化工原理實驗之對流傳熱實驗

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上化工原理實驗報告之傳熱實驗學院 學生姓名 專業(yè) 學號 年級 二一五 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(nèi)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(guān)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(nèi)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(nèi)管的內(nèi)直徑，=20mm 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

2、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(nèi)管的內(nèi)徑、內(nèi)外徑的對數(shù)平均值、外徑，； 內(nèi)管材質(zhì)的導熱系數(shù)，。在大流量情況下，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?。惠^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(guān)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)，,

3、熱蒸汽在管內(nèi)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(guān)系是一直線。擬合出此直線方程，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(zhuǎn)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(zhuǎn)實驗操作準備。 2、啟動控制箱總電源，然后啟動蒸汽釜開關(guān)電

4、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(guān)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(diào)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

5、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，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(guān)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.

6、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：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

7、表得到該溫度附近處空氣的密度為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(guān)于螺旋管的其他計算均與普通管相同，參照上述計算方法可以得到螺旋管的相應數(shù)據(jù)結(jié)果。整理得下表：普通套管換熱器序號流量傳熱速率平均溫差總傳熱系數(shù)給熱系數(shù) 126.71308.85349.30672.22172.22126330.15051.112233.0

8、1603.01150.22086.84286.84232542.88361.459339.51870.45750.118101.537101.53738952.84471.859446.12095.87549.357115.527115.52745461.42181.760552.72267.05847.765129.129129.12951969.99791.386655.82307.37546.338135.474135.47455027.05695.877螺旋套管換熱器序號流量傳熱速率平均溫差總傳熱系數(shù)給熱系數(shù) 119.91039.17353.43229.07329.07319624.3

9、4420.575226.41393.68452.77239.47939.47926034.30627.940332.91729.30851.73649.96749.96732444.26835.362439.41988.35250.65458.67958.67938854.23041.528546.12254.73149.26868.41168.41145461.42148.416652.82441.56546.86277.88377.88352068.61255.119由實驗所得數(shù)據(jù)做出兩個管與的關(guān)系曲線，如下圖所示：圖一 普通套管換熱器與的關(guān)系曲線圖二 螺旋套管換熱器與的關(guān)系曲線七、實驗結(jié)

10、果分析與討論1、實驗結(jié)果分析：在本次實驗中，我們對普通套管換熱器以及螺旋管換熱器在蒸汽-冷空氣流體系統(tǒng)下的傳熱性能及相關(guān)參數(shù)進行了實驗測定。從最終所得實驗數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，兩種換熱器的共同點在于在相近流量條件下，兩者的平均溫差相近，最終的Re-Nu關(guān)系曲線都是一條直線。然而，普通管換熱器的的溫差，傳熱速率，都明顯小于螺旋管換熱器，同時傳熱系數(shù)也高于螺紋管，造成這一現(xiàn)象的主要原因是螺紋管換熱器的傳熱面積平均為普通管的1.82倍，于是導致溫差較大，從而傳熱速率較大，但是由于系統(tǒng)存在熱量損失，所以在傳熱速率以及面積同時增長的情況下給熱系數(shù)反而較普通管低。綜上，可以得到普通套管換熱器與螺旋套管換熱器的R

11、e-Nu關(guān)系曲線大致相同。流體在管內(nèi)呈強制湍流狀態(tài)時兩參數(shù)符合對數(shù)線性相關(guān)，在Re為20000-50000范圍，60時，由此可以推算出管壁壁溫，再推算出間壁的導熱系數(shù)。2、誤差分析：本次實驗誤差主要有以下幾個來源：（1）冷空氣流量在較大流量范圍內(nèi)流量不易穩(wěn)定，讀取流量時產(chǎn)生誤差。應盡量長時間等待使系統(tǒng)穩(wěn)定。（2）在測量螺旋管第一組數(shù)據(jù)時誤將溫度讀成普通管的溫度，于是將整體流量范圍向后移動一個差值。八、實驗問答1.分析影響傳熱系數(shù)及給熱系數(shù)的因素？答：在傳熱基本方程式中，傳熱量Q是生產(chǎn)任務所規(guī)定 的，溫度差之值由冷、熱流體進、出換熱器的始、終溫度決定，也是由工藝要求給出的條件，則傳熱面積A之值與總傳熱系數(shù)K值密切相關(guān)。而在無相變強制對流傳熱問題中，對于幾何相似的設備，可將給熱系數(shù)的影響因素表示為：。因此，流體的密度，黏度，導熱系數(shù)，比熱，傳熱表面的特征尺寸都影響給熱系數(shù)的大小。2. 采取何種措施可提高和值？答：在大流量，冷空氣在管道中處于強制湍流狀態(tài)時，管熱溫度由管內(nèi)外流體的流量及溫度有關(guān)，的大小也取決于蒸汽溫度和空氣進出口溫度，蒸汽溫度無法改變，進出口溫度取決于管道的材料和幾何尺寸。因此要提高傳熱系數(shù)和給熱系數(shù)，就需要增大空氣流量，減小管道傳熱面積，選用導熱系數(shù)較大的材質(zhì)，或者減小間壁厚度。3. 的物理意義是什么？如何確定？答：稱為對數(shù)平均溫差，是換熱器兩端傳熱溫度的對數(shù)平