四川大學(xué)化工實(shí)驗(yàn)報(bào)告材料對流傳熱實(shí)驗(yàn)

1、四川大學(xué)化工原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院：化學(xué)工程學(xué)院 專業(yè)：化學(xué)工程與工藝 班號:153080302姓名：胡壘學(xué)號：2015141494038實(shí)驗(yàn)日期：2017年 乞月日指導(dǎo)老師：吳潘一.實(shí)驗(yàn)名稱冷空氣一蒸汽的對流傳熱實(shí)驗(yàn)二.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1測定冷空氣一蒸汽在套管換熱器的總傳熱系數(shù) ko(2) 測定冷空氣在光滑套管內(nèi)的給熱系數(shù)。(3) 測定冷空氣在螺旋套管內(nèi)的給熱系數(shù)。nu與re之間(4) 比較冷空氣在螺旋套管內(nèi)和光滑套管內(nèi)的傳熱性能，繪制 的關(guān)系曲線。(5) 熟悉溫度、流量等桓公測試儀表的使用。實(shí)驗(yàn)原理1. 準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)影響對流傳熱的因素很多，根據(jù)因次分析得到的對流傳熱的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián) 為：nu=creprngr(

2、1)式中c m n、i為待定參數(shù)。參加傳熱的流體、流態(tài)及溫度等不同，待定參數(shù)不同。目前，只能通過實(shí)驗(yàn) 來確定特定范圍的參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)是測定空氣在圓管內(nèi)作強(qiáng)制對流時(shí)的對流傳熱系數(shù)。因此，可以忽略自然對流對傳熱膜系數(shù)的影響，則gr為常數(shù)。在溫度變化不太大的情況下，pr可視為常數(shù)。所以，準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式(1)可寫成nu = cre(2)待定參數(shù)c和m可通過實(shí)驗(yàn)測定蒸汽、空氣的有關(guān)數(shù)據(jù)后，對式(2)取其中：redud40.02826w/(m.k)plnu, 50c時(shí)，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)因此：mre c d對數(shù)，回歸求得直線斜率和截距2 .傳熱量計(jì)算努塞爾數(shù)nu或a 1無法直接用實(shí)驗(yàn)測定，只能測定相關(guān)的參數(shù)并通過計(jì)

3、 算求得。當(dāng)通過套管環(huán)隙的飽和蒸汽與冷凝壁面接觸后，蒸汽將放出冷凝潛 熱，冷凝成水，熱量通過間壁傳遞給套管內(nèi)的空氣，使空氣的溫度升高，空 氣從管的末端排出管外，傳遞的熱量由(3)式計(jì)算。q wbpc (12 11) = v p 1 cpc (12 11) (3)根據(jù)熱傳遞速率q ksa t m(4)所以 ksa t n=vp 1cpc (t 2 11)(5)式中：q換熱器的熱負(fù)荷(即傳熱速率)，kj/s;we 冷流體的質(zhì)量流量，kg / s;v 冷流體（空氣）的體積流量，m/s ;p 1 一冷流體（空氣）的密度，kg/m；k 換熱器總傳熱系數(shù)，w/（ m；cpc 一冷流體（空氣）的平均比定壓熱

4、容，kj/（kg k）； s 傳熱面積，m； tm蒸汽與空氣的對數(shù)平均溫度差，°c。空氣的流量及兩種流體的溫度等可以通過各種測量儀表測得。綜合上面 各式即可算出傳熱總系數(shù)k。3 傳熱膜系數(shù)的計(jì)算當(dāng)傳熱面為平壁或者當(dāng)管壁很薄時(shí)，總的傳熱阻力和傳熱分阻力的關(guān)系 可表示為：式中：a l 空氣在圓管中強(qiáng)制對流的傳熱膜系數(shù)， w/（ mc）; a 2蒸汽冷凝時(shí)的傳熱膜系數(shù)，w/（ mc）。當(dāng)管壁熱阻可以忽略（內(nèi)管為黃銅管而且壁厚 b較薄，黃銅導(dǎo)熱系數(shù)入比較 大）時(shí)，1111(7)蒸汽冷凝傳熱膜系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣傳熱膜系數(shù)，則k-a 1。因此，只要在實(shí)驗(yàn)中測得冷、熱流體的溫度及空氣的體積流量，即可

5、通過熱衡算求出套 管換熱器的總傳熱系數(shù)k值，由此求得空氣傳熱膜系數(shù)a 1。4 努塞爾數(shù)和雷諾數(shù)的計(jì)算(8)re du 1 dv ,v ,_d2_d44nukdv心工2 tjds tm(9)式中：入一一空氣導(dǎo)熱系數(shù)，w/（ m-c）；卩一空氣的粘度，pa - s；d套管換熱器的內(nèi)管平均直徑，m；p 1進(jìn)口溫度t1時(shí)的空氣密度，kg/m。由于熱阻主要集中在空氣一側(cè)，本實(shí)驗(yàn)的傳熱面積s取管子的內(nèi)表面較為合理，即s=n dl本裝置 d=0. 0178 m, 1=1 . 327m5 .空氣流量和密度的計(jì)算空氣密度p 1可按理想氣體計(jì)算:1.29pp273101330 273 t(10)式中：pa當(dāng)?shù)卮髿?/p>

