水-蒸氣給熱系數(shù)測定實(shí)驗(yàn)

1、貴州理工學(xué)院化工原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院：化學(xué)工程學(xué)院專業(yè)：化學(xué)工程與工藝(能源變換材料及工程方向)班級：能源162姓名學(xué)號實(shí)驗(yàn)組號3實(shí)驗(yàn)日期2018年6月8號指導(dǎo)教師張文娟成績實(shí)驗(yàn)名稱水-蒸氣給熱系數(shù)測定實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?- 了解間壁式傳熱元件，掌握給熱系數(shù)測定的實(shí)驗(yàn)方法；2.觀察水蒸氣在水平管外壁上的冷凝現(xiàn)象，測定水在圓形直管內(nèi)的強(qiáng)制對流給熱系數(shù);3. 了解影響給熱系數(shù)的因素和強(qiáng)化傳熱的途徑；二、實(shí)驗(yàn)原理在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量情況下，冷、熱流體系通過固體壁面(傳熱元件)進(jìn)行熱量交換，稱 為間壁式換熱。如圖(4-1)所示，間壁式傳熱過程由熱流體對固體壁面的對流傳熱，固體壁面 的熱傳導(dǎo)和固體壁面對冷流體的

2、對流傳熱所組成。圖5-1間壁式傳熱過程示總圖間壁式傳熱元件，在傳熱過程達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，有(4-1)q =叫 cp 他 一 t2)= m2cp2(t2-t)=gcj af(t tw ) w =(x2 a2 (tw t)m式中：0傳熱量，j / s；刃一熱流體的質(zhì)量流率，kg / s；cpl 一熱流體的比熱，j / (kg -°c)；7；熱流體的進(jìn)口溫度，°c；t2 熱流體的出口溫度，°c；nh 冷流體的質(zhì)量流率，kg / s；cp2 一冷流體的比熱，j / (kg -°c)；右一冷流體的進(jìn)口溫度，°c；t2 冷流體的出口溫度，°c；q 熱流

3、體與固體壁面的對流傳熱系數(shù)，w / (m2 -°c)；4熱流體側(cè)的對流傳熱面積，m2；(t-twn 熱流體與固體壁面的對數(shù)平均溫差，°c;g 冷流體與固體壁面的對流傳熱系數(shù)，w / (m2 -°c);a 冷流體側(cè)的對流傳熱面積，m2；固體壁面與冷流體的對數(shù)平均溫差°c;熱流體與固體壁面的對數(shù)平均溫差可由式(42)計(jì)算,(4-2)式中：心熱流體進(jìn)口處熱流體側(cè)的壁面溫度，°c；人2 熱流體出口處熱流體側(cè)的壁面溫度°co固體壁面與冷流體的對數(shù)平均溫差可由式(43)計(jì)算,(4-3)式中：切一冷流體進(jìn)口處冷流體側(cè)的壁面溫度，°c； 血

4、一冷流體出口處冷流體側(cè)的壁面溫度，°co 在本裝置的套管換熱器中，換熱桶內(nèi)通水蒸汽，內(nèi)銅管管內(nèi)通水，水蒸氣在銅管表面冷凝放熱(44)而加熱水，在傳熱過程達(dá)到穩(wěn)定后，有如下關(guān)系式:vpc戸02 方1)=色力2 (方w 乃)“式中： v 一冷流體體積流量，m'/s；p 一冷流體密度，kg/m3；cp 冷流體比熱，j/(kg°c)； tlk t2 冷流體進(jìn)、出口溫度，°c；5 冷流體對內(nèi)管內(nèi)壁的對流給熱系數(shù)，w/(m2 - °c);a 內(nèi)管的內(nèi)壁傳熱面積，m2；內(nèi)壁與流體間的對數(shù)平均溫度差，參照式(4-3)可得，°c;當(dāng)內(nèi)管材料導(dǎo)熱性能很好，

