化工傳熱綜合實(shí)驗(yàn)

1、化工傳熱綜合實(shí)驗(yàn)裝置 說(shuō)明書(shū) 化學(xué)與生物工程學(xué)院環(huán)境工程實(shí)訓(xùn)室 2016. 11 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1. 通過(guò)對(duì)空氣一水蒸氣簡(jiǎn)單套管換熱器的實(shí)驗(yàn)研究，掌握對(duì)流傳熱系數(shù):i 的測(cè)定方法，加深對(duì)其概念和影響因素的理解。 2. 通過(guò)對(duì)管程內(nèi)部插有螺旋線(xiàn)圈的空氣一水蒸氣強(qiáng)化套管換熱器的實(shí)驗(yàn)研 究，掌握對(duì)流傳熱系數(shù)：,的測(cè)定方法，加深對(duì)其概念和影響因素的理解。 3. 學(xué)會(huì)并應(yīng)用線(xiàn)性回歸分析方法，確定關(guān)聯(lián)式Nu=ARePr04中常數(shù)A、m的值。 4. 由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及關(guān)聯(lián)式Nu=AR?Pr0.4計(jì)算出Nu、Nu,求出強(qiáng)化比Nu/Ns，力卩 深理解強(qiáng)化傳熱的基本理論和基本方式。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 1. 測(cè)定5-6組

2、不同流速下簡(jiǎn)單套管換熱器的對(duì)流傳熱系數(shù) :i o 2. 測(cè)定5-6組不同流速下強(qiáng)化套管換熱器的對(duì)流傳熱系數(shù) :i o 3. 對(duì):“的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)性回歸，確定關(guān)聯(lián)式Nu=ARePr0.4中常數(shù)A、m的數(shù) 值。 4. 通過(guò)關(guān)聯(lián)式Nu=ARePr0.4計(jì)算出Nu Nu,并確定傳熱強(qiáng)化比Nu/Nit。 三、實(shí)驗(yàn)原理： 1. 普通套管換熱器傳熱系數(shù)測(cè)定及準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的確定： (1)對(duì)流傳熱系數(shù)二的測(cè)定： 對(duì)流傳熱系數(shù)冷可以根據(jù)牛頓冷卻定律，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定。因?yàn)?i 1，而且它的值越大，強(qiáng)化效 果越好。需要說(shuō)明的是，如果評(píng)判強(qiáng)化方式的真正效果和經(jīng)濟(jì)效益， 則必須考慮 阻力因素，阻力系數(shù)隨著換熱系數(shù)的增加而

3、增加， 從而導(dǎo)致?lián)Q熱性能的降低和能 耗的增加，只有強(qiáng)化比較高，且阻力系數(shù)較小的強(qiáng)化方式，才是最佳的強(qiáng)化方法。 四、實(shí)驗(yàn)裝置的基本情況： 1. 實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖（如圖二所示）： ID 20 4 F=L u 16 E 1 JHHH1 .s b | i i ii - in 111, * i .ii a i ll ! illL i ii! .in in in III I . 11 * i ill . .i 11 . i n is* ll i , .ii a i II I / 2 r( 2 y 圖二傳熱綜合實(shí)驗(yàn)裝置流程圖 1-光滑管空氣進(jìn)口閥；2-光滑管空氣進(jìn)口溫度；3-光滑管蒸汽出口； 4-光滑套管

4、 換熱器；5-光滑管空氣出口溫度；6-強(qiáng)化管空氣進(jìn)口閥；7-強(qiáng)化管空氣進(jìn)口溫度； 8-強(qiáng)化管蒸汽出口； 9-內(nèi)插有螺旋線(xiàn)圈的強(qiáng)化套管換熱器；10-光滑套管蒸汽進(jìn) 口閥；12-孔板流量計(jì)；13-強(qiáng)化套管蒸汽進(jìn)口閥；14-空氣旁路調(diào)節(jié)閥；15-旋渦 氣泵；16-儲(chǔ)水罐17-液位計(jì)；18-蒸汽發(fā)生器；19-排水閥；20-散熱器；其中2, 5, 7，11，12為測(cè)試點(diǎn) 2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)(如表一所示)： 表一實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)參數(shù) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)管內(nèi)徑d ( mm 20.00 實(shí)驗(yàn)內(nèi)管外徑do( mm 22.0 實(shí)驗(yàn)外管內(nèi)徑D(mm 50 實(shí)驗(yàn)外管外徑D (mr)i 57.0 測(cè)量段(紫銅內(nèi)管)長(zhǎng)度 l(