6、壓，pa ;t孔板流量計(jì)前空氣溫度，°c,可取 t=t 1；空氣的流量由1 /4噴嘴流量計(jì)測量，合并常數(shù)后，空氣的體積流量可v1co由（11）式計(jì)算(11)式中：c0合并整理的流量系數(shù)，其值為 c0=0 001233; r 噴嘴流量計(jì)的壓差計(jì)示值，mmh。v 1空氣的體積流量，m/s。四.實(shí)驗(yàn)裝置圖及主要設(shè)備（包括名稱、型號、規(guī)格）1）實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。冷空氣通過風(fēng)機(jī)進(jìn)入套管換熱器管程，蒸汽發(fā)生器內(nèi)通過電加熱使水汽化產(chǎn) 生蒸汽，蒸汽進(jìn)入換熱器內(nèi)的殼程加熱管程內(nèi)的冷空氣、蒸汽和冷空氣通過 套管換熱器內(nèi)管壁進(jìn)行熱量交換。對流傳熱裝置示意圖如圖所示。（2）儀器及儀表。對流傳熱買驗(yàn)贊世示意團(tuán)i

7、 渦輪流杲計(jì)：3, 7, 10球閥；務(wù)5. s, fj. 11. 12, i氣 嗎i乩2-瀟度傳感器* 占-冷凝水收集林出-蒸汽發(fā)主躺6閘閥：h消音器；曲一鳳機(jī)；宀寧換熱器 設(shè)備：風(fēng)機(jī)、蒸汽發(fā)生器、普通套管換熱器、螺旋套管換熱器、消音器。儀表：氣體渦旋流量計(jì)、壓差變送器、溫度變送器、溫度控制器、無紙記錄 儀、液位計(jì)。五實(shí)驗(yàn)操作步驟1實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備(1) 向電加熱釜加水至液位計(jì)上端紅線處。(2) 檢查空氣流量旁路調(diào)節(jié)閥是否全開。(3) 檢查普通管支路各控制閥是否已打開，保證蒸汽和空氣管路的暢 通。(4) 接通電源總閘，設(shè)定加熱電壓，啟動(dòng)電熱鍋爐開關(guān)，開始加熱。2 實(shí)驗(yàn)開始(1) 當(dāng)蒸汽壓力穩(wěn)定后，

8、啟動(dòng)旋渦氣泵并運(yùn)行一段時(shí)間，保證實(shí)驗(yàn)開始時(shí)空 氣入口溫度ti (r)穩(wěn)定。(2) 調(diào)節(jié)空氣流量旁路閥的開度或主閥開度，使孔板流量計(jì)的壓差計(jì)讀 數(shù)為所需的空氣流量值。(3) 穩(wěn)定5-8分鐘左右讀取壓差計(jì)讀數(shù)，讀取空氣入口、出口的溫度 值b、t2 (溫度測量可采用熱電偶或溫度計(jì))、空氣壓力值pi、空氣入、出口 之間壓力差p2、蒸汽溫度值t3及壓力值p3,孔板流量計(jì)讀數(shù)p4o(4) 調(diào)節(jié)空氣流量，重復(fù)(3)與(4)共測610組數(shù)據(jù)(注意：在空 氣入、出口之間壓力差p2最大值與最小值之間可分為6-10段)。(5) 實(shí)驗(yàn)過程，要盡可能保證蒸汽溫度或壓力穩(wěn)定，在蒸汽鍋爐加熱過 程(蒸汽溫度或壓力變化較大)

9、不要記錄數(shù)據(jù)。3 實(shí)驗(yàn)結(jié)束(1) 關(guān)閉加熱器開關(guān)。(2) 過5分鐘后關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)，并將旁路閥全開。(3) 切斷總電源。六.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、檢查蒸汽加熱釜中的水位是否在正常范圍內(nèi)。特別是每個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn) 行下一實(shí)驗(yàn)之前，如果發(fā)現(xiàn)水位過低，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)給水量。2、必須保證蒸汽上升管線的暢通。在轉(zhuǎn)換支路時(shí)，應(yīng)先開啟需要的支路閥，再關(guān)閉另一側(cè)，且開啟和關(guān)閉控制閥必須緩慢，防止管線截?cái)嗷蛘羝麎毫^大 突然噴出。3、必須保證空氣管線的暢通。即在接通風(fēng)機(jī)電源之前，三個(gè)空氣支路控制閥 之一和旁路調(diào)節(jié)閥必須全開。在轉(zhuǎn)換支路時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉風(fēng)機(jī)電源，然后開啟和 關(guān)閉控制閥。4、調(diào)節(jié)流量后，應(yīng)至少穩(wěn)定510分鐘后讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)

