化工原理實驗之對流傳熱實驗

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1、化工原理實驗報告之傳熱實驗學　　院　　　　學生姓名　　　　　　　　?！　I(yè)　　　　　　　　學　　號　　年　　級　二Ο一五年十一月一、實驗目的??1.測定冷空氣—熱蒸汽在套管換熱器中的總傳熱系數(shù)K；2.測定空氣或水在圓直管內強制對流給熱系數(shù)；??3.測定冷空氣在不同的流量時，Nu與Re之間的關系曲線，擬合準數(shù)方程。二、實驗原理（1）冷空氣-熱蒸汽系統(tǒng)的傳熱速率方程為，，式中，—單位時間內的傳熱量，;—熱蒸汽與冷空氣之間的傳熱面積，，;—熱蒸汽與冷空氣之間的平均溫差，℃或—總傳熱系數(shù)，；—換熱器內管的內直徑，=20mm—

2、換熱器長度，=1.3m；—冷空氣流量，；—冷空氣密度，空氣比熱，;—冷空氣進出換熱器的溫度，℃；—熱蒸汽的溫度，℃。實驗通過測量熱蒸汽的流量V，熱蒸汽進、出換熱器的溫度T1和T2（由于熱蒸汽溫度恒定，故可直接使用熱蒸汽在中間段的溫度作為T）,冷空氣進出換熱器的溫度t1和t2，即可測定K。（2）熱蒸汽與冷空氣的傳熱過程由熱蒸汽對壁面的對流傳熱、間壁的固體熱傳導和壁面對冷空氣的對流傳熱三種傳熱組成，其總熱阻為：其中,—熱空氣，冷空氣的給熱系數(shù)，；—內管的內徑、內外徑的對數(shù)平均值、外徑，；—內管材質的導熱系數(shù)，。在大流量情

3、況下，冷空氣在夾套換熱器殼程中處于強制湍流狀態(tài)，h2較大，值較小；較大，值較小，可忽略，即（3）流體在圓形直管中作強制對流時對管壁的給熱系數(shù)關聯(lián)式為。式中：—努塞爾準數(shù)，，—空氣的導熱系數(shù)，；—雷諾準數(shù)，,—熱蒸汽在管內的流速，；—普蘭特準數(shù)，；—熱蒸汽的黏度，。對冷空氣而言，在溫度范圍較大的情況下，Pr基本不變，n為常數(shù)，則上式可簡化為：，式中。實驗中改變冷空氣的流量，熱蒸汽和冷空氣兩流體間的平衡將發(fā)生變化，與之對應的兩個準數(shù)Re、Nu也隨之改變，進而可在雙對數(shù)坐標下作出Re與Nu的關系是一直線。擬合出此直線方程，

4、即為Re與Nu的準數(shù)方程。三、實驗流程與實驗裝置圖蒸汽發(fā)生器將水轉化為蒸汽，并加熱冷空氣，空氣和蒸汽通過套管換熱器進行熱量交換。實驗裝置以及流程示意圖如下：四、實驗操作步驟1、熟悉傳熱實驗流程及儀表使用，檢查設備，做好運轉實驗操作準備。2、啟動控制箱總電源，然后啟動蒸汽釜開關電源，燒水產(chǎn)生蒸汽，同時對管道系統(tǒng)預熱。3、預熱期間作出數(shù)據(jù)記錄表，觀察設備型號，熟悉實驗流程及裝置的操作方法，掌握待測參數(shù)的具體意義及在數(shù)據(jù)處理中的應用方法。4、觀察管道上的溫度計，待到兩根換熱器上的六個溫度計示數(shù)均上升至93℃以上時，準備開啟

5、風機。（等待溫度升高的同時需要不時對換熱器排放冷凝水使其溫度較為快速的上升。排水的同時注意不要讓水濺出滴在下方的渦輪流量計上。）4、開啟上球閥，關閉下球閥，將閘閥開到最大，啟動風機電鈕。此時記錄最大流量，然后調節(jié)閘閥到最小，待流量穩(wěn)定后讀出最小流量，將最小流量與最大流量之間等分為五個流量間隔共計六個流量，從最小流量開始，待系統(tǒng)穩(wěn)定3分鐘到5分鐘后，依次從控制箱顯示器上讀取空氣流量、從相應溫度計上讀取蒸汽溫度、空氣進出口溫度并記錄數(shù)據(jù)，一直測到最大流量附近處，共計測量六次，完成測量換熱器1的數(shù)據(jù)采集。5、重復以上步驟，

6、采集換熱器2的實驗數(shù)據(jù)。6、實驗數(shù)據(jù)采集完后，將所得數(shù)據(jù)交于指導老師處查看，經(jīng)指導老師同意后，關機離開實驗室。五、實驗數(shù)據(jù)記錄設備號：傳熱實驗裝置CR-013；換熱器類型：普通套管換熱器換熱器尺寸：管徑；管長序號蒸汽溫度冷空氣進口溫度冷空氣出口溫度126.798.724.168.2233.099.224.067.7339.599.024.667.2446.198.826.267.1552.798.729.067.7655.897.630.267.4設備號：傳熱實驗裝置CR-013；換熱器類型：螺旋套管換熱器換熱器尺寸

7、：管徑；管長；螺紋深度1mm；螺紋中心距3mm序號蒸汽溫度冷空氣進口溫度冷空氣出口溫度119.999.319.865.5226.499.520.366.5332.999.321.267.2439.499.522.868.2546.199.424.968.9652.899.228.570.1六、典型計算（以普通套管換熱器的第一組實驗數(shù)據(jù)為例）原始數(shù)據(jù)=26.7，蒸汽溫度=98.7℃,冷空氣進口溫度=24.1℃，出口溫度68.2℃。計算原理公式：。（1）計算總傳熱系數(shù)K空氣進出口平均溫度為=46.15℃，查表得到該溫度附

8、近處空氣的密度為1.093,定壓熱容。則==363.57計算換熱面積：計算：則：（2）計算Re和Nu空氣進出口平均溫度為=46.15℃，查表得到該溫度附近處空氣的黏度，導熱系數(shù)。根據(jù)公式計算則由前文實驗原理部分說明得：,則同理可求得其他組的數(shù)據(jù)，需要特別說明得是，螺旋管的傳熱面積計算與普通管不同，這里以螺旋管第一組數(shù)據(jù)為例計算：關于螺旋管的其他