固體小球傳熱實(shí)驗(yàn)PPT.ppt

化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn) 固體小球?qū)α鱾鳠嵯禂?shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn) 一 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的來(lái)源與技術(shù)背景 小球傳熱屬于 傳遞過(guò)程 中的非定常導(dǎo)熱過(guò)程部分內(nèi)容 在工程上經(jīng)常遇到憑借流體宏觀運(yùn)動(dòng)將熱量傳給壁面或由壁面將熱量傳給流體的過(guò)程 此過(guò)程通稱為對(duì)流傳熱 或給熱 來(lái)源與背景 一 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的來(lái)源與技術(shù)背景 熱量傳遞的方式 導(dǎo)熱 對(duì)流和輻射 對(duì)流傳熱系數(shù) 表征傳熱過(guò)程強(qiáng)烈程度的指標(biāo) 理論上 h流化床 h固定床 h強(qiáng)制對(duì)流 h自然對(duì)流 來(lái)源與背景 一 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的來(lái)源與技術(shù)背景 非定常導(dǎo)熱過(guò)程簡(jiǎn)化處理 集總參數(shù)法條件 小球體積盡量小 忽略其內(nèi)部熱阻 將小球看作均一的來(lái)處理 來(lái)源與背景 一 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的來(lái)源與技術(shù)背景 實(shí)驗(yàn)設(shè)備技術(shù)關(guān)鍵 加熱小球與嵌裝熱電偶間的焊接引入的金屬間的導(dǎo)熱 從而產(chǎn)生熱量的散失 并帶來(lái)實(shí)驗(yàn)誤差 來(lái)源與背景 一 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的來(lái)源與技術(shù)背景 實(shí)驗(yàn)設(shè)備技術(shù)關(guān)鍵 加熱小球溫度太高 引入熱輻射造成實(shí)驗(yàn)誤差 解決方法 小球與熱電偶間采用隔熱的陶瓷粘結(jié)劑 小球加熱溫度控制在400至500度 來(lái)源與背景 一 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的來(lái)源與技術(shù)背景 應(yīng)用價(jià)值 化工生產(chǎn)中的換熱器 冷凝器 暖氣片 電子元器件散熱 宇航材料隔熱以及建筑材料保溫等 來(lái)源與背景 一 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的來(lái)源與技術(shù)背景 來(lái)源與背景 二 實(shí)驗(yàn)原理 根據(jù)熱平衡原理 球體熱量隨時(shí)間的變化應(yīng)等于通過(guò)對(duì)流換熱向周圍環(huán)境的散熱速率 實(shí)驗(yàn)原理 二 實(shí)驗(yàn)原理 積分得到 實(shí)驗(yàn)原理 二 實(shí)驗(yàn)原理 表明過(guò)余溫度的變化已達(dá)98 2 以后的變化剩1 8 對(duì)工程計(jì)算來(lái)說(shuō) 往后可近似作定常數(shù)理 實(shí)驗(yàn)原理 二 實(shí)驗(yàn)原理 只要Bi 0 1 忽略內(nèi)部熱阻進(jìn)行計(jì)算 其誤差不大于5 通常為工程計(jì)算所允許 實(shí)驗(yàn)原理 二 實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)原理 圖1小球傳熱實(shí)驗(yàn)裝置流程圖1 風(fēng)機(jī) 2 放空閥 3 轉(zhuǎn)子流量計(jì) 4 5 6 9 管路調(diào)節(jié)閥7 沙粒床層反應(yīng)器 8 帶嵌裝熱電偶的鋼球 10 溫度記錄儀 11 鋼球移動(dòng)軌跡 12 電加熱爐控制器 13 管式加熱爐 二 實(shí)驗(yàn)原理 圖2實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)控制界面流程圖 實(shí)驗(yàn)原理 二 實(shí)驗(yàn)原理 圖2固體小球?qū)α鱾鳠釋?shí)驗(yàn)裝置圖 實(shí)驗(yàn)原理 三 實(shí)驗(yàn)操作技巧與難點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)步驟如下 1 開(kāi)啟設(shè)備總電源 打開(kāi)計(jì)算機(jī)操作界面 開(kāi)啟管式加熱爐電源并輸入加溫預(yù)熱的預(yù)設(shè)值 溫度應(yīng)控制400 500度之間 溫度太高會(huì)引入熱輻射 造成測(cè)量誤差 另外也容易損壞銅球及熱電偶 而溫度太低 溫差較小 易產(chǎn)生系統(tǒng)誤差 技巧與難點(diǎn) 三 實(shí)驗(yàn)操作技巧與難點(diǎn) 2 應(yīng)快速將加熱小球置于不同的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 以免造成計(jì)算機(jī)溫度采集的讀數(shù)誤差 3 進(jìn)行流化床 強(qiáng)制對(duì)流和固定床操作之前 應(yīng)事先注意小球與管路的密閉 4 由計(jì)算機(jī)自動(dòng)開(kāi)啟風(fēng)機(jī)及相應(yīng)的閥門并自動(dòng)記錄下相應(yīng)實(shí)驗(yàn)的溫度冷卻曲線 注意在每次實(shí)驗(yàn)前及時(shí)輸入實(shí)驗(yàn)編號(hào)和風(fēng)機(jī)流量值 技巧與難點(diǎn) 三 實(shí)驗(yàn)操作技巧與難點(diǎn) 5 采集控制結(jié)束的判據(jù)應(yīng)該是過(guò)余溫度的98 