氣-氣列管換熱器傳熱系數(shù)測定

1、貴州理工學院化工原理實驗報告學院：化學工程學院 專業(yè)：化學工程與工藝（能源變換材料及工程方向）班級：能源162姓名學號實驗組號2實班驗日期2018 年 6 月 22日指導教師張文娟成績實驗名稱氣-氣列管換熱器傳熱系數(shù)測定一、 實驗目的測定列管式換熱器的總傳熱系數(shù)。2. 考察流體流速對總傳熱系數(shù)的影響。3 比較并流流動傳熱和逆流流動傳熱的特點。二、實驗原理在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量情況下，冷、熱流體系通過固體壁面（傳熱元件）進行熱量交換, 稱為間壁式換熱。如圖（5-1）所示，間壁式傳熱過程由熱流體對固體壁面的對流傳熱，固體壁 面的熱傳導和固體壁面對冷流體的對流傳熱所組成。圖51間壁式傳熱過程示意圖達

2、到傳熱穩(wěn)定時，有q = mlcpl（tl-t2）=m2cp2（t2 一巧）(5 1)=肚如式中：q 傳熱量，j / s；熱流體的質(zhì)量流率，kg / s；cpt 熱流體的比熱，j / （kg -°c）；一熱流體的進口溫度，°c；t2 熱流體的出口溫度,°c；m2 冷流體的質(zhì)量流率,cp2 冷流體的比熱，j /(kg - °c)；t2冷流體的進口溫度,°c；冷流體的出口溫度，°c；逆流:at _ (a _ 方2) _ (竝 _ 珀)u m(5 2)以傳熱面積a為基準的總給熱系數(shù)，w / （m2 -°c）；冷熱流體的對數(shù)平均溫差，

3、°c；熱、冷流體間的對數(shù)平均溫差可由式（52）計算,并流:at =（久-方j - （竝-方2）a = n- 7idl列管換熱器的換熱面積可由式（63）算得,(53)其中，d為列管直徑（因本實驗為冷熱氣體強制對流換熱，故各列管本身的導熱忽略，所 以d取列管內(nèi)徑），l為列管長度，n為列管根數(shù)，以上參數(shù)取決于列管的設計，詳見下文附表。 由此可得換熱器的總給熱系數(shù)，(54)在本實驗裝置中，為了盡可能提高換熱效率，采用熱流體走管內(nèi)、冷流體走管間形式，但 是熱流體熱量仍會有部分損失，所以q應以冷流體實際獲得的熱能測算，即(55)py2cp2(t2-ti)則冷流體質(zhì)量流量叫已經(jīng)轉換為密度和體積等可

4、測算的量，其中匕為冷流體的進口體積流量，所以c也應取冷流體的進口密度，即需更具冷流體的進口溫度（而非定性溫度）查表確 定。除查表外，對于在0100°c之間，空氣的各物性與溫度的關系有如下擬合公式。(1) 空氣的密度與溫度的關系式：p = 105t2 -4.5x 103t+1.2916(2) 空氣的比熱與溫度的關系式：60°c以下cp = 1005 j / (kg -°c),70°c 以上cp=1009j / (kg -°c)o三、實驗裝置熱流體走管內(nèi)，冷流體走管間。列管規(guī)格如2x2 mm ,即內(nèi)徑8mm,共13根列管，長1m,則換熱面積共0.

5、490m2o1-風機2 (冷流體管路，該風機為抽風機)；2-孔板流量計連接差壓變送器；3-冷流體進口溫度 切4-并流傳熱形式進口閘閥鬥；5-熱流體進口溫度； 6-逆流出口溫度匕；7-逆流傳熱形式 出口閘閥f4； 8-并流形式出口閘閥f2； 9-并流出口溫度v ； 10-熱流體出口溫度t2； 11-逆流傳熱形式進口閘閥f3； 12-玻璃轉子流量計；13-風機1 (熱流體管路)；14-風機旁路閥四、實驗步k打開總電源開關、儀表開關，待各儀表溫度自檢顯示正常后進行下步操作。2、打開熱流體風機的出口旁路，啟動熱流體風機，再調(diào)節(jié)旁路閥門到適合的實驗流量。(一般 取熱流體流量6080 m7h,整個實驗過程

6、中保持恒定。)3、開啟加熱開關，通過c1000儀表調(diào)節(jié)，使加熱電壓到一恒定值。(例如在室溫20°c左右，熱流體風量70 m3/h , 一般調(diào)加熱電壓150v,經(jīng)約30min后，熱流體進口溫度可恒定在70°c 左右。)a) 待熱流體在恒定流量下的進口溫度相對不變后，啟動風機2,通過c1000儀表調(diào)節(jié)風量;b) 打開相應的閘閥，如7、11打開為逆流換熱的形式，4, 8打開為并流換熱的形式。c) 然后以冷流體流量作為實驗的主變量，調(diào)節(jié)風機旁路，從1060 m3/h流量范圍內(nèi)，選 取5到6個點作為工作點進行實驗數(shù)據(jù)的測定。d) 待某一流量下的熱流體和逆流的冷流體換熱的四個溫度相對恒

