浙江大学化工原理实验-横管对流传热系数的测定实验报告

实验报告实验报告课程名称：过程工程原理实验(乙)实验名称：传热综合实验一、实验目的和要求(必填)三课程名称：过程工程原理实验(乙)实验名称：传热综合实验一、实验目的和要求(必填)三、主要仪器设备(必填)五、实验数据记录和处理七、讨论、心得实验类型：工程实验同组学生姓名：二、实验内容和原理(必填)四、操作方法和实验步骤六、实验结果与分析(必填)横管对流传热系数的测定1.2把测得的数据整理成Nu=BRen形式的准数方程式，并与教材中相应公式进行比较。1.3了解温度、加热功率、空气流量的自动控制原理和使用方法。2装置与流程：1传热综合实验实验装置由蒸汽发生器、孔板流量变送器、变频器、套管换热器及温度传感器、智能显示仪等构成。冷凝水经排出阀排入盛水装置。空气经孔板流量计进入套管换热管内(紫铜管)，流量通过变频器调节电机转速达到自动控制，热交换后从风机出口排出。本实验中，普通管和强化管实验通过管路上的切换阀门进行切换。2.3横管对流传热系数测定实验数据符号说明表：冷流体流量冷流体进口温度普通管冷流体出口温度强化管冷流体出口温度蒸汽发生器内蒸气温度普通管热流体进口端壁温普通管热流体出口端壁温普通管外蒸气温度强化管热流体进口端壁温强化管热流体出口端壁温强化管外蒸气温度冷流体流量范围：Vtt2T1TW1TW2TT‘W1T’W2T’℃℃℃℃℃℃℃℃℃℃3基本原理：，两流体不直接接触，通过固体壁面进行热量交换。气走紫铜管内，水蒸气走紫铜管外，采用逆流换热。2传热综合实验3传热综合实验TtTt所谓强化管，是在紫铜管内加了弹簧，增大了绝对粗糙度，进而增大了空气流动的湍流程度，使换热3.1空气在传热管内对流传热系数的测定bbTWtw公式：(1)T1—热流体进口温度，℃；T2—热流体出口温度，℃；t—冷流体进口温度，℃；t—冷流体出口温度，℃；A1—热流体测的传热面积，；(T-Tw)m—热流体与固体壁面的对数平均温度，℃；A2—冷流体测的传热面积，；(t-tw)m—冷流体与固体壁面的对数平均温度，℃；AΔt—冷、热流体的对数平均温差，℃。Vp04传热综合实验0m2=V'p0本实验中即为空气在进口温度下对应的密度。空气在无纸记录仪上记录的体积流量与空气流过孔板时候的密度有关。考虑到实际过程中，空气的进g因此，如果空气的密度不等于该值，则空气的实际体积流量应按照下式进行校正。(5)V—无纸记录仪上显示的空气的体积流量，。在本装置的套管换热器中，环隙内通水蒸气，紫铜管内通空气，水蒸气在紫铜管表面冷凝放热而加热空气。当内管材料导热性能很好，即λ值很大，且管壁厚度较薄时，可以认为同一截面处换热管两侧壁温在传热达到稳定后，可得：()7(8)3.2准数方程式对于流体在圆形直管内作强制湍流对流传热时，传热准数经验式为：()9在双对数坐标中作图，找出直线斜率，即为方程的指数n。在直线上任取一点的函数值代入方程中，蒸汽发生器及测温点是否正常；；4.4温度上升到水的沸点后，开启风机；4.6在每个实验点时，观察温度变化，特别注意冷流体出口温度的变化，等待系统稳定。系统稳定后，冷流体出口温度不再有明显的变化时，点击读取数据按钮，保存得到该冷流体流量下的系统数据；的采集；4.8完成实验后，按序切断电加热器电源、水源，停风机，最后导出实验数据，关闭计算机。计算示例：以强化管第一组数据为例：V'===7.3214m³/h05传热综合实验00 (t-t)=(tw1-t1)-(tw2-t2)=[(20.374-101.934)-(78.124-101.374)]/ln[(20.374-101.934)/(78.124-101.374)]=分别计算，得到如下表格TW1/℃TW2/℃t1/℃t2/℃)Q/(J/k(tW-t)m/Kα/(Wm·K)(104)型6传热综合实验7传热综合实验yy=0.0249x0.7637乘幂(系列1)yy=0.0135x0.8491乘幂(系列1)根据图像及双对数坐标下直线方程，可得：6.2.1从实验结果可以发现，热流体流速越大，横管对流传热系数越大，热量交换越迅速，越明显，换热效果也越好。另外，随着热流体温度的升高，平均温差变化很小，可以认为基本上没有发生变化，故在生产中在负载允许的情况下，应适当增大流速，以更好地换热任务。6.2.2在管内加装弹簧，增大空气流动时的湍流程度后，空气在换热过程中所获得的热量增大，所以8传热综合实验强化管的α较普通管有明显的增大，说明传热效果更好。因此在工程上，使用列管式换热器时，常通过增加壳程挡板来增大湍流程度，以获得更好的换热效果。6.2.3通过加弹簧方法来提高传热效果，由于污垢不断积累所产生的热阻和流体运行阻力的增加，使得效果的提高并没有想象中那么理想，所以实际生产中很少用这样的方法。无论是普通管还是强化管，实验得到的Nu与Re的关系式与公认的经验式(Nu=0.023Re0.8)有一定的偏差。分析起来，产生偏差的主要原因可能有：(1)测量仪器本身的系统误差和外界因素的干扰。比如由于长期有人做实验，导致管内污垢层积，(2)实验数据处理过程中，假设内管材料导热性能很好，即λ值很大，且管壁厚度较薄时，所以可以认为同一截面处换热管两侧壁温近似相等，即：，而实际上内管材料的性能究竟有没有这么好，有待(3)测定实验数据时，要求在稳定传热状态下，要求稳定时间在8min以上，而事实上测量数据的时候，在温度稳定5min左右就已经开始采集数据，而有可能此时传热尚未达到真正的稳定。即使每次数据都在度数稳定8min采集，也不能保证此时传热已经稳定，因为过程工程原理实验是工程实验，实验结果受实际复杂情况影响较大。(4)数据处理的时候也会引入一定的误差。(5)加强管的测量误差较大，可能是因为测量的数据较少，公式未能完全拟合.在不考虑错流和折流的情况下，实验中冷流体和蒸汽的流向有两种：一种是两者流动方向相同，即并流；另一种是两者流动方向相反，即逆流。这两种情况的传热效果是不相同的，因为在同样的进、出口温度下，逆流的传热温差比并流的大，所6.4.2在计算冷流体质量流量时所用到的密度值与求雷诺数时的密度值是否一致？它们分别表示什么不一致。计算冷流体质量流量时的密度是孔板流量计测压的地方的温度对应的密度，应该将压力换算到常压下进行计算。本实验测压处的压力近似认为是常压。温度。冷凝水不及时排走将会附着在管壁上，由于水的导热性能远差于紫铜，所以未及时排走的冷凝水将降低传热的速率，使传热效果变差。要及时排走冷凝水，可以使管束有一定的倾斜，同时也可以设置冷凝液排泄