5、即入值很大，且管壁厚度很薄時(shí)，可認(rèn)為twl=twl, tw2=tw2,即 為所測得的該點(diǎn)的壁溫，則由式(4-1)可得：vpcp(t2-t,)(45)若能測得被加熱流體的人匕、切內(nèi)管的換熱面積a2,壁溫九、切則可通過式(45) 算得實(shí)測的冷流體在管內(nèi)的對流給熱系數(shù)a2o對于流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流對流傳熱時(shí)，傳熱準(zhǔn)數(shù)經(jīng)驗(yàn)式為，nu= 0.023re08 prn(4-6)式中：nu 努塞爾數(shù)，nu = -,無因次；re 雷諾數(shù)，re = 叫 無因次；pr 普蘭特?cái)?shù), a“pu羋無因次；上式適用范圍為：re = 1.0x1041.2x105, pr=0. 7120,管長與管內(nèi)徑之比l/dn60。

6、當(dāng)流體被加熱時(shí)n = 0. 4,流體被冷卻時(shí)n = 0. 3。cc 流體與固體壁面的對流傳熱系數(shù)，w / (m2 -°c);d 換熱管內(nèi)徑，m；a 流體的導(dǎo)熱系數(shù)，w / (m °c);u 流體在管內(nèi)流動(dòng)的平均速度，m / s；p 流體的密度，kg / m3；a 流體的粘度，pa s；q 流體的比熱，j / (kg -°c) o故可由實(shí)驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合出相關(guān)準(zhǔn)數(shù)后，即可作出曲線，并與經(jīng)驗(yàn)公式的曲線對比以 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)效果。三、實(shí)驗(yàn)裝i本實(shí)驗(yàn)裝置由蒸汽發(fā)生器、玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)、套管換熱器及溫度傳感器、溫度顯示儀表等 構(gòu)成。裝置參數(shù)中：紫銅管規(guī)格12x2mm,即內(nèi)徑為弘叫

7、 長度為伽。進(jìn)水管路；2-蒸汽入口； 3-玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)；4-冷流體進(jìn)口溫度；5-套管換熱器；6-惰性氣 體；7-蒸汽進(jìn)口壓力表；8-蒸汽溫度；9-蒸汽出口溫度；10-冷流體出口溫度；門-水箱；12- 水泵；13-旁路球閥；14, 16-冷凝水排空閥；15-蒸汽進(jìn)口調(diào)節(jié)球閥；17-流體流量調(diào)節(jié)閥水一汽體系：來自蒸汽發(fā)生器的水蒸氣進(jìn)入套管換熱器，與來自水箱的水進(jìn)行熱交換，冷 凝水經(jīng)管道排入地溝。冷水經(jīng)增壓泵和轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)入套管換熱器內(nèi)管（紫銅管），水流量可用 閥門調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)，熱交換后進(jìn)入下水道。注意本實(shí)驗(yàn)中，冷流體并非循環(huán)使用，實(shí)驗(yàn)過程中需要 給水箱連續(xù)通水源。四、實(shí)驗(yàn)步驟1 手動(dòng)操作（1）檢查儀

8、表、水泵、蒸汽發(fā)生器及測溫點(diǎn)是否正常，檢查進(jìn)系統(tǒng)的蒸氣調(diào)節(jié)閥是否關(guān)閉。（2）打開總電源開關(guān)、儀表電源開關(guān)（由教師啟動(dòng)蒸汽發(fā)生器和打開蒸氣總閥）；（3）啟動(dòng)水泵；（4）調(diào)節(jié)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，閥門全開使水流量達(dá)到最大；（5）排除蒸汽管線中原積存的冷凝水（方法是：關(guān)閉進(jìn)系統(tǒng)的蒸氣調(diào)節(jié)閥，打開蒸汽管冷凝水 排放閥）；（6）排凈后，關(guān)閉蒸汽管冷凝水排放閥，打開進(jìn)系統(tǒng)的蒸氣調(diào)節(jié)閥，使蒸汽緩緩進(jìn)入換熱器環(huán) 隙以加熱套管換熱器，再打開換熱器冷凝水排放閥（冷凝水排放閥度不要開啟過大，以免蒸汽泄漏)，使環(huán)隙中冷凝水不斷地排至地溝；(7) 仔細(xì)調(diào)節(jié)進(jìn)系統(tǒng)蒸氣調(diào)節(jié)閥的開度，使蒸汽壓力穩(wěn)定保持在0.01 mpa (表壓

