U型管

压差计测量，大流量时用差压变送器测量。应在最大流量和最小流量之间进行实验，一般测取

15〜20组数据。建议当流量小于300L/h时，只用倒置U型管来测量压差。

5.粗糙管阻力测定：

⑴关闭阀17、光滑管测压进水阀19、光滑管测压回水阀9,全开阀18,旋开粗髓管测压进

水阀20、粗糙管测压回水阀8,逐渐调大流量调节阀，赶出导压管内气泡。

⑵从小流量到最大流量，一般测取15~20组数据。

⑶直管段的压差用差压变送器测量。

光滑管和粗糙管直管阻力的测定使用同一差压变送器，当测量光滑管直管阻力时，要把通向

粗糙管直管阻力的阀门关闭；同样当测量粗糙管直管阻力时，要把通向光滑管直管阻力的阀门关

闭。

6.局部阻力测定

关闭阀门17和18,部分开或半开阀门10,改变流量，用差压变送器测量远点、近点压差。

远点、近点压差的测量使用同一差压变送器。当测量远点压差时，要把通向近点压差的阀门关

闭；同样当近点压差时，要把通向远点压差的阀门关闭。

5.测取水箱水温。

6.待数据测量完毕，关闭流量调节阀，停泵。

实验数据表

1.将

%及Re的计算

及Re的

计算结液压差计

流量L/h流速uni/s

果列成高度差AR

hU

表格：

序号

1

2

3

2.在双对数坐标纸上标绘与Re的关系曲线。

3.根据随Re变化情况，分析测定所用直管的范围。

思考题：

本实验为什么采用倒U型压差计？还有什么压力计可以在本实验中应用？

实验四离心泵性能实验

实验目的

1.熟悉离心泵的结构与操作；

2.测定一定转速F离心泵特性曲线；

3.学习离心泵特性曲线的应用。

基本原理

在一定转速下，离心泵的压力H、轴功率N及效率n均随实际流量Q的大小而改变，通常用水

做实验测出H~Q、N~Q、及n~Q之间的关系，并以曲线表示，称为泵的特性曲线。泵的特性曲线

是确定泵的适宜操作条件和选用离心泵的重要依据。

如果在泵的操作条件和选用离心泵的重要依据。

如果在泵的操作中，测得其流量Q,进、出口的压力和泵所消耗的功率(即轴功率)，则可求

得其特性曲线。

1.泵的压头H:

由动力学方程可知：

H=h0+H2+Hl+(u22-ul2)/2g+Lhl-2

由于两截面间管路很短，Lhl-2可忽略不计，若吸入管与压出管管径相同，则ul=u2,上式

可简化为：

H=Hl+H2+hO

式中：H2——泵出口处压力表读数，以mH2O柱（表压）计；

H1——泵入口处压力表读数，以mH2O柱（真空度）计；

hO——压力表与真空表之间的垂直距离，本实验装置为0.5m。

当测得各点流量和对应压力表及真空表读数即可作出H-Q曲线。

2.N〜Q曲线表示泵的流量Q和轴功率N轴的关系

本实验中不能直接测出轴功率，而是用瓦特计测得电机的输入功率：

N轴=N电Xrj电乂口传

式中：N电——电动机的输入功率（kW）;

n电一一电动机的效率（无因次）；

n传一传动效率（无因次）。

由于n电缺乏曲线关系，本实验实际测定的是N电〜Q的关系曲线。

3.n-Q曲线表示泵的流量Q和0的关系。

泵的效率n为泵的有用功率Ne和轴功率N轴之比。

n=QHp/102N轴

由于本实验没有测出轴功率，实验测出的是电机的输入功率N电，所以本实验只能测出ri总

-Q的关系曲线。

n总为泵和电机整套装置的总效率。

n>&=Ne/N电

n总=QHp/102N电

当测出泵各点的流量和对应的电机的输入功率N电并计算出各点泵的扬程时，即可作出n总

~Q曲线。

实验装置及流程（如图5.1）

图5.1离心泵性能实验装置

1-离心泵;2-水箱;3入口真空表;4-出口压力表；5-智能流量调。阀6-涡轮流量:计;7-温度计;8-放水阀;

