传热实验(四川大学)(共6页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上四川大学化学学院李志强 化 工 原 理 实 验 报 告实 验 名 称： 传热实验 学 院： 化学学院 专 业： 化学类 班 级： 14班 姓 名： 李志强 学 号 日 期： 2012年5月8日 一、实验目的 1.测定热空气冷却水在套管换热器中的总传热系数K 2.测定空气或水在圆直管内强制对流给热系数i； 3.应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m值； 二、实验原理1.牛顿冷却定律： QA tm式中：传热膜系数，W/m2 A：总传热面积，m2Q：传热量，Wtm：管壁温度与管内流体温度的对数平均温度，传热量可由下式求的：QW Cp(t2-t1) V Cp(t2-t1)式中：W：质量流量，kg/s Cp：流体定压比热，J/kg t1、t2：流体进出口温度， ：定性温度下流体密度，kg/m³ V：流体体积流量，m³/s 2.对流传热系数准数关联式的实验测定流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为Nui=AReimPri0.4 其中： Nui= Rei= Pri=求对数得：Nui / Pri0.4mlgReilgA这样通过实验确定不同和流程下的Nui、Rei，然后用线性回归方法确定A和m的值。三、 实验装置流程 1.实验装置 来自蒸汽发生器的水蒸气进入不锈钢套管换热器环隙，与来自风机的空气在套管换热器内进行热交换，冷凝水经疏水器排入地沟。冷空气经孔板流量计或转子流量计进入套管换热器内管（紫铜管），热交换后排出装置外。 空气-水蒸气换热流程图1-空气流量调节闸阀 2-空气流量调节旁路阀3-空气均匀分布器 4-可移动实验框架 5-防振软连接 6-风机 7-阀 8-蒸汽进气管 9-阀10-排不宁性气体阀门 11-冷空气出口温度 12-蒸汽压力表 13-蒸汽喷汽管 14-换热紫铜管 15-空气转子流量计 16-空气进口温度 2.设备与仪表规格 (1)紫铜管规格：直径17×2mm，长度L=1000mm； (2)外套不锈钢管规格：直径100×5mm，长度L=1000mm； (3)压力表规格：00.1MPa四、实验步骤及注意事项 (1)检查仪表、风机、测温点是否正常，检查进系统的蒸气调节阀是否关闭。 (2)打开总电源开关、仪表电源开关，打开空气阀。 (3)打开加热器，调功率至1200W，给空气加热，加热至80度上切稳定即可测量 (4)打开水阀，调至流量在0.5m3/h左右. (5)进入“对流给热系数测定实验”计算机控制界面，根据测试要求，由大到小改变空气流量（调节变频器改变风机转速），合理确定8个实验点，待稳定后点击“数据采集”按钮由计算机自动记录有关数据。所有实验完成后单击“退出”按钮停止实验。 (6)实验终了，首先关闭蒸汽调节阀，切断设备的蒸汽来路，再关闭风机、仪表电源及总电源。五、 实验数据记录表1 原始数据记录表换热器：内径：13mm； 外径：17mm； 管长：1m孔板流量计校正公式：V（m3/h)=0.51677*(P)0.58458设备号：NO.005 逆流冷却水流量W=0.68 m3/h序号流量计压差P（Pa)空气进口温度T1（）空气出口温度T2（）水进口温度t1（）水出口温度t2（）12348041242622148241242631988341242541748441242551538542252661358641252671188741252689988412526六、数据处理 1.空气在圆直管内强制对流给热系数i（由第一组数据为例）定性温度tf=(t1+ t2)/2=(80+41)/2=60.5查化工原理上册可得：60时，=1.060kg/m3，CP=1017J/kg. 70时，=1.029kg/m3，CP=1017J/kg.由内插法求: (60-60.5)/(1.060-)=(60.5-70)/(-1.029)求得60.5时，=1.058kg/m3，CP=1017J/kg. V=12.40m3/h=12.40/3600=3.44×10-3m3/s由紫铜管直径17×2mm，则Ai=×di×L=3.14×13×10-3×1=0.04084m2 tm=(80-26)-(41-24) ln(80-26)/(41-24) =32.71可得：i=VC P(t2-t1)/Aitm =111.96W/m2. 表1 结果处理表序号V/m3/stf/tm / kg/m3CP/J/(kg.)i/W/(m2.)13.44×10-360.532.711.0581017111.96261.534.391.0541017108.993×10-362.034.221.0491017104.344×10-362.534.561.045101797.765×10-363.534.811.041101790.37678×10-363.564.064.534.1233.9134.701.0391.0371.03410171017101789.2283.4575.89 2.确定关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m的值(以第一组数据为例)： Nu=ARemPrn定性温度tf=(t1+ t2)/2=(41+80)/2=60.5查化工原理上册可得：60时，=2.896×10-2Wm. 70时，=2.966×10-2W/m.同理由内插法可得 ：60.5时，=0.02901W/m.由V=1/4××di2×ui 得：ui=4V/(×di2)=24.08m/s查化工原理上册可得：60时，=1.98×10-5Pa·s 70时，=2.12×10-5Pa·s也由内插法可得45.55时，=2.012×10-5Pa·sRei=i×di×ui /i=0.9514×17×10-3×12.39/(2.012×10-5)=17940Nui=i×di/i=111.96×13×10-3/(2.901×10-2)=50.19经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pri变化不大，可以认为是常数，Pri0.4= 0.6970.4=0.866由Nui /Pri0.4=AReim 两边同时取对数可得：lg(Nui)= mlgRei+lgA 表2 结果处理表序号ReiNuilg Reilg(Nui )11794050.194.1.21693048.744.1.31615046.614.1.41495043.614.1.51378040.224.1.67812800118001062039.7137.1033.694.4.4.026121.1.1. 由图得， lgA=-1.51727，所以A=0.0304m=0.78283误差： m%= (0.78283-0.8)/0.8 =2.15% A%= (0.0304-0.023)/0.023 =32.17%七、结果分析与讨论1.由表可知：hi的变化规律：随着蒸汽体积流量的增加，冷流体给热系数hi的实验值越来越大，流量每增加3 m3·h-1，hi的实验值就增加10.0左右。 2. 对lg(Nu)对lg Re作图，可以看出，图上各点连成一条直线，误差较小，在准许误差范围内，符合实验要求。八、思考题解答 一分析影响传热系数及给热系数的因数答：与流体的物流性质有关，比如流速、密度、粘度、管径、导热系数等。1. 流体流动的状态：层流、湍流等。2. 流体流动的原因：自然对流、强制对流等。3. 流体的物理性质：密度、比热容、粘度、导热率等。4. 传热面的形状、位置和大小：如管、板、管束、管长、管径、管子排列方式、旋转位置及表面是否有翅片等。5. 相变化的影响：蒸汽冷凝与液体沸腾均有相变化发生，机理更为复杂，表面传热系数比无相变化对大得多。二采取何种措施可提高K和h1值？答：当对流传热处于湍流时，主要是给热系数h1影响K值，要提高K值，可定期清洗传热装置，减少污垢对传热系数的影响。三tm、 tm的物理意义是什么？如何确定？答：它们是传热器的对数平均温度，逆流时tm=【（T1-t2）-（T2-t1）】/ln(（T1-t2）/（T2-t1） 并流时tm=【（T1-t1）-（T2-t2）】/ln(（T1-t1）/（T2-t2）四实验中管壁温度应接近哪一侧温度？为什么？接近冷凝水这侧温度，因为冷凝水的给热系数远大于空气。双坐标曲线图专心-专注-专业