化工原理实验-传热实验

化工原理实验福州大学化工原理实验室二○○六年九月传热实验实验四传热实验一、实验目的

六、操作要点二、实验任务

七、数据处理三、实验原理

八、数据处理注意点四、设计思路

九、实验报告要求五、实验流程

十、方案设计要求福州大学化工原理实验室传热实验装置一、实验目的1、加深对传热过程的理解。2、学习并掌握传热系数、传热膜系数的测定方法。3、学会用最小二乘法或作图法确定准数关系式中常数A和指数m。4、比较传热效果，了解工程上强化传热的措施。5、培养工程观念、动手能力和其它综合素质。二、实验任务1、管内插入螺旋线圈强化传热的研究2、强化传热的途径探讨3、对流给热系数的测定与列管换热器设计（适用于普通管）4、对流给热系数的测定与套管换热器设计（适用于强化管）实验任务书（1）

（1）查阅资料，对管内插入螺旋线圈强化传热的现状与发展作出简要评述。（2）设计实验方案，测定普通套管换热器和管内插入螺旋线圈的套管换热器的传热系数。（3）用作图法或最小二乘法关联出上述两种管中的系数A、m的值。（4）根据实验数据处理结果比较普通管与管内插入螺旋线圈管的传热效果，对螺旋线圈强化传热的机理进行探讨。（5）分析管内螺旋线圈的直径和螺距对传热及传热阻力的影响，以及使用螺旋线圈强化传热的优缺点。管内插入螺旋线圈强化传热的研究实验任务书（2）强化传热的途径探讨（1）查阅资料，概述强化传热的途径。（2）以实验室提供的普通套管换热器和管内插入螺旋线圈的套管换热器为例，设计一实验方案，测定不同流速下的普通套管换热器或强化套管换热器的传热膜系数，通过实验数据说明，本实验要提高传热效果，可采取哪些措施。（3）用作图法或最小二乘法关联出上述两种管中的系数A、m的值。（4）传热系数随着雷诺数的增大而增大，试分析是否存在最佳的操作雷诺数。实验任务书（3）

对流给热系数的测定与列管换热器设计（适用于普通管）（1）设计一列管换热器，用110℃的水蒸气将空气加热至90℃，空气来源于周围环境，流量分别为5000m3/h、8000m3/h和10000m3/h。（2）为了给设计提供空气的对流给热系数，利用实验室现有的套管换热器，设计适宜的实验方案测定空气在圆管内传热的对流给热系数。（3）根据当地气候条件确定空气进口温度，进行列管换热器的设计，给出列管换热器的主要结构参数，如管数、管程数、壳程数、管子直径、壁厚、管长、裕度、具体型号等，并校核空气流速与阻力。实验任务书（4）

对流给热系数的测定与套管换热器设计（适用于强化管）（1）设计一具有螺旋线圈内插物的套管换热器，用于预热空气，加热介质为120℃的水蒸气，需将空气加热至110℃，空气来源于周围环境，流量分别为80m3/h、90m3/h和100m3/h。（2）制定适宜的实验方案，测定内插螺旋线圈管内空气的对流给热系数。（3）根据当地气候条件确定空气进口温度和适宜的空气流速，进行套管换热器的设计，给出套管换热器的主要结构参数，如内管直径、内管壁厚、管长等，并校核其阻力。三、实验原理本传热实验装置有两根套管换热器，一根为普通套管换热器，另一根为内插螺旋线圈的套管换热器，用水蒸气加热空气，采用计算机数据在线采集和自动控制系统，可实行自动操作或手动操作。套管换热器传热示意图如下页所示。实验原理疏水器不凝性气体排出阀影响对流传热的因素很多，很难提出一个普遍的公式用以计算各种情况下的对流传热系数α。一种解决方法是用因次分析法。把影响α的因素归纳成几个准数，以减少变量数，再用实验方法确定这些准数在不同情况下的经验式，用以计算这些情况下的α。