2 或四倍的時(shí)間常數(shù) 6 應(yīng)注意固定床傳熱實(shí)驗(yàn)的正確操作 點(diǎn)擊固定床操作時(shí) 計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)先將砂粒床層流化 此時(shí)迅速將加熱小銅球插入床層中 同時(shí)點(diǎn)擊開(kāi)始實(shí)驗(yàn)按鈕 計(jì)算機(jī)自動(dòng)開(kāi)啟風(fēng)機(jī) 閥門和記錄下溫度冷卻曲線并存盤(pán) 7 退出小球?qū)嶒?yàn)計(jì)算機(jī)控制操作系統(tǒng)并關(guān)閉設(shè)備總電源 技巧與難點(diǎn) 三 實(shí)驗(yàn)操作技巧與難點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1 進(jìn)行固定床操作時(shí) 應(yīng)將設(shè)備先流化 然后快速將小球插入沙粒床層的底部 然后改變風(fēng)機(jī)流向?qū)⑿∏蚵袢氪矊又?此放置過(guò)程先處于流化狀態(tài) 溫度散熱很快 為了與其它散熱過(guò)程從相同的起始溫度來(lái)進(jìn)行比較 那么小球的加熱溫度應(yīng)比其它狀態(tài)加溫高些 2 停止散熱曲線采集的判據(jù)是過(guò)余溫度的98 2 技巧與難點(diǎn) 三 實(shí)驗(yàn)操作技巧與難點(diǎn) 3 由于加熱爐溫設(shè)定在550度左右 爐心的溫度較高學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)避免觸碰 以免造成燙傷 4 小球加熱溫度應(yīng)控制在400至500度之間 太高會(huì)引入熱輻射 太低溫差小會(huì)引入相對(duì)誤差 技巧與難點(diǎn) 三 實(shí)驗(yàn)操作技巧與難點(diǎn) 5 當(dāng)小球溫度加熱到400度左右時(shí)應(yīng)應(yīng)迅速放入床層反應(yīng)器中 以免造成計(jì)算機(jī)采樣滯后 引起誤差 6 當(dāng)小球放置完畢 操作電腦的同學(xué)應(yīng)觀察控制界面上顯示的小球溫度大小 如達(dá)到所測(cè)范圍 應(yīng)快速點(diǎn)擊采樣按鈕 同時(shí)調(diào)節(jié)流量的同學(xué)也要快速將風(fēng)機(jī)流量調(diào)整到所需值 技巧與難點(diǎn) 三 實(shí)驗(yàn)操作技巧與難點(diǎn) 7 在進(jìn)行自然對(duì)流散熱操作時(shí) 應(yīng)盡量減少周圍的空氣擾動(dòng)所造成的實(shí)驗(yàn)誤差 8 將流化床反應(yīng)器封口的橡皮塞蓋緊 以免漏氣 造成空氣流量偏差 技巧與難點(diǎn) 1 用游標(biāo)卡尺測(cè)量小球直徑d 查表得到不銹鋼球的密度 比熱和導(dǎo)熱系數(shù) 并查23 6度下空氣的密度 比熱導(dǎo)熱系數(shù) 粘度及普朗特?cái)?shù)待以后數(shù)據(jù)處理之用 2 從計(jì)算機(jī)采樣的原始數(shù)據(jù)表中取25到30組數(shù)據(jù)待作圖進(jìn)行 3 所以 數(shù)據(jù)處理 四 數(shù)據(jù)處理的思路與技巧 4 由對(duì)t 秒 作圖后線形化處理得到直線的斜率K 如圖4所示 斜率K與對(duì)流傳熱系數(shù)h有如下關(guān)系 即 數(shù)據(jù)處理 四 數(shù)據(jù)處理的思路與技巧 數(shù)據(jù)處理 四 數(shù)據(jù)處理的思路與技巧 圖3 強(qiáng)制對(duì)流冷卻曲線圖 圖4 強(qiáng)制對(duì)流與t 秒 關(guān)系圖 5 對(duì)于氣體在20 Re 180000范圍 即高數(shù)下 繞球換熱的經(jīng)驗(yàn)式為 通過(guò)實(shí)驗(yàn)計(jì)算值與經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值的比較來(lái)分析實(shí)際值與理論值的誤差 數(shù)據(jù)處理 四 數(shù)據(jù)處理的思路與技巧 6 計(jì)算 數(shù)據(jù)處理 四 數(shù)據(jù)處理的思路與技巧 1 原始數(shù)據(jù)表 四張 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 五 實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫(xiě)規(guī)范 2 作小球冷卻曲線 對(duì)曲線進(jìn)行線性化處理 要求曲線規(guī)范 自變量和應(yīng)變量標(biāo)識(shí)和單位清楚 3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果列表 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 五 實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫(xiě)規(guī)范 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論 1 討論Bi 畢奧準(zhǔn)數(shù)的物理意義 與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的關(guān)系 2 Nu 努塞爾數(shù) 的物理意義 3 誤差分析 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 五 實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫(xiě)規(guī)范 六 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目思考與討論 1 影響熱量傳遞的因素有那些 2 本實(shí)驗(yàn)中小球的選擇有那些要求 3 本實(shí)驗(yàn)加熱