固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)課件

化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)

—固體小球?qū)α鱾鳠嵯禂?shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的來源與技術(shù)背景

小球傳熱屬于《傳遞過程》中的非定常導(dǎo)熱過程部分內(nèi)容。在工程上經(jīng)常遇到憑借流體宏觀運(yùn)動(dòng)將熱量傳給壁面或由壁面將熱量傳給流體的過程，此過程通稱為對(duì)流傳熱（或給熱）。來源與背景

固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的來源與技術(shù)背景熱量傳遞的方式：導(dǎo)熱，對(duì)流和輻射。對(duì)流傳熱系數(shù)——表征傳熱過程強(qiáng)烈程度的指標(biāo)。理論上：h流化床>h固定床>h強(qiáng)制對(duì)流>h自然對(duì)流來源與背景

固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的來源與技術(shù)背景非定常導(dǎo)熱過程簡(jiǎn)化處理——集總參數(shù)法條件：小球體積盡量小，忽略其內(nèi)部熱阻，將小球看作均一的來處理。

來源與背景

固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的來源與技術(shù)背景

實(shí)驗(yàn)設(shè)備技術(shù)關(guān)鍵：加熱小球與嵌裝熱電偶間的焊接引入的金屬間的導(dǎo)熱，從而產(chǎn)生熱量的散失，并帶來實(shí)驗(yàn)誤差。

來源與背景

固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的來源與技術(shù)背景實(shí)驗(yàn)設(shè)備技術(shù)關(guān)鍵：加熱小球溫度太高，引入熱輻射造成實(shí)驗(yàn)誤差。解決方法：

小球與熱電偶間采用隔熱的陶瓷粘結(jié)劑。

小球加熱溫度控制在400至500度來源與背景

固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的來源與技術(shù)背景應(yīng)用價(jià)值：化工生產(chǎn)中的換熱器，冷凝器，暖氣片，電子元器件散熱，宇航材料隔熱以及建筑材料保溫等。來源與背景

固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的來源與技術(shù)背景來源與背景

固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)熱平衡原理，球體熱量隨時(shí)間的變化應(yīng)等于通過對(duì)流換熱向周圍環(huán)境的散熱速率。

實(shí)驗(yàn)原理

固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)原理積分得到：實(shí)驗(yàn)原理

固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)原理表明過余溫度的變化已達(dá)98.2%，以后的變化剩1.8%，對(duì)工程計(jì)算來說，往后可近似作定常數(shù)理

實(shí)驗(yàn)原理

固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)原理只要Bi<0.1，忽略內(nèi)部熱阻進(jìn)行計(jì)算，其誤差不大于5%，通常為工程計(jì)算所允許。實(shí)驗(yàn)原理

固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理

圖1小球傳熱實(shí)驗(yàn)裝置流程圖1-風(fēng)機(jī)；2–放空閥；3–轉(zhuǎn)子流量計(jì)；4、5、6、9–管路調(diào)節(jié)閥7–沙粒床層反應(yīng)器；8–帶嵌裝熱電偶的鋼球；10–溫度記錄儀；11–鋼球移動(dòng)軌跡；12–電加熱爐控制器；13–管式加熱爐固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)原理

圖2實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)控制界面流程圖

實(shí)驗(yàn)原理

固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)原理

圖2固體小球?qū)α鱾鳠釋?shí)驗(yàn)裝置圖

實(shí)驗(yàn)原理

固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)操作技巧與難點(diǎn)實(shí)驗(yàn)步驟如下：1）開啟設(shè)備總電源，打開計(jì)算機(jī)操作界面，開啟管式加熱爐電源并輸入加溫預(yù)熱的預(yù)設(shè)值。溫度應(yīng)控制400-500度之間。溫度太高會(huì)引入熱輻射，造成測(cè)量誤差。另外也容易損壞銅球及熱電偶；而溫度太低，溫差較小，易產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。技巧與難點(diǎn)

固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)操作技巧與難點(diǎn)2）應(yīng)快速將加熱小球置于不同的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以免造成計(jì)算機(jī)溫度采集的讀數(shù)誤差。3）進(jìn)行流化床、強(qiáng)制對(duì)流和固定床操作之前，應(yīng)事先注意小球與管路的密閉。4）由計(jì)算機(jī)自動(dòng)開啟風(fēng)機(jī)及相應(yīng)的閥門并自動(dòng)記錄下相應(yīng)實(shí)驗(yàn)的溫度冷卻曲線。注意在每次實(shí)驗(yàn)前及時(shí)輸入實(shí)驗(yàn)編號(hào)和風(fēng)機(jī)流量值。技巧與難點(diǎn)