无相变时强制湍流下的对流传热影响因素主要有：定性长度、流体的流速、粘度、导热系数、比热和密度。实验原理（要求掌握因次分析法,请同学们自己归纳出下页的无因次数群)实验原理7个物理量涉及到4个基本因次，因此可以归纳出3个无因次数群，它们之间的关系为：式中：努塞尔特准数，被决定准数雷诺准数，反映流体的流动型态和湍动程度普兰特准数，反映与传热有关的流体物性注意定性尺寸当流体在圆形直管中作强制湍流时，其定性尺寸为管径，即系数与指数和则需由实验加以确定。对于气体，基本上不随温度而变，可视为一常数，因此，上式也可简化为：实验原理对流传热系数的准数关联式为四、实验方案设计思路通过实验测得不同流速下孔板流量计的压差，空气的进口温度、出口温度和换热器的壁温（因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内、外壁温度与壁面的平均温度近似相等），根据所测的温度，查物性数据和，通过计算可求出不同流量下的和，然后用作图法或线性回归方法（最小二乘法）确定关联式中常数、

的值。实验方案设计思路系数和指数的求解求方法一求方法二五、实验流程普通管强化管孔板流量计旁路调节阀旋涡气泵电加热器

测量仪表面板示意图实验内管内径d2（mm）19.25实验内管外径d1（mm）22.01实验外管内径D2（mm）50实验外管外径D1（mm）52.5总管长（紫铜内管）L（m）1.30测量段长度l（m）1.00强化内管内插物（螺旋线圈）尺寸丝径h（mm）1节距H（mm）40加热釜操作电压（V）≤200操作电流（A）≤10实验装置主要参数六、实验操作要点（1）

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）在保温瓶中加入适量的冰水，将热电偶的冷端插入其中。（3）检查空气流量旁路调节阀是否全开。（4）检查普通管和强化管的各支路控制阀是否已按要求打开或关闭。（5）接通电源总闸，设定加热电压，启动电加热器开关，开始加热。2．实验开始

（1）加热10min，启动鼓风机。（2）观察到蒸汽排出口有恒量蒸汽排出，标志着实验可以开始。（3）调节空气流量旁路阀的开度，使压差计读数为所需的空气流量值。若为计算机在线数据采集，则可直接从屏幕上读取空气流量值。建议从最大流量开始实验。旁路全开时，通过传热管的空气流量是最大还是最小？实验操作要点（2）（4）稳定5min左右读取压差计读数，以及转动各仪表选择开关读取、、值。注意：第1个数据点必须稳定15min。（5）重复（3）与（4）步骤，共做5～7个空气流量值实验（注意：最小、最大流量值一定要做）。3．实验结束（1）关闭加热器开关。（2）过5min后关闭鼓风机，并将旁路阀全开。（3）切断总电源。实验操作要点（3）七、数据处理式中：——空气入口温度（即流量计处温度）下的体积流量，——孔板两端压差，kPa

——空气入口温度（即流量计处温度）下的密度，1、求Re数所需参数的测定与计算1、求Re所需参数的测定与计算

雷诺数：式中：V——实验条件（管内平均温度）下的空气体积流量，——管内平均温度，℃——传热内管空气进口（即流量计）处的温度，℃流量：流速：2、求Nu所需参数的测定与计算当时，T≈Tw（℃）＝8.5＋21.26×E(mv)

1、在回归方程时不能用下列公式计算

（请分析为什么？）八、数据处理注意点2、注意上述两个经验式的应用范围。在进行误差分析时，通常要求将实验结果与经验式进行比较。请问能否将强化管的实验结果与上两式进行比较？数据处理注意点3、为比较普通套管换热器和强化套管换热器的传热效果，需将两根管的的数据画在同一张图中。4、回归方程可以用最小二乘法，也可以用作图法，如下两页所示（下面的图是以为例。）5、计算示例只要以其中一根管的其中一组数据为例即可。在开始计算之前，要说明“以什么为例”，然后写出原始数据。每一计算过程都应包括：公式、数据代入、答案和单位。6、同组同学应取不同组数据进行处理。否则按计算雷同扣分。九、实验报告要求

实验报告按小论文格式撰写。报告要有封面。报告在实验结束一周内交。报告应包括如下几个方面：

论文题目摘要关键词前言实验方法实验数据处理实验结果与讨论参考文献结果讨论要有理论依据，说明强化的原因，并提出一些强化的措施。将计算示例放在