5、m 1.20 強(qiáng)化內(nèi)管內(nèi)插物絲徑h(mm 1 （螺旋線(xiàn)圈）尺寸 節(jié)距H（ mn） 40 孔板流量計(jì)孔流系數(shù)及孔徑 Co=O.65、do =0.017 m 旋渦氣泵 XGB-12 型 加熱釜 操作電壓 w 200 伏 操作電流 w 10安 3. 實(shí)驗(yàn)裝置面板圖（如圖三所示）： 光滑管空2入溫應(yīng)r） 2- 比幣訝空氣出口汨度） 3- 強(qiáng)憂(yōu)管空氣入口溫度心 4- 強(qiáng)比晉空氣出口溫度（V） 圖三傳熱過(guò)程綜合實(shí)驗(yàn)面板圖 五、實(shí)驗(yàn)操作步驟： 1. 實(shí)驗(yàn)前的檢查準(zhǔn)備 向水箱16中加水至液位計(jì)上端。 檢查空氣流量旁路調(diào)節(jié)閥14是否全開(kāi)（應(yīng)全開(kāi)）。 檢查蒸氣管支路各控制閥10、13和空氣支路控制閥1、6是否已打

6、開(kāi)（應(yīng) 保證有一路是開(kāi)啟狀態(tài)），保證蒸汽和空氣管線(xiàn)暢通。 合上電源總閘，設(shè)定加熱電壓，啟動(dòng)電加熱器開(kāi)關(guān)，開(kāi)始加熱。加熱系統(tǒng) 處于完好狀態(tài)。 2. 開(kāi)始實(shí)驗(yàn) 合上電源總開(kāi)關(guān)。打開(kāi)加熱開(kāi)關(guān)，設(shè)定加熱電壓（不得大于200V）,直至有 水蒸氣冒出，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中始終保持換熱器蒸汽放空口 3或8處有水蒸氣冒 出，經(jīng)過(guò)風(fēng)冷散熱器20將水蒸氣冷凝下來(lái)，并流回到水箱17中循環(huán)使用。 加熱電壓的設(shè)定：按一下加熱電壓控制儀表的| 鍵，在儀表的SV顯示窗中 右下方出現(xiàn)一閃爍的小點(diǎn)，每按一次 w鍵，小點(diǎn)便向左移動(dòng)一位，小點(diǎn)在哪個(gè)位 子上就可以利用2口鍵調(diào)節(jié)相應(yīng)位子的數(shù)值，調(diào)好后在不按動(dòng)儀表上任何按鍵 的情況下30秒

7、后儀表自動(dòng)確認(rèn)，并按所設(shè)定的數(shù)值應(yīng)用。 合上面板上風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)并用旁路調(diào)節(jié)閥 14來(lái)調(diào)節(jié)空氣的流量，在 一定的流量下穩(wěn)定35分鐘后分別測(cè)量空氣的流量，空氣進(jìn)、出口的溫度，由溫 度巡檢儀測(cè)量（1-光滑管空氣入口溫度；2-光滑管空氣出口溫度；3-粗糙管空氣 入口溫度；4-粗糙管空氣出口溫度），換熱器內(nèi)管壁面的溫度由溫度巡檢儀 （上- 光滑管壁面溫度；下-粗糙管壁面溫度）測(cè)得。然后,在改變流量穩(wěn)定后分別測(cè)量 空氣的流量，空氣進(jìn),出口的溫度，壁面溫度后繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，依次關(guān)閉加熱、風(fēng)機(jī)和總電源。一切復(fù)原。 六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)： 1. 實(shí)驗(yàn)前將加熱器內(nèi)的水要加到指定位置，防止電熱器干燒損壞電器

8、。特別 是每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行下次實(shí)驗(yàn)之前，一定檢查水位，及時(shí)補(bǔ)充。 2. 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照計(jì)算機(jī)使用規(guī)程操作計(jì)算 機(jī)采集數(shù)據(jù)和控制過(guò)程中要注意觀(guān)察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 3. 開(kāi)始加熱時(shí)，加熱電壓控制在（160V）左右為宜。 4. 加熱約十分鐘后，可提前啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，保證實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)空氣入口溫度11C ） 比較穩(wěn)定，可節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間。 5. 必須保證蒸汽上升管線(xiàn)的暢通。即在給蒸汽加熱釜電壓之前，兩蒸汽支路 控制閥之一必須全開(kāi)。轉(zhuǎn)換支路時(shí)，應(yīng)先開(kāi)啟需要的支路閥門(mén)，再關(guān)閉另一側(cè)閥 門(mén)，且開(kāi)啟和關(guān)閉控制閥門(mén)時(shí)動(dòng)作要緩慢， 防止管線(xiàn)驟然截?cái)嗍拐羝麎毫^(guò)大而 突然噴出。 6. 保證空氣管線(xiàn)暢通，

9、即在接通風(fēng)機(jī)電源之前，兩個(gè)空氣支路控制閥之一和 旁路調(diào)節(jié)閥必須全開(kāi)。轉(zhuǎn)換支路時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉風(fēng)機(jī)電源然后再開(kāi)啟或關(guān)閉控制閥。 7. 注意電源線(xiàn)的相線(xiàn)、零線(xiàn)、地線(xiàn)不能接錯(cuò)。 七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理過(guò)程舉例： 1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)介(以光滑管第一組數(shù)據(jù)為例)。 孔板流量計(jì)壓差.：P =0.9Kpa 壁面溫度Tw =99.4 C。 進(jìn)口溫度ti =14.4 C 出口溫度t2 =63.5 C 傳熱管內(nèi)徑di (mm及流通斷面積F (m2): di = 20.0( mm ), = 0.0200 ( m); F = n (di2) /4= 3.142 X (0.0200) 2/4 = 0.000314

