實驗四 傳熱實驗0

實驗四傳熱實驗一實驗內(nèi)容測定單殼程雙管程列管式換熱器的總傳熱系數(shù)二實驗?zāi)康牧私庥绊憘鳠嵯禂?shù)的工程因素和強化傳熱操作的工程途徑。學(xué)會傳熱過程的調(diào)節(jié)方法。三實驗基本原理工業(yè)上大量存在的傳熱過程（指間壁式傳熱過程）都是由固體內(nèi)部的導(dǎo)熱及冷熱流體與固體表面間的給熱組合而成。傳熱過程的基本數(shù)學(xué)描述是傳熱速率方程式和熱量衡算式。熱流密度q是反應(yīng)具體傳熱過程速率大小的特征量。對q的計算需引入壁面溫度，而在實際計算時，壁溫往往是未知的。為實用方便，希望避開壁溫，直接根據(jù)冷熱流體的溫度進行傳熱速率計算在間壁式換熱器中，熱量序貫的由熱流體傳給壁面左側(cè)、再由壁面左側(cè)傳導(dǎo)至壁面右側(cè)、最后由壁面右側(cè)傳給冷流體。在定態(tài)條件下，忽略壁面內(nèi)外面積的差異，則各環(huán)節(jié)的熱流密度相等，即q=Q=T_Tw=Tw-tw=tw-t①TOC\o"1-5"\h\zA161ahahac由①式可以得到q=T-t=推動力q=②丄+衛(wèi)+丄阻力ahhac由上式，串聯(lián)過程的推動力和阻力具有加和性。上式在工程上常寫為Q=KA(T-t)③式中K=―-—④+◎+2

hac式④為傳熱過程總熱阻的倒數(shù)，稱為傳熱系數(shù)，是換熱器性能好壞的重要指標(biāo)。比較①和④兩式可知，給熱系數(shù)a同流體與壁面的溫差相聯(lián)系，而傳熱系數(shù)K則同冷熱體的溫差相聯(lián)系。由于冷熱流體的溫差沿加熱面是連續(xù)變化的，且此溫度差與冷熱流體的溫度呈線性關(guān)系，故將③式中（T-t）的推動力用換熱器兩端溫差的對數(shù)平均溫差來表示，即Q=KAAtm⑤熱量衡算方程式Q=qmcCpc(t2_t1)=qmhCph(T1-T2)?KAAtm=qmcCpc(t2-11)⑦△tm=(T1-^-tl)⑧t2-t1K=qmcCpc(t2-tl)A△tm在換熱器中，若熱流體的流量qmh或進口溫度T］發(fā)生變化，而要求出口溫度T2保持原來數(shù)值不變，可通過調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)流量來達(dá)到目的。但是這種調(diào)節(jié)作用不能單純的從熱量衡算的觀點理解為冷流體流量大帶走的熱量多，流量小帶走的熱量少。根據(jù)傳熱基本方程式，可能來自At的變化，也可能來自K的m變化，而多數(shù)是由兩者共同引起的。如果a?ah，調(diào)節(jié)q,k基本不變，調(diào)節(jié)作用主要靠△t的變化。如果achmcmcvvah或acuah，調(diào)節(jié)qmc將使qmc和K皆有較大變化，此時調(diào)節(jié)過程是兩者共同的作用。四實驗設(shè)計實驗方案實驗物系：熱流體選用熱空氣，冷流體選用自來水。實驗的主要設(shè)備為單殼程雙管程列管式換熱器，冷水走殼程，熱空氣走雙管程。傳熱速率以冷流體的熱量衡算為基準(zhǔn)。測測試點及檢測方法實驗中要測定的原始數(shù)據(jù)有：冷水流量qmc，熱空氣流量qmh，冷水進出口溫度t1t2，熱空氣進出口溫度tj2。冷熱流體流量由轉(zhuǎn)子流量計測定冷熱流體溫度由水銀溫度計測定控制點及調(diào)節(jié)方法需控制的變量有：冷熱流體流量由轉(zhuǎn)子流量計控制調(diào)節(jié)實驗裝置及流程五主要設(shè)備單殼程雙管程列管式換熱器氣體加熱源氣源轉(zhuǎn)子流量計玻璃水銀溫度計實驗裝置如圖所示1氣源；2氣量閥；3氣體流量計；4進氣溫度計；5出氣溫度計；6進水溫度計；7換熱器；8出水溫度計；9水流量計；10水調(diào)節(jié)閥；11調(diào)壓器；12氣體加熱器六實驗流程及說明由氣源送來的空氣經(jīng)氣體流量計計量后進入氣體加熱器，被加熱的空氣走雙管程。來自自來水水管的冷水經(jīng)水流量計計量后走單殼程與管程的熱空氣換熱后，入下水道。熱空氣由出口排出，冷熱流體溫度由安裝在進出口管路上的水銀溫度計測量操作要點1打開氣體及液體轉(zhuǎn)子流量計，分別將氣體及液體轉(zhuǎn)子流量劑打到測定所需流率；2打開電源開關(guān)，將電壓表調(diào)至220伏，當(dāng)熱空氣升至約90攝氏度時，用變壓器將電壓表調(diào)至150伏左右，減小加熱量，使熱空氣進出口溫度保持恒定。