9、)左右(可通 過微調(diào)惰性氣體排空閥使壓力達(dá)到需要的值)，以保證在恒壓條件下操作，再根據(jù)測試要求，由 大到小逐漸調(diào)節(jié)水流量手動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，合理確定6個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)。待流量和熱交換穩(wěn)定后，分 別讀取冷流體流量、冷流體進(jìn)出口溫度、冷流體進(jìn)出口壁溫以及蒸汽溫度；(8) 實(shí)驗(yàn)終了，首先關(guān)閉蒸氣調(diào)節(jié)閥，切斷設(shè)備的蒸汽來路，關(guān)閉蒸汽發(fā)生器(由教師完成)、 儀表電源開關(guān)及切斷總電源。五、原始數(shù)據(jù)記錄水-蒸汽給熱系數(shù)測定實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表序號冷流體體積流量vs (l/h)進(jìn)口溫度匕(°c)出口溫度t2 (°c)進(jìn)口壁溫仁 1 (°c)出口壁溫5 (°c)蒸汽溫度tcc)130

10、021.448.259.979.4100226021.549.859.579.8100322021.754.363.283.3100418021.957.567.584.2100514022.364.071.58& 510069023.169.973.387.6100六、數(shù)據(jù)處理計(jì)算示例：u=vs/a=300/0. 016*3.14*3600=1.66 定性溫度二(t1+t2) /2=34. 8通過查表可知：p =995. 7 卩二0.7225 x =0. 648 cp=4174根據(jù)公式：nu=0. 023*re° 8*pr° 4=0, 023*18287. 310

11、. 8*1.85=109. 28re= p ud/ |i =995. 7*1.66*0. 008/0. 0007225=18287. 31a=nu* 入/d=109. 28*0. 648/0. 008=8852. 354pr=cp* |i/x=4174*0. 7225/0. 648=4 653 pro. 4=1.85nu/pro. 4=109. 28/1.82=59. 08水-蒸汽給熱系數(shù)測定數(shù)據(jù)處理表序管內(nèi)平均定性p入cp j /aw /nupr04nu/pr°號速度u(m/s)溫度°c(kg/m3)(mpas)(w/m°c)(kg°c)(m2

12、6;c)411.6634.89950. 720. 6441748852.109.21.8559. 081828772583548.3121.4435. 6599570. 70850. 64841747956.8098. 231.8453. 52161621831.223899220. 68140. 64841747051.00187. 04941.8148.1714169.641.0039.79920. 650. 6541746159.74. 771.7742. 3012042.269085.250. 7743.15992.20. 62070. 65941745150.02762. 521.7

13、336.169898.81960. 5046.59880. 570. 6641743738.44. 771.6726. 786803.1828682042七.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論從圖表結(jié)果來看，此次試驗(yàn)較為成功，但是美中也存在不足，為了得到這次準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù), 我們小組的同學(xué)在其他小組測完后依舊在做。從繪制圖表來看m=0. & c=-l. 63&所以此次試驗(yàn)所得結(jié)果較為準(zhǔn)確 八、思考題1、實(shí)驗(yàn)中冷流體和蒸汽的流向，對傳熱效果有何影響?答：無影響。因?yàn)閝=aaatm,不論冷流體蒸汽是并流還是逆流流動(dòng)，由于蒸汽溫度不變，故 tm不變，而a和a不受冷流體和蒸汽的影響，所以傳熱效果不變。2、在計(jì)算冷流體質(zhì)量流量時(shí)所用到的密度值與求雷諾數(shù)時(shí)的密度值是否一致？它們分別表示什么位置的密度，應(yīng)在什么條件下進(jìn)行計(jì)算。答：不一致。計(jì)算冷流體質(zhì)量流量時(shí)所用的密度值是冷流體進(jìn)口溫度下對應(yīng)的密度，而求雷諾 數(shù)時(shí)所用的密度值是冷流體進(jìn)出口算術(shù)平均溫度即定性溫度對應(yīng)的密度。3、實(shí)驗(yàn)過程中，冷凝水不及時(shí)