四川大学化工实验报告对流传热实验(共15页).docx

精选优质文档-倾情为你奉上四 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：姓名：胡垒 学号：38 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： Nu=CRemPrnGrl （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 KStm=V1cpc（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·）； Cpc一一冷流体（空气）的平均比定压热容，kJ/（kg·K）； 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： 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） 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 式中：空气导热系数，W（m·）； 一空气的粘度，Pa·s； 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d=00178 m，l=1327m。 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t=t1； 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）式中：C0合并整理的流量系数，其值为C0=0； R喷嘴流量计的压差计示值，mmH2O。 V1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。 （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6-10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：𝝓50mm管程： 𝝓25*2.5 L=1.3m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()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：𝝓50mm管程： 𝝓25*2.5 L=1.3m 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()15533.467.799.3252.135.569.199.13493669.999.344635.970.499.554335.570.799.6639.934.870.899.773734.17199.783433.27199.993132.571.299.71028.131.971.499.5112531.271.799.5122230.772.299.51320.330.472.399.6八实验数据处理（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51.8m3/h时数据为例，进行数据处理定性温度tm=t1+t22=(36.1+74.7)/2=55.4传热面积A=dL=3.1415*0.025*1.3=0.102 m2平均温差tm=t1-t2lnt1t2=（36.1-74.4）/ln（36.1/74.4）=52.9618传热速率Q=qvcp(t2-t1)=(51.8/3600)*1.093*1.017*(74.7-36.1)=581.7987W传热系数K=QAtm=581.7987/（0.102*52.9618）=107.6985W/(m2)Nu=h1dk1=107.6985*0.02/0.02826=76.2198Re=duµ=(0.02*51.8/(3600*𝛑*0.012)*1.093)/0.=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tm（）传热速率Q（W）传热系数K（W/(m2)）NuRe151.855.40.38.617.157.51083.92766111.248.855.90.38.584.150.48125.39903106.345.755.950.38.551.141.9846845068.25278100.442.855.850.38.527.134.42208.3417795.539.855.450.39.502.125.39249.8131488.636.7550.39.473.117.36192.6668982.733.754.50.40.445.108.33234.1382677.830.854.10.40.414.99.30374.2272570.927.753.650.41.380.90.27317.0810164.1024.853.250.41.346.82.24457.1758.1121.752.90.41.309.73.21400.0237551.1219.552.80.41.281.66.19230.4360947.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)）NuRe15550.550.185846.582.67.54239.6915347.252.152.30.185844.540.65.51379.7805246.34952.950.185844.512.62.48322.6342744.44653.150.185844.490.59.45364.1056442.54353.10.185844.467.56.42405.5770140.639.952.80.185844.443.53.39348.4307637.73752.550.185844.421.50.36488.5197535.83452.10.185845.396.47.33529.9911333.93151.850.185845.370.44.30571.462531.1028.151.650.185844.342.40.27711.5514929.112551.450.185845.312.37.24654.4052426.122251.450.185844.281.33.21695.8766123.1320.351.350.185845.262.31.20019.3770522.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）. 流体流动的原因：自然对流、强制对流等。 （3）. 流体的物理性质：密度、比热容、粘度、导热率等。 （4）. 传热面的形状、位置和大小：如管、板、管束、管长、管径、管子排列方式、旋转位置及表面是否有翅片等。 （5）. 相变化的影响：蒸汽冷凝与液体沸腾均有相变化发生，机理更为复杂，表面传热系数比无相变化对大得多。2.当对流传热处于湍流时，主要是给热系数h1影响K值，要提高K值，可定期清洗传热装置，减少污垢对传热系数的影响。3.它们是传热器的对数平均温度，逆流时tm=T1-t2)-(T2-t1)/ln(T1-t2)/(T2-t1)并流时tm=T1-t1)-(T2-t2)/ln(T1-t1)/(T2-t2)4. 接近冷凝水这侧温度，因为冷凝水的给热系数远大于空气。专心-专注-专业