7、定后，可認為換熱過程基 本平衡了，抄錄冷熱流體的流量和溫度，即完成逆流換熱下一組數(shù)據(jù)的測定。之后，改 變一個冷流體的風量，待換熱平衡后抄錄一組實驗數(shù)據(jù)。e) 同理，可進行冷熱流體的并流換熱實驗。注意：熱流體流量在整個實驗過程中最好保持 不變，但在一次換熱過程中，必須待熱流體進出口溫度相對恒定后方可認為換熱過程平 衡。f) 實驗結束，應先關閉加熱器，待各溫度顯示至室溫左右，再關閉風機和其他電源。五、原始數(shù)據(jù)記錄表1.氣-氣列管換熱器傳熱系數(shù)測定實驗原始數(shù)據(jù)記錄表換熱方式：并流序號熱流體冷流體流量m3/h進口溫度(°c)出口溫度(°c)流量m3/h進口溫度(°c)出口

8、溫度(°c)18074.364.625.423. 62447.728075.163.635.128. 874346.438075.262.445.224. 310744.948075.160.755.026. 684543.258075.059.465.224. 696342.1換熱方式：逆流序號熱流體冷流體流量m3/h進口溫度(°c)出口溫度cc)流量m3/h進口溫度(°c)出口溫度(°c)18074.964.125.024. 684551.728075.063.235. 124. 873750. 138075.06l745.224. 99894&am

9、p; 148075.060.055.025.186545.758075.058.865. 125. 873244.4六. 數(shù)據(jù)處理計算示例(以第一組數(shù)據(jù)為例)：根據(jù)已知條件有：60°c以下cp = 1005 j / (kg -°c) n=3 d二0. 008m i二伽 空氣的密度與溫度的關系式：p = 105t2 4.5x 10%+1.2916a=n n d i =13*3. 14*0. 008*1 =0. 32656m2 p 二0. 00001 *23. 624*23. 624-0. 001 *4. 5*23. 624+1.2916=1. 190873kg/m3二50.

10、676°cat2=t2-t2=16. 9°c ms= p*vs=1. 198073*25. 4/3600=0.008402kg/s q二 ms*cp*(t2-t1)=203.31 j / s tm= (t1 -t1)-(t2-t2)/ln(t1-t1)/(t2-t2)二30. 76°c k=q/a*atm=203.31/0. 32656*30. 76=20. 24w(m2 -°c)附逆流計算公式：ata =(人一叫 一方j ln 丁2 一 5atft1-t2 at2=t2-t1表2.氣-氣列管換熱器傳熱系數(shù)測定數(shù)據(jù)處理表換熱方式：并流序號q ( j /

11、s)at, (°c)at2c (°c)atm (°c)k w /(m2°c)1203. 3150. 67616.930. 7620. 242200. 9246. 22617.229. 3620. 963308. 6750. 8917.531.2830. 224298. 8848. 4217.530. 3830.135375. 8850. 3017.330. 9237. 23表2.氣-氣列管換熱器傳熱系數(shù)測定數(shù)據(jù)處理表換熱方式：逆流序號qat,at2k1223. 7323.239. 4230. 5922. 392293.1324.93& 333l

12、1328. 833345. 5326.936. 7031.5533. 544373. 1129.334.8131.9835. 735379. 0530.632. 9331.753& 38七、實驗結果及討論從此次的實驗結果傳熱推動力來看，逆流較并流更具有較好的冷卻效果，傳熱推動力匕 來看，逆流總是優(yōu)于并流，因此可以得到逆流可以節(jié)省冷卻劑或加熱劑的用量。通過此次試驗 清楚的明白了氣-氣列管換熱的原理,，以及氣氣列管換熱的操作，但是本次試驗也存在誤差， 造成誤差的原因初步分析是閥門的開合不是很到位，以及儀器讀數(shù)反應緩慢。八、思考題1 實驗中那些因素會影響到實驗的穩(wěn)定性？答:冷空氣和熱空氣的走向，冷熱流體流量和溫度的穩(wěn)定性，實驗器材保溫和傳熱效果對實驗的 影響。2.影響傳熱系數(shù)k的因素有那些？如何強化傳熱過程？答：流體的流動形態(tài)、流體的物性、流體有無相變和加熱面的幾何形狀、尺寸、相對位置等因 素有關。強化傳熱：采用傳熱系數(shù)高的材料，采用特型管，采用小徑管，增加相同體積內(nèi)容納 管數(shù)，提高換熱器內(nèi)氣體流速主要有結構形式、換熱面積、污垢、流動及強化換熱措施、表面 傳熱系數(shù)?？梢酝ㄟ^強化換熱