預(yù)熱后，用微分方式改變加熱量大小，電壓表電壓在1~2伏變化，使熱空氣進出口溫度保持恒定，約數(shù)分鐘，冷水出口溫度不變時，記下第一組數(shù)據(jù)，隨后，按表中數(shù)據(jù)改變流量，每改變一次，必須使熱空氣進口溫度和冷水出口溫度維持恒定，再讀取數(shù)據(jù)。實驗結(jié)束后，先關(guān)閉調(diào)壓器。實驗數(shù)據(jù)處理和結(jié)果討論1計算式Q=pVCpAt中，Cp依據(jù)定性溫度tin=(tin+tout)/2查。2傳熱推動力△tm錯流=△tm逆流*咕的校正因子按下式計算R‘*1n-1-^-仏t=4_R-1*1n2~P(R+1-R,)2-P(R+1+R)式中:R二幾-ToutR'二R2+1P=Jut-tinJut-tinTin-tin傳熱實驗原始數(shù)據(jù)記錄表換熱面積：0.4m2室溫：24.4°C氣源風(fēng)壓：1000mmH2OQrncO僦量|(L/h)缶（熱空氣流量）t8rq1601698.0^2.722.224.9260129S.042.622.224.4360898.040.822.223.8460490.038.222.223.25401698.0^3.822.226.46401298.0^3.622.325.6740898.041.222.424.88to498.037.622.524.09201690.045.022.S29.610201298.0K822.829.1112089S.0收?422.827.61220498.033.422.925.6傳熱實驗原始數(shù)據(jù)整理表計算實例全部以第一組數(shù)據(jù)為例R二Tin-Tout=98-0-42-7=20.5Jut-tin24.9-22.2R'二R2+1=20.52+1=20.5P二t°ut-tin=24.9-22.2=0.036Tin-tin98-0-22-2=R'*ln1-P=20.5*ln1-0.036=￡十一1-R*P一1—20.5*0.036r-1*ln2-P(R+1-R,)20.5-1*in2-0-036(20-5+1-20-5)2-P(R+1+R?)2—0.036(20.5+1+20.5)At=(T1-t2)-(T2-t1)=(98.0—24.9)—(42.7—22.2)=4137mlnTi-12ln98?0-24?9T2-t142.7-22.2Q=qmcCpc(t2-t1)=60/3600*4.18*1000*(24.9-22.2)=188△tm錯流=△tm逆流*￡At=41.37*0.984=40.71K二qmcCpc(t2-t1)=188=115A△tm0-42*40.71分析冷熱流體流量變化對K的影響，指出過程控制步驟之所在，提出強化傳熱的措施如果ac>>a『調(diào)節(jié)qmc，K基本不變，此時調(diào)節(jié)作用主要靠厶tm的變化；如果acvvah或ac?ah，可調(diào)節(jié)qmc將使△tm和K皆有較大的變化，此時過程調(diào)節(jié)是兩者共同作用的結(jié)果;②強化傳熱的措施：提高總傳熱系數(shù)，如增大流速、管內(nèi)加抗流元件、改變傳熱面形狀和增加粗糙度；提高傳熱面積，如采用直接接觸傳熱、采用高效新型換熱器；提高平均傳熱溫差，如兩側(cè)變溫情況下盡量采用逆流、提高加熱劑的溫度或降低冷卻劑的溫度。在本實驗中，從實驗數(shù)據(jù)中可以看出，冷水流量的變化對k的變化幾乎沒有太大的影響，這符合實驗原理。隨著熱空氣流量的增大，k明顯的增大?？刂撇襟E就是熱空氣的傳熱量的大小，因此要想強化傳熱，必須增大熱空氣的流量，增大冷水流量對強化傳熱沒有太大作用。實驗數(shù)據(jù)誤差分析從總體數(shù)據(jù)來看，實驗符合要求，與實驗原理要求一致。誤差存在的可能原因是每個成員的讀數(shù)標(biāo)準(zhǔn)不一致，會出現(xiàn)某些誤差。十思考題1影響總傳熱系數(shù)K的因素有哪些？流體的特性、傳熱過程的操作條件、換熱器的類型，包括流速、管道內(nèi)是否有抗流元件、傳熱面形狀粗糙度、傳熱面積、接觸傳熱類型、平均傳熱溫差、加熱劑的溫度或降低冷卻劑的溫度。2在本實驗條件下，進一步提高冷卻水用量，是否能達(dá)到有效強化傳熱過程的目的？本實驗條件下，進一步提高冷卻水用量，不能達(dá)到