固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)操作技巧與難點(diǎn)5）采集控制結(jié)束的判據(jù)應(yīng)該是過余溫度的98.2%或四倍的時(shí)間常數(shù)。6）應(yīng)注意固定床傳熱實(shí)驗(yàn)的正確操作，點(diǎn)擊固定床操作時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)先將砂粒床層流化，此時(shí)迅速將加熱小銅球插入床層中，同時(shí)點(diǎn)擊開始實(shí)驗(yàn)按鈕，計(jì)算機(jī)自動(dòng)開啟風(fēng)機(jī)、閥門和記錄下溫度冷卻曲線并存盤。7）退出小球?qū)嶒?yàn)計(jì)算機(jī)控制操作系統(tǒng)并關(guān)閉設(shè)備總電源。技巧與難點(diǎn)

固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)操作技巧與難點(diǎn)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：1）進(jìn)行固定床操作時(shí)，應(yīng)將設(shè)備先流化，然后快速將小球插入沙粒床層的底部，然后改變風(fēng)機(jī)流向?qū)⑿∏蚵袢氪矊又?。此放置過程先處于流化狀態(tài)，溫度散熱很快，為了與其它散熱過程從相同的起始溫度來進(jìn)行比較，那么小球的加熱溫度應(yīng)比其它狀態(tài)加溫高些。2）停止散熱曲線采集的判據(jù)是過余溫度的98.2%。技巧與難點(diǎn)

固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)操作技巧與難點(diǎn)3）由于加熱爐溫設(shè)定在550度左右，爐心的溫度較高學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)避免觸碰，以免造成燙傷！4）小球加熱溫度應(yīng)控制在400至500度之間，太高會(huì)引入熱輻射，太低溫差小會(huì)引入相對(duì)誤差。技巧與難點(diǎn)

固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)操作技巧與難點(diǎn)5）當(dāng)小球溫度加熱到400度左右時(shí)應(yīng)應(yīng)迅速放入床層反應(yīng)器中，以免造成計(jì)算機(jī)采樣滯后，引起誤差。6）當(dāng)小球放置完畢，操作電腦的同學(xué)應(yīng)觀察控制界面上顯示的小球溫度大小，如達(dá)到所測(cè)范圍，應(yīng)快速點(diǎn)擊采樣按鈕，同時(shí)調(diào)節(jié)流量的同學(xué)也要快速將風(fēng)機(jī)流量調(diào)整到所需值。。技巧與難點(diǎn)

固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)操作技巧與難點(diǎn)7）在進(jìn)行自然對(duì)流散熱操作時(shí)，應(yīng)盡量減少周圍的空氣擾動(dòng)所造成的實(shí)驗(yàn)誤差。8）將流化床反應(yīng)器封口的橡皮塞蓋緊，以免漏氣，造成空氣流量偏差。技巧與難點(diǎn)

固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)1、用游標(biāo)卡尺測(cè)量小球直徑d，查表得到不銹鋼球的密度、比熱和導(dǎo)熱系數(shù)，并查23.6度下空氣的密度、比熱導(dǎo)熱系數(shù)、粘度及普朗特?cái)?shù)待以后數(shù)據(jù)處理之用。2、從計(jì)算機(jī)采樣的原始數(shù)據(jù)表中取25到30組數(shù)據(jù)待作圖進(jìn)行。3、所以數(shù)據(jù)處理

四、數(shù)據(jù)處理的思路與技巧固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)4、由對(duì)t（秒）作圖后線形化處理得到直線的斜率K（如圖4所示）。斜率K與對(duì)流傳熱系數(shù)h有如下關(guān)系，即：數(shù)據(jù)處理

四、數(shù)據(jù)處理的思路與技巧固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

四、數(shù)據(jù)處理的思路與技巧圖3、強(qiáng)制對(duì)流冷卻曲線圖圖4、強(qiáng)制對(duì)流與t（秒)關(guān)系圖固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)5、對(duì)于氣體在20<Re<180000范圍，即高數(shù)下，繞球換熱的經(jīng)驗(yàn)式為：通過實(shí)驗(yàn)計(jì)算值與經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值的比較來分析實(shí)際值與理論值的誤差。數(shù)據(jù)處理

四、數(shù)據(jù)處理的思路與技巧固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)6、計(jì)算數(shù)據(jù)處理

四、數(shù)據(jù)處理的思路與技巧固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)1、原始數(shù)據(jù)表（四張）實(shí)驗(yàn)報(bào)告五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫規(guī)范

時(shí)間編號(hào)tTTf流量固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)2、作小球冷卻曲線，對(duì)曲線進(jìn)行線性化處理。要求曲線規(guī)范，自變量和應(yīng)變量標(biāo)識(shí)和單位清楚。3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果列表實(shí)驗(yàn)報(bào)告五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫規(guī)范

自然對(duì)流強(qiáng)制對(duì)流固定床流化床

h(W/M2.0C)

Bi

固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論（1）討論Bi（畢奧準(zhǔn)數(shù)的物理意義）與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的關(guān)系。（2）Nu（努塞爾數(shù)）的物理意義。（3）誤差分析。實(shí)驗(yàn)報(bào)告五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫規(guī)范

固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)六、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目思考與討論

1、影響熱量傳遞的因素有那些？2、本實(shí)驗(yàn)中小球的選擇有那些要求？3、本實(shí)驗(yàn)加熱爐的溫度為何要控制在40