气-气列管换热器实验.doc

_*化工原理实验报告学院：* 专业： * 班级：*姓名*学号*实验组号*实验日期*指导教师*成绩实验名称气-气列管换热器实验一、实验目的1测定列管式换热器的总传热系数。2考察流体流速对总传热系数的影响。3比较并流流动传热和逆流流动传热的特点。二、实验原理在工业生产过程中，大量情况下，冷、热流体系通过固体壁面（传热元件）进行热量交换，称为间壁式换热。如图(51)所示，间壁式传热过程由热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热所组成。 达到传热稳定时，有 （51）式中：Q 传热量，J / s；m1 热流体的质量流率，kg / s；cp1 热流体的比热，J / (kg )；T1 热流体的进口温度，；T2 热流体的出口温度，；m2 冷流体的质量流率，kg / s；cp2 冷流体的比热，J / (kg )；t1 冷流体的进口温度，；t2 冷流体的出口温度，；K 以传热面积A为基准的总给热系数，W / (m2 )； 冷热流体的对数平均温差，；热、冷流体间的对数平均温差可由式（42）计算， （52） 列管换热器的换热面积可由式（43）算得， （53）其中，d为列管直径（因本实验为冷热气体强制对流换热，故各列管本身的导热忽略，所以d取列管内径），L为列管长度，n为列管根数，以上参数取决于列管的设计，详见下文附表。由此可得换热器的总给热系数， （54） 在本实验装置中，为了尽可能提高换热效率，采用热流体走管内、冷流体走管间形式，但是热流体热量仍会有部分损失，所以Q应以冷流体实际获得的热能测算，即 （55） 则冷流体质量流量m2已经转换为密度和体积等可测算的量，其中为冷流体的进口体积流量，所以也应取冷流体的进口密度，即需更具冷流体的进口温度（而非定性温度）查表确定。除查表外，对于在0100之间，空气的各物性与温度的关系有如下拟合公式。（1）空气的密度与温度的关系式：（2）空气的比热与温度的关系式：60以下 J / (kg ), 70以上J / (kg )。三、实验装置四、实验步骤1、 打开总电源开关、仪表开关，待各仪表温度自检显示正常后进行下步操作。2、 打开热流体风机的出口旁路，启动热流体风机，再调节旁路阀门到适合的实验流量。（一般取热流体流量6080 m3/h，整个实验过程中保持恒定。3、 开启加热开关，通过C1000仪表调节，使加热电压到一恒定值。（例如在室温20左右，热流体风量70 m3/h ，一般调加热电压150V，经约30min后，热流体进口温度可恒定在82左右。）a) 待热流体在恒定流量下的进口温度相对不变后，启动风机2，通过C1000仪表调节风量；b) 打开相应的闸阀，如7、11打开为逆流换热的形式，4，8打开为并流换热的形式。c) 然后以冷流体流量作为实验的主变量，调节风机旁路，从1060 m3/h流量范围内，选取5到6个点作为工作点进行实验数据的测定。d) 待某一流量下的热流体和逆流的冷流体换热的四个温度相对恒定后，可认为换热过程基本平衡了，抄录冷热流体的流量和温度，即完成逆流换热下一组数据的测定。之后，改变一个冷流体的风量，待换热平衡后抄录一组实验数据。e) 同理，可进行冷热流体的并流换热实验。注意：热流体流量在整个实验过程中最好保持不变，但在一次换热过程中，必须待热流体进出口温度相对恒定后方可认为换热过程平衡。f) 实验结束，应先关闭加热器，待各温度显示至室温左右，再关闭风机和其他电源。五、原始数据记录表1. 气-气列管换热器传热系数测定实验原始数据记录表换热方式：并流传热序号热流体冷流体流量进口温度出口温度流量进口温度出口温度15072.364.910.225.751.525072.3642025.550.435072.161.530.125.747.945072.159.34025.945.655072.456.95025.943.165072.455.46026.241.6换热方式：逆流传热序号热流体冷流体流量进口温度出口温度流量进口温度出口温度15073.858.810.225.950.92507356.620.325.748.435074.154.230.12645.745073.453.240.226.543.755073.152.450.126.34265073.253.359.826.640.5表2.气-气列管换热器传热系数测定数据处理表换热方式：并流传热序号Qt1t2tmK186.8769870146.613.426.637871366.655936242164.515581346.813.626.8648970212.49757573220.599408246.413.626.7268636816.84458304259.96708646.213.726.7361210219.84375645283.72043846.513.826.9183719321.51026356304.52658746.213.826.8142841423.1773045换热方式：逆流传热序号Qt1t2tmK1152.127163622.932.927.5987121811.249206022152.127163624.630.927.6303984811.236305533195.559331828.428.228.2998822114.102556124227.650735629.726.728.1733841616.49050525259.145916131.126.128.5270071518.539246466273.580010832.726.729.5987135918.86320332六、数据处理在并流传热中：T1=72.3 0C，T2=64.9 0C,t1=25.7 OC,t2=51.5 0C，t1=T1-t2=46.6 0C，t2=T2-t2=13.4 0C，A=0.49m2tm=t1-t2lnt1t2=46.6-13.4ln46.6-13.413.4=26.63Q=ms2*Cp2*t2-t1=10.13600*51.5-25.7=10.23600*10-5*t1*t1-4.5*10-3*t1+1.2916*1005*51.5-25.7=86.87K=QAtm=86.870.49*26.63=6.65在逆流传热中：T1=73.8 0C,T2=58.8 0C,t1=25.9 0C,t2=50.9 0C,t1=T1-t2=22.9 0C,t2=T2-t1=32.9 0C,A=0.49m2tm=t1-t2lnt1t2=22.9-32.9ln22.932.9=25.59Q=ms2*Cp2*t2-t1=10.33600*50.9-25.9=10.23600*10-5*t1*t1-4.5*10-3*t1+1.2916*1005*50.9-25.9=152.2K=QAtm=152.20.49*25.59=11.25七、实验结果及讨论通过本次实验的学习和操作，对实验数据进行测量分析，传热系数的值和冷热流体的温度，传热面积还有流量有关，其中一值改变，则传热系数改变。两流体进、出口温度各自相同的情况下，逆流传热的平均温度差最大，并流传热的平均温度差最小，其他流动方向的平均温度差介于逆流与并流两者之间，就传热推动力而言，逆流优于并流和其他流动方式。传热系数K与热量Q成正比，与对数平均温差tm，传热面积A成反比。就实验而言，强化了我们在课本上学到的理论知识，锻炼了我们的操作能力，也提高了我们学习的兴趣。误差:在实验过程中对实验仪器实验仪器不精确，操作人员操作失误，在温度和流量没有稳定的时候对数据进行收集，读数误差。八、思考题1.实验中哪些因素影响实验的稳定性?答:冷空气和热空气的走向，冷热流体流量和温度的稳定性，实验器材保温和传热效果对实验的影响。2.影响传热系数K的因素有那些？如何强化传热过程？答：流体的流动形态、流体的物性、流体有无相变和加热面的几何形状、尺寸、相对位置等因素有