10、據(jù)。5、套管換熱器中積累的熱水要及時(shí)放掉，以免影響蒸汽傳熱。七.實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄列表普通套管換熱器殼程：？?50mm管程：？25*2.5 l=1.3m序號冷空氣流量qv（ m/h）冷空氣進(jìn)口溫度tc）冷空氣出口溫度t2（ c ）蒸汽溫度（c）151.836.174.797248.836.575.397.2345.736.475.597.3442.835.975.897.7539.83575.998.1636.734.175.998.2733.733.175.998.3830.832.375.998.6927.731.475.998.61024.830.675.998.61121.729.876

11、98.61219.529.476.298.6螺旋套管換熱器殼程：？?50mm管程：?25*2.5 l=1.3m 螺紋深度1mm螺紋中心距3mm序號冷空氣流量qv（ m/h）冷空氣進(jìn)口溫度t1（ c）冷空氣出口溫度t2（ c ）蒸汽溫度（c）15533.467.799.3252.135.569.199.13493669.999.344635.970.499.554335.570.799.6639.934.870.899.773734.17199.783433.27199.993132.571.299.71028.131.971.499.5112531.271.799.5122230.772.29

12、9.51320.330.472.399.6八實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理(以一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行計(jì)算)以6#普通套管換熱器流量為51.8m3/h時(shí)數(shù)據(jù)為例，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 定性溫度？=竽=(36.1+74.7)/2=55.4 °c傳熱面積a = ?dl=3.1415*0.025*1.3=0.102 m2平均溫差？?？ = ?晉=(36.1-74.4 ) /in (36.1/74.4 )=52.9618 c傳熱速率 q= ?- ? =(51.8/3600)*1.093*1.017*(74.7-36.1)=581.7987w? 傳熱系數(shù)k = a?a?t ?=581.7987/ (0.102*52.961

13、8 )2=107.6985w/(m? c)? ? ?= 一1?=107.6985*0.02/0.02826=76.2198?a=(0.02*51.8/(3600*?*0.01 2)*1.093)/0.0000196=51083.9277九實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（含計(jì)算結(jié)果列表和作圖） 普通套管換熱器數(shù)據(jù)處理表序冷空定性傳熱面平均溫傳熱速傳熱系nure號氣流溫度積 a差？ tm率q( w數(shù)k量tm(m)(c)(w/(mqv(c2? c)(01/)h)0.102038.4214617.384157.38451083.9111.383151.855.49875747643832333276603840.10

14、2038.0594584.642150.45548125.3106.479248.855.99875744720241124990320255.90.102038.0600551.736141.98445068.2100.484345.75987576723171685278557755.80.102038.4609527.296134.28142208.395.0326442.859875183973719724177943955.40.102039.1526502.626125.73739249.888.9858539.859875755705100851314517636.7550.10

15、2039.5886473.675117.18936192.682.936898756865414753668938620.102040.0599445.361108.88833234.177.0618733.754.59875585210313366382609370.102040.6782414.64499.837230374.270.6562830.854.19875834414888442725550953.60.102041.0021380.60890.918227317.064.3441927.759875733542215581012951124.853.20.102041.289

16、0346.88782.287324457.158.235905987565383774392470888121.752.90.102041.4999309.55673.058721400.051.70461987569197822309723759283119.552.80.102041.4915281.78566.517919230.447.0756298757224783535536097976騾旋套管換熱器數(shù)據(jù)處理表序冷空定性傳平均溫傳熱速傳熱系nure號氣流溫度熱差？ tm率q (w數(shù)k量tm面(c)(w/(m2qv(c積a? c)(mv)(mh)50.50.1846.6678582.

17、49967.178754239.647.5433155558526732134648915344990.1844.7155540.52465.059551379.746.0435252.152.358717178765933805266452.90.1844.2044512.90162.448548322.644.19573495587659999860233427255744653.10.1844.1246490.02159.770645364.142.3005558835395758426056455030.1844.1876467.35856.925042405.540.28665435

18、3.15844560561734770136480.1844.4990443.52053.643539348.437.9642639.952.858503581955853076999752.50.1844.6364421.56750.831336488.535.9740737558538709431087197534590.1845.1956396.83447.257033529.933.444483452.158672341773029113961251.80.1845.1170370.43444.190130571.431.27399315583357368304256255913128.151.60.1844.9968342.72240.993327711.529.011505589202036486985149972912551.40.1845.0563312.63237.344924654.426.429515588326156326490524304312251.40.1844.8980281.90933.793721695.