水泵1将水槽2内的水输送到实验系统，用流量调节阀6调节流量，流体经涵轮流量计7计

量后，流回储水槽。

实验步骤

1.向储水槽2内注入蒸锵水c

2.检查流量调节阀6,压力表3及真空表2的开关是否关闭（应关闭）。

3.启动实验装置总电源、用变频调速器上A、V及V键设定频率后，按run键启动离心泵,

利用流量表上的阀位调节功能缓慢打开调节阀6至全开。待系统内流体稳定，打开压力表和真空

表的开关，方可测取数据。

4.测取数据的顺行可从最大流量至0,或反之。一般测10~20组数据。

5.每次在稳定的条件下同时记录：流量、压力表、真空表、功率表的读数及流体温度。

6.实验结束，关闭流量调节阀，停泵，切断电源。

数据处理

1.原始

真空表孔板压差计

数据表压力表kgf/cm2瓦特计kW备注

kgf/cm2mmHg

序号

1

2

3

4

5

6

2.整理

数据表HlmH2OH2mH2OHmH2OQm3/sNekWn%

序号

1

2

3

4

5

6

3.在方格坐标纸上绘出离心系的特性曲线。

4.标出适宜工作区及最佳工作点。

讨论

1.为什么开泵前要先灌满水？开泵和关泵前为什么要先关闭泵的出口阀门？

2.为什么流量越大，入口处真空表的读数越大？离心泵的流量可以通过出口阀门调节，往复

泵的送液能力是否也可以采用同样的方法，为什么？

项口二传热过程综合实训装置

一、化工传热过程技能培训平台

1.主要技术指标和功能：

（1）实训装置能够完成19项化工传热过程岗位操作技能训练，其中包括换热器岗位操作技能

训练、气体输送岗位操作技能训练、化工仪表岗位操作技能训练和过程控制岗位操作技能训练。

（2）实训装置能够使学员了解孔板流量计、热电阻温度计、液位计、压差计、变频调速器、

电动调节阀的结构、测量原理和操作方法。

（3）实训装置能够使学员了解套管换热器工作原理、性能参数、能够正确使用、维护保养换

热器。

（4）实训装置能够使学员了解其他换热设备如（列管换热器、螺旋板换热器、蛇管换热器等）

的结构、工作原理及其使用方法，能够进行串并联操作和换热器切换。

（5）实训装置能够实现手动和自动无扰切换操作，并安装安全联锁保护和自动报警装置，保

证设备正常运行不出现安全事故。

（6）实训装置具有故障设置功能，通过无线遥控器隐蔽发出故障干扰信号，能使正常运行的

装置出现真实异常现象，培训学员发现、分析、排除工业生产过程故障的技能。

（7）实训装置提供数字通讯信号使DCS控制室的计算机对现场数据进行采集、监控，利用

Iniemet网络进行数据传送、处埋和远程监控，应用计算机多媒体技术进行网上实训I。

（8）实训装置使学员掌握化工传热方面的理论知识（传热基本概念、换热器类型和传热在生

产中的应用等）完成传热过程的性能测定。

（9）实训装置具有技能考核评分系统。

2.装

置主

要参

数：

序号设备名称规格、型号数量

长3800X宽2000X高4000mm,整机采用不1

锈钢制框架（SU304璧厚4.5mm）,带两层

1设备主体

操作平台，

长X宽X高：1600X600X1400mm1

2标准电器控制柜

不锈钢,换热面积L5m2,159X1000mm1

3列管式换热器

不锈钢，换热面积L2m21

4螺旋板式换热器

不锈钢，换热面积0.6m2。换热管长度2

5套管式换热器1500mm,

不锈钢，换热面积0.2m20换热管长度1

6蛇管式换热器1500mm,

7漩涡气泵XGB-122

LDR12-0.4-Z蒸发量16L/h（带压力容那许1

8蒸汽发生器

可证）

9蒸汽分气包40L带压力容器许可证1

10不锈钢阀门DN4031

2

11不锈钢疏水阀DN20

12不锈钢安全阀DN201

13压差传感器110A5

套管换热器冷流体出口63Pti00,0.5级

1418

温度

15变频器SV3OO-2PI5-H3FC2

16液位传感器1I0A1

17转子流量计LZB-25(16-160l/h)1

QS-16KDN32-dg32；带自整定功能；带上下

18电动调节阀1

线报警输出

19无线遥控功能10路开关量4路模拟量1

20数显仪表AI-519FX3S44

21数显仪表AI-501FV24S41

22数显仪表AI-702FS8

23数显仪表AI-5I9FX3S41

24数显仪表AI-501FL1L1S41

25数显仪表AI-50IFL1L1S41

26数显仪表A1-501FV24LIL1S41

不锈钢管件、管道、电器1

27

等

280--l』MPa真空表真空表1

29数显仪表AI-519FV24X3S42

30数显仪表AI-501FV24S46

31数显仪表AI-5I9FX3S43

32无线遥控功能10路开关量4路模拟量1

通过IS09000认证品牌商用CPU：酷睿双

核2.4G,内存2GDDR2,硬盘250G,光驱，

计算机

鼠标，键盘，3年保质期

331

34显示器19寸标准液晶显示器1

串口数量2个，处理器32biis100MHz,内存

2M,串口速率50-460800bps：校验位None,

Even,Odd,Space,Mark；数据位5,6,7,8；

停止位1,1.5,2：流量控制RTS/CTS,

