四川大学化工实验报告对流传热实验

1、-. z*大学化工原理实验报告学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班号：153080302：胡垒*：实验日期：2017年6月5日指导教师：吴一实验名称冷空气蒸汽的对流传热实验二实验目的1测定冷空气蒸汽在套管换热器的总传热系数K。2测定冷空气在光滑套管的给热系数。3测定冷空气在螺旋套管的给热系数。4比拟冷空气在螺旋套管和光滑套管的传热性能，绘制Nu与Re之间的关系曲线。5熟悉温度、流量等桓公测试仪表的使用。三实验原理1准数关联影响对流传热的因素很多，根据因次分析得到的对流传热的准数关联为： Nu=CRemPrnGrl1式中C、m、n、l为待定参数。参加传热的流体、流态及温度等不同，待定参数不同

2、。目前，只能通过实验来确定特定围的参数。本实验是测定空气在圆管作强制对流时的对流传热系数。因此，可以忽略自然对流对传热膜系数的影响，则Gr为常数。在温度变化不太大的情况下，Pr可视为常数。所以，准数关联式1可写成 NuCRem 2待定参数C和m可通过实验测定蒸汽、空气的有关数据后，对式2取对数，回归求得直线斜率和截距。 2传热量计算努塞尔数Nu或1无法直接用实验测定，只能测定相关的参数并通过计算求得。当通过套管环隙的饱和蒸汽与冷凝壁面接触后，蒸汽将放出冷凝潜热，冷凝成水，热量通过间壁传递给套管的空气，使空气的温度升高，空气从管的末端排出管外，传递的热量由3式计算。 QWecpct2t1= V1

3、cpct2t13根据热传递速率 QKStm 4所以 KStm=V1cpct2t15式中：Q换热器的热负荷即传热速率，kJs； We冷流体的质量流量，kgs； V冷流体空气的体积流量，m3/s；1一冷流体空气的密度，kgm3； K换热器总传热系数，W/m2； Cpc一一冷流体空气的平均比定压热容，kJ/kgK； S传热面积，m2；tm蒸汽与空气的对数平均温度差，。空气的流量及两种流体的温度等可以通过各种测量仪表测得。综合上面各式即可算出传热总系数K。 3传热膜系数的计算当传热面为平壁或者当管壁很薄时，总的传热阻力和传热分阻力的关系可表示为：式中：l空气在圆管中强制对流的传热膜系数，Wm2；2蒸汽

4、冷凝时的传热膜系数，Wm2。当管壁热阻可以忽略管为黄铜管而且壁厚b较薄，黄铜导热系数比拟大时，7蒸汽冷凝传热膜系数远远大于空气传热膜系数，则K1。因此，只要在实验中测得冷、热流体的温度及空气的体积流量，即可通过热衡算求出套管换热器的总传热系数K值，由此求得空气传热膜系数1。 4努塞尔数和雷诺数的计算式中：空气导热系数，Wm；一空气的粘度，Pas； d套管换热器的管平均直径，m；1进口温度t1时的空气密度，kgm3。由于热阻主要集中在空气一侧，本实验的传热面积S取管子的外表较为合理，即 Sdl本装置d=00178 m，l=1327m。 5空气流量和密度的计算空气密度1可按理想气体计算：式中：pa

5、当地大气压，Pa ； t孔板流量计前空气温度，可取t=t1；空气的流量由 14喷嘴流量计测量，合并常数后，空气的体积流量可由11式计算11式中：C0合并整理的流量系数，其值为C0=0001233； R喷嘴流量计的压差计示值，mmH2O。 V1空气的体积流量，m3s。四.实验装置图及主要设备包括名称、型号、规格1实验装置示意图。冷空气通过风机进入套管换热器管程，蒸汽发生器通过电加热使水汽化产生蒸汽，蒸汽进入换热器的壳程加热管程的冷空气、蒸汽和冷空气通过套管换热器管壁进展热量交换。对流传热装置示意图如下图。2仪器及仪表。设备：风机、蒸汽发生器、普通套管换热器、螺旋套管换热器、消音器。仪表：气体涡旋

6、流量计、压差变送器、温度变送器、温度控制器、无纸记录仪、液位计。五实验操作步骤1实验前的准备1向电加热釜加水至液位计上端红线处。2检查空气流量旁路调节阀是否全开。3检查普通管支路各控制阀是否已翻开，保证蒸汽和空气管路的畅通。4接通电源总闸，设定加热电压，启动电热锅炉开关，开场加热。2实验开场1当蒸汽压力稳定后，启动旋涡气泵并运行一段时间，保证实验开场时空气入口温度稳定。2调节空气流量旁路阀的开度或主阀开度，使孔板流量计的压差计读数为所需的空气流量值。3稳定58分钟左右读取压差计读数，读取空气入口、出口的温度值、温度测量可采用热电偶或温度计、空气压力值p1、空气入、出口之间压力差p2、蒸汽温度值

