总传热系数的测定

0-昆明理工大学实验报告课题名称：化工原理实验实验名称：总传热系数的测定姓名：成绩：学号：班级：实验日期：实验内容：测定套管换热器中水—水物系在常用流速范围内的总传热系数K，分析强化传热效果的途径。总传热系数的测定一、实验目的1.了解换热器的结构，掌握换热器的操作方法。2.掌握换热器总传热系数K的测定方法。3.了解流体的流量和流向不同对总传热系数的影响二、基本原理在工业生产中，要完成加热或冷却任务，一般是通过换热器来实现的，即换热器必须在单位时间内完成传送一定的热量以满足工艺要求。换热器性能指标之一是传热系数K。通过对这一指标的实际测定，可对换热器操作、选用、及改进提供依据。传热系数K值的测定可根据热量恒算式及传热速率方程式联立求解。传热速率方程式：Q=kSDtm（1）通过换热器所传递的热量可由热量恒算式计算，即Q=WhCph（T1－T2）=WcCpc（t2－t1）＋Q损（2）若实验设备保温良好，Q损可忽略不计，所以Q=WhCph（T1－T2）=WcCpc（t2－t1）（3）式中，Q为单位时间的传热量，W；K为总传热系数，W/(m2·℃)；Dtm为传热对数平均温度差，℃；S为传热面积（这里基于外表面积），m2；Wh,Wc为热、冷流体的质量流量，kg/s；Cph,Cpc为热、冷流体的平均定压比热，J/(kg·℃)；T1,T2为热流体的进出口温度，℃；t1,t2为冷流体的进出口温度，℃。Dtm为换热器两端温度差的对数平均值，即（4）当时，可以用算术平均温度差()代替对数平均温度差。由上式所计算出口的传热系数K为测量值K测。传热系数的计算值K计可用下式进行计算：（5）式中，a0为换热器管外侧流体对流传热系数，W/(m2·℃)；ai为换热器管内侧流体对流传热系数，W/(m2·℃)；d为管壁厚度，m；l——管壁的导热系数，W/(m2·℃)；RS为污垢热阻，m2·℃/W。当管壁和垢层的热阻可以忽略不计时，上式可简化成：（6）三、实验装置及流程1．实验流程本实验装置为一套管换热器，采用冷水—热水系统，流程如图所示。冷水经转子流量计计量后进入换热器的冷水流道，进行热交换后排入地沟。热水槽中的水被加热到预定温度后，由管道泵送至流量计计量，再进入换热器的热水流道，进行热交换后返回热水槽循环使用。在冷热水进、出口处都分别装有铜电阻测量温度。实验装置设有逆流和并流两种流程，通过换向阀门改变冷水的流向，进而测得两流体逆流或并流流动时的总传热系数。2．主要设备仪表规格（1）套管换热器：内管为紫铜管，管径do=6mm；换热管长度l=1.075m；（2）测温装置：Cu50型铜电阻配以数字温度显示仪；（3）热水发生器：f219×6mm，材质为不锈钢；加热器功率：1kW，由智能程序控温仪控制并显示其中温度；（4）流量计：LZB—15转子流量计，范围：0～160L/h；LZB—25转子流量计，范围：0～400L/h。总传热系数测定装置仿真界面四、实验步骤1．熟悉流程、管线，检查各阀门的开启位置，熟悉各阀门的作用。2．将热水发生器水位约维持在其高度的2/3，把换向阀门组调配为逆流。3．打开总电源开关，通过智能程序控温仪设定加热器温度，通电加热并启动管道泵，开启热水调节阀调节热水流量为定值。4．当热水发生器温度接近设定值时开启冷水离心泵和出口阀，调节冷水阀使冷水流量为定值。实验过程中注意开启冷水槽上水阀勿使槽内水位下降太多。5．待冷、热水温度稳定后，记录冷、热水的进出口温度。6．调节冷水阀，改变冷水流量，测取6个数据。注意，每次流量改变后，须有一定的稳定时间，待有关参数都稳定后，再记录数据。7．把换向阀门组调配为并流，调节冷水阀，改变冷水流量，待温度稳定后记录有关参数。8．实验结束后，关闭调节阀门，关闭热水泵的电源开关并关闭冷水离心泵出口阀及离心泵，最后关闭总电源。五、实验报告1．整理原始数据记录表，将有关数据整理在数据处理表中。2．列出实验结果，写出典型数据的计算过程，分析和讨论实验现象。解：（1）逆流T1=38.8℃，T2=36.6℃，t1=20.5℃，t2=27.2℃△t1=T1-t2=38.8℃-27.2℃=11.6℃，△t2=T2-t1=36.6℃-20.5℃=16.1℃，并流T1=40.3℃，T2=38.6℃，t1=21.4℃，t2=28.2℃△t1=T1-t1=40.3℃-21.4℃=18.9℃，△t2=T2-t2=38.6℃-28.2℃=10.4℃，（2）热负荷水qm2=120L/h=119.76kg/h，cp2=4.183×103J/（kg·℃），t1逆=20.5℃，t2逆=27.2℃，t1并=21.4℃，t2并=28.2℃Q逆=qm2cp2（t2逆-t1逆）=119.76/3600×4.183×103×（27.2-20.5）=932.335WQ并=qm2cp2（t2并-t1并）=119.76/3600×4.183×103×（28.2-21.4）=946.250W（3）A=2.016903×10-2m2六、思考题1．影响传热系数K的因素有哪些？答：传热系数的计算值K计可用下式进行计算：（5）式中，a0为换热器管外侧流体对流传热系数，W/(m2·℃)；ai为换热器管内侧流体对流传热系数，W/(m2·℃)；d为管壁厚度，m；l——管壁的导热系数，W/(m2·℃)；RS为污垢热阻，m2·℃/W。2．在实验中哪些因素影响实验的稳定性？答：换热器管外侧流体对流传热系数a0、换热器管内侧流体对流传热系数ai、管壁厚度d、管壁的导热系数l、污垢热阻RS。3．根据实验结果分析如何强化传热？