XON/XOFF；串口形式DB9针；保护15KV；

网口：网口形式RJ45；速率I0/I00M自适

通讯服务器

应I0M；保护内嵌2KV电磁隔离；软件协

议DHCP.Telnet.PPP/SLIP,TCP,UDP,IP,

ICMP,ARP,SNMP,HTTP实COM驱动

WindowsNT/2000/XP/2003实COM驱动；

电源5V,2A

351

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37计算机仿真系统1

38MILE广域网络控制软件1

传热实验

实验目的

1.测定空气在圆形光滑直管中作湍流流动时的对流传热系数Q；

2.根据对流传热系数Q整理出传热准数关联式Nu=BRen,并与传热的经验公式

Nu=0.023Re0.8Pr0.4相比较。

3.学会整理这一类实验数据的技巧。

本实验有电加热和蒸汽加热空气进行传热两种实验装置。现分述如F：

电加热空气的对流传热系数的测定

实验原理：

本实验为空气在电阻丝加热的铜管（铜管的规格为：022X2.1）内强制流动。实验目的是测

定铜管内壁与流过空气间的给热系数。在铜管的某一截面匕空气的温度为t,铜管壁面温度为

Tw,则传热速率为Q=aA(Tw-t),a即为该截面上的给热系数。但在测定空气通过一定长度管道

的给热系数时，因空气的温度和壁面的温度都沿空气流动方向在改变，所以给热系数为平均温度

下的平均给热系数(传热速率为Q=aAAtm)o由于铜的导热系数很大，壁温可近似看作不变。若

测出进出这段铜管的温度t进、t出并测定铜管的壁温Tw,即可求出对数平均温度差。

5T进

△&=

根据牛顿冷却定律，在传热达到稳定后，则根据此式即可求出:

_v。（,出一'进）

a------------

A△%

测出空气的体积流量V,已知管径d内和管长L,可求出A=nd内L从而求出一定流量下的

给热系数Q。同时可计算出：，改变流量，可得不流量下的Q和Re,根据不同流量下的a可计算出:

axd

N«=

X

duP

凡=

M=BR.

N“=0.023凡。年。4

套管换热器实验简介

㈠光滑套管换热器传热系数及其准数关联式的测定

1.对流传热系数6的测定

在该传热实验中，空气走内管，蒸气走外管。

对流传热系数可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定

加〃…(1)

式中：一管内流体对流传热系数，W/(m2-C);

Qi—管内传热速率，W；

Si—管内换热面积，m2;

一内壁面与流体间的温差，。C。

由下式确定：

A八十G

=4,―

2(2)

式中：tl,t2一冷流体的入口、出口温度，℃;

tw一壁面平均温度，C;

因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均

温度近似相等，用tw来表示。

管内换热面积：(3)

式中：di—内管管内径，m;

Li一传热管测凝段的实际长度，mo

由热量衡算式：

0=心加”2-6)

(4)

其中质量流量由卜.式求得：

w=匕。〃

3600⑸

式中：一冷流体在套管内的平均体积流量，m3/h;

一冷流体的定压比热，kJ/(kg.nC)；

一冷流体的密度，kg/m3o

和可根据定性温度tm查得，为冷流体进出口平均温度。tl,t2,tw,可采取

一定的测量手段得到。

2.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

.....(6............

其中：，，

物性数据、、、可根据定性温度tm查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普

兰特准数变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式筒化为：

八%=ARe'"Pr°'(7)

这样通过实验确定不同流量下的与，然后用线性回归方法确定A和m的值。

㈡强化套管换热器传熟系数、准数关联式及强化比的测定

强化传热又被学术界称为第二代传热技术，它能减小初设计的传热面积，以减小换热器的体

积和重量；提高现有换热器的换热能力；使换热器能在较低温差下工作；并且能够减少换热器的

阻力以减少换热器的动力消耗，更有效地利用能源和资金。强化传热的方法有多种，本实验装置是

采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。

螺旋线圈的结构图如图1所示，螺旋线圈由白:径3mm以下的铜丝和钢丝按一定节距绕成.

将金属螺旋线圈插入并固定在管内，即可构成一种强化传热管。在近壁区域，流体一面由于螺旋线

圈的作用而发生旋转，一面还周期性地受到线圈的螺旋金属丝的扰动，因而可以使传热强化。由于

绕制线圈的金属丝直径很细，流体旋流强度也较弱，所以阻力较小，有利于节省能源。螺旋线圈是

以线圈节距H与管内径d的比值技术参数，且长径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素。科

学家通过实验研究总结了形式为的经验公式，其中B和m的值因螺旋丝尺寸不