7、t3及压力值p3,孔板流量计读数p4。4调节空气流量，重复3与4共测610组数据注意：在空气入、出口之间压力差p2最大值与最小值之间可分为6-10段。5实验过程，要尽可能保证蒸汽温度或压力稳定，在蒸汽锅炉加热过程蒸汽温度或压力变化较大不要记录数据。3实验完毕1关闭加热器开关。2过5分钟后关闭鼓风机，并将旁路阀全开。3切断总电源。六实验考前须知1、检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常围。特别是每个实验完毕后，进展下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。2、必须保证蒸汽上升管线的畅通。在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭控制阀必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷

8、出。3、必须保证空气管线的畅通。即在接通风机电源之前，三个空气支路控制阀之一和旁路调节阀必须全开。在转换支路时，应先关闭风机电源，然后开启和关闭控制阀。4、调节流量后，应至少稳定510分钟后读取实验数据。5、套管换热器中积累的热水要及时放掉，以免影响蒸汽传热。七.实验原始数据记录列表普通套管换热器壳程：50mm管程：25*2.5 L=1.3m序号冷空气流量qvm3/h冷空气进口温度t1()冷空气出口温度t2()蒸汽温度()151.836.174.797248.836.575.397.2345.736.475.597.3442.835.975.897.7539.83575.998.1636.73

9、4.175.998.2733.733.175.998.3830.832.375.998.6927.731.475.998.61024.830.675.998.61121.729.87698.61219.529.476.298.6螺旋套管换热器壳程：50mm管程：25*2.5 L=1.3m 螺纹深度1mm 螺纹中心距3mm序号冷空气流量qvm3/h冷空气进口温度t1()冷空气出口温度t2()蒸汽温度()15533.467.799.3252.135.569.199.13493669.999.344635.970.499.554335.570.799.6639.934.870.899.773734.

10、17199.783433.27199.993132.571.299.71028.131.971.499.5112531.271.799.5122230.772.299.51320.330.472.399.6八实验数据处理以一组实验数据为例进展计算以6#普通套管换热器流量为51.8m3/h时数据为例，进展数据处理定性温度 QUOTE =(36.1+74.7)/2=55.4传热面积 QUOTE =3.1415*0.025*1.3=0.102 m2平均温差 QUOTE =/ln36.1/74.4=52.9618传热速率 QUOTE =(51.8/3600)*1.093*1.017*(74.7-36.

11、1)=581.7987W传热系数 QUOTE =581.7987/0.102*52.9618=107.6985W/(m2)=107.6985*0.02/0.02826=76.2198=(0.02*51.8/(3600*0.012)*1.093)/0.0000196=51083.9277九实验结果与分析含计算结果列表和作图普通套管换热器数据处理表序号冷空气流量qvm3/h定性温度tm传热面积Am2平均温差tm传热速率QW传热系数KW/(m2)NuRe151.855.40.1020987538.42147476617.3844383157.384233351083.92766111.3830384

12、248.855.90.1020987538.05947447584.6422024150.455112448125.39903106.479202345.755.950.1020987538.06007672551.7363171141.9846845068.25278100.4845577442.855.850.1020987538.4609183527.2969737134.281197242208.3417795.03269439539.855.450.1020987539626051125.737008539249.8131488.9858517636.755

13、0.1020987539.5886686473.67554141176668982.93683862733.754.50.1020987540.05995852445.3611031108.888336633234.1382677.06180937830.854.10.1020987540.6782834414.644414899.8372884430374.2272570.65625509927.753.650.1020987541.00217335380.608422190.91825527317.0810164.344129511024.853.250.1020

14、987541.28906538346.887377482.2873392424457.1758.235908881121.752.90.1020987541.49996919309.556782273.0587309721400.0237551.704692831219.552.80.1020987541.49157224281.785783566.517935519230.4360947.07567976螺旋套管换热器数据处理表序号冷空气流量qvm3/h定性温度tm传热面积Am2平均温差tm传热速率QW传热系数KW/(m2)NuRe15550.550.185846.66785267582.4

15、99321367.1787464854239.6915347.54334499252.152.30.185844.71557171540.524787665.0595593351379.7805246.043566434952.950.185844.20447659512.901999862.4485602348322.6342744.1957255744653.150.185844.12468353490.021957559.7706842645364.1056442.3005550354353.10.18584435805656.9250173442405.577

16、0140.28663648639.952.80.185844.49905035443.52081953.6435558539348.4307637.9642999773752.550.185844.63645387421.567094350.8313108736488.5197535.9740345983452.10.185845.19566723396.83441747.2570730233529.9911333.4444961293151.850.185845.11703357370.434368344.1901042530571.462531.273959131028.151.650.1

17、85844.99689202342.722036440.9933869827711.5514929.01159729112551.450.185845.05638326312.632156337.3449264924654.4052426.42953043122251.450.185844.89801451281.909292533.7937623821695.8766123.916321571320.351.350.185845.04823363262.632625331.3779956620019.3770522.20664944普通套管换热器螺旋套管换热器十实验思考题1.与流体的物流性质有关，比方流速、密度、粘度、管径、导热系数等。