10、2( m 2). 傳熱管有效長(zhǎng)度L( m)及傳熱面積Si(m2) : L = 1.200 (m ) i = n L di = 3.142 X 1.200 X 0.0200 = 0.075394(m). 傳熱管測(cè)量段上空氣平均物性常數(shù)的確定 先算出測(cè)量段上空氣的定性溫度t ( C)為簡(jiǎn)化計(jì)算，取t值為空氣進(jìn)口溫度ti( C) 及出口溫度t2( C )的平均值: 即14.4 63.5 2 =38.95 (C) 2 據(jù)此查得：測(cè)量段上空氣的平均密度 p= 1.23 (Kg/m 3); 測(cè)量段上空氣的平均比熱 Cp = 1005 (J / Kg - K); 測(cè)量段上空氣的平均導(dǎo)熱系數(shù)入=0.0274

11、(VmK); 測(cè)量段上空氣的平均粘度卩=1.91 X ( Pa s)； 傳熱管測(cè)量段上空氣的平均普蘭特準(zhǔn)數(shù)的0.4次方為: Pr0.4 = 0.86 空氣流過(guò)測(cè)量段上平均體積 V( m3/h )的計(jì)算: 孔板流量計(jì)體積流量：Vt1二c。A 2P 1耳1 2f2匯0910003 =0.65*3.14*0.017 2*3600/4*、=13.97 ( nVh ) V1.23 傳熱管內(nèi)平均體積流量Vm： Vm 273 t X 273 t = 13.97 273 38.95=i5.i6(帚/h ) 273 + 14.4 平均流速 um:um 二Vm/F 3600 =15.16/(0.0003142 3

12、600)=13.4 (m/s) 冷熱流體間的平均溫度差 tm ( C)的計(jì)算：測(cè)得tw= 99.4( C ) 山)+(t2 ) ：tm=tw- 乙=99.4-38.95= 60.45(C) 其他項(xiàng)計(jì)算： V X p x Cpt 漢 At ) 傳熱速率(W) Q- 3600 15.16 1.14 1005 (63.5-14.4) 237( W 3600 :i=Q/，tm Si = 237/(60.45 0.07539)= 52(W/mC) 測(cè)量段上空氣的平均流速: u = 12.98 (m/s) 傳熱準(zhǔn)數(shù)Nudj / - 52 0.0200/0.0274 二 38 雷諾準(zhǔn)數(shù) Re 二 di u

13、/ 二 0.0200 12.98 1.14/0.0000191 =15571 作圖、回歸得到準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式 Nu二A Re m Pr0.4中的系數(shù)。 Nu =0.0185Re0.8022 Pr4 重復(fù)步驟（1） - （8），處理強(qiáng)化管的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。作圖回歸得到準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式 Nu 二 BRem 中的系數(shù)。Nu 二 0.0309Re0.7884 Pr0.4 表二、實(shí)驗(yàn)裝置1數(shù)據(jù)記錄及整理表（普通管換熱器） No. 1 2 3 4 5 6 7 流量（Kpa） 1 t1(C) 3 p t1(Kg/m3) t2(C) Tw( C) tm (C) 3 p tm(kg/m ) 入 tmx 100 Cp tm 卩tm

14、x 100000 “）丁 tmC) 3 Vti (m /h) V(m3/h) u(m/s) qc(W) 2 a i (W/m C) Re Nu Nu/(Pr0.4) 表三、實(shí)驗(yàn)裝置1數(shù)據(jù)記錄及整理表（強(qiáng)化管換熱器） No. 1 2 3 4 5 6 7 流量（Kpa） t1(C) 3 p t1 (Kg/m ) t2(C) Tw( C) tm (C) 3 p tm(kg/m ) 入 tmx 100 Cp tm 卩tmx 100000 t(C) tm( C) 3 Vt1(m /h) V(m3/h) u(m/s) qc(W) ai(W/m2C) Re Nu 0 4 Nu/(Pr) 圖四傳熱實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)圖 表四、實(shí)驗(yàn)裝置2數(shù)據(jù)記錄及整理表（普通管換熱器） No. 1 2 3 4 5 6 7 流量（Kpa）: W） 3 P ti (Kg/m ) t2(C) TwC) tmC) 3 P tm(kg/m ) 入 tmx 100 Cp tm 卩tmx 100000 t( C) tm( C) 3 Vti (m3/h) 3 V(m /h) u(m/s) qc(W): a i (W/m2C) Re Nu 0 4 Nu/(Pr .) No. 1 2 3 4 5 6 7 流量（Kpa） tiCC) P ti(Kg/m3) t2(C) Tw( C) tm (C) 3 P