傳熱實驗(四川大學)(共6頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上四川大學化學學院李志強 化 工 原 理 實 驗 報 告實 驗 名 稱： 傳熱實驗 學 院： 化學學院 專 業(yè)： 化學類 班 級： 14班 姓 名： 李志強 學 號 日 期： 2012年5月8日 一、實驗目的 1.測定熱空氣冷卻水在套管換熱器中的總傳熱系數(shù)K 2.測定空氣或水在圓直管內強制對流給熱系數(shù)i； 3.應用線性回歸分析方法，確定關聯(lián)式Nu=ARemPr0.4中常數(shù)A、m值； 二、實驗原理1.牛頓冷卻定律： QA tm式中：傳熱膜系數(shù)，W/m2 A：總傳熱面積，m2Q：傳熱量，Wtm：管壁溫度與管內流體溫度的對數(shù)平均溫度，傳熱量可由下式求的：QW Cp(t2-t1

2、) V Cp(t2-t1)式中：W：質量流量，kg/s Cp：流體定壓比熱，J/kg t1、t2：流體進出口溫度， ：定性溫度下流體密度，kg/m³ V：流體體積流量，m³/s 2.對流傳熱系數(shù)準數(shù)關聯(lián)式的實驗測定流體在管內作強制湍流，被加熱狀態(tài)，準數(shù)關聯(lián)式的形式為Nui=AReimPri0.4 其中： Nui= Rei= Pri=求對數(shù)得：Nui / Pri0.4mlgReilgA這樣通過實驗確定不同和流程下的Nui、Rei，然后用線性回歸方法確定A和m的值。3、 實驗裝置流程 1.實驗裝置 來自蒸汽發(fā)生器的水蒸氣進入不銹鋼套管換熱器環(huán)隙，與來自風機的空氣在套管換熱器內進

3、行熱交換，冷凝水經(jīng)疏水器排入地溝。冷空氣經(jīng)孔板流量計或轉子流量計進入套管換熱器內管（紫銅管），熱交換后排出裝置外。 空氣-水蒸氣換熱流程圖1-空氣流量調節(jié)閘閥 2-空氣流量調節(jié)旁路閥3-空氣均勻分布器 4-可移動實驗框架 5-防振軟連接 6-風機 7-閥 8-蒸汽進氣管 9-閥10-排不寧性氣體閥門 11-冷空氣出口溫度 12-蒸汽壓力表 13-蒸汽噴汽管 14-換熱紫銅管 15-空氣轉子流量計 16-空氣進口溫度 2.設備與儀表規(guī)格 (1)紫銅管規(guī)格：直徑17×2mm，長度L=1000mm； (2)外套不銹鋼管規(guī)格：直徑100×5mm，長度L=1000mm； (3)壓力表

4、規(guī)格：00.1MPa四、實驗步驟及注意事項 (1)檢查儀表、風機、測溫點是否正常，檢查進系統(tǒng)的蒸氣調節(jié)閥是否關閉。 (2)打開總電源開關、儀表電源開關，打開空氣閥。 (3)打開加熱器，調功率至1200W，給空氣加熱，加熱至80度上切穩(wěn)定即可測量 (4)打開水閥，調至流量在0.5m3/h左右. (5)進入“對流給熱系數(shù)測定實驗”計算機控制界面，根據(jù)測試要求，由大到小改變空氣流量（調節(jié)變頻器改變風機轉速），合理確定8個實驗點，待穩(wěn)定后點擊“數(shù)據(jù)采集”按鈕由計算機自動記錄有關數(shù)據(jù)。所有實驗完成后單擊“退出”按鈕停止實驗。 (6)實驗終了，首先關閉蒸汽調節(jié)閥，切斷設備的蒸汽來路，再關閉風機、儀表電源及

5、總電源。5、 實驗數(shù)據(jù)記錄表1 原始數(shù)據(jù)記錄表換熱器：內徑：13mm； 外徑：17mm； 管長：1m孔板流量計校正公式：V（m3/h)=0.51677*(P)0.58458設備號：NO.005 逆流冷卻水流量W=0.68 m3/h序號流量計壓差P（Pa)空氣進口溫度T1（）空氣出口溫度T2（）水進口溫度t1（）水出口溫度t2（）12348041242622148241242631988341242541748441242551538542252661358641252671188741252689988412526六、數(shù)據(jù)處理 1.空氣在圓直管內強制對流給熱系數(shù)i（由第一組數(shù)據(jù)為例）定性溫度t

6、f=(t1+ t2)/2=(80+41)/2=60.5查化工原理上冊可得：60時，=1.060kg/m3，CP=1017J/kg. 70時，=1.029kg/m3，CP=1017J/kg.由內插法求: (60-60.5)/(1.060-)=(60.5-70)/(-1.029)求得60.5時，=1.058kg/m3，CP=1017J/kg. V=12.40m3/h=12.40/3600=3.44×10-3m3/s由紫銅管直徑17×2mm，則Ai=×di×L=3.14×13×10-3×1=0.04084m2 tm=(80-26)

7、-(41-24) ln(80-26)/(41-24) =32.71可得：i=VC P(t2-t1)/Aitm =111.96W/m2. 表1 結果處理表序號V/m3/stf/tm / kg/m3CP/J/(kg.)i/W/(m2.)13.44×10-360.532.711.0581017111.96261.534.391.0541017108.993×10-362.034.221.0491017104.344×10-362.534.561.045101797.765×10-363.534.811.041101790.37678×10-363.5

8、64.064.534.1233.9134.701.0391.0371.03410171017101789.2283.4575.89 2.確定關聯(lián)式Nu=ARemPr0.4中常數(shù)A、m的值(以第一組數(shù)據(jù)為例)： Nu=ARemPrn定性溫度tf=(t1+ t2)/2=(41+80)/2=60.5查化工原理上冊可得：60時，=2.896×10-2Wm. 70時，=2.966×10-2W/m.同理由內插法可得 ：60.5時，=0.02901W/m.由V=1/4××di2×ui 得：ui=4V/(×di2)=24.08m/s查化工原理上冊可得

9、：60時，=1.98×10-5Pa·s 70時，=2.12×10-5Pa·s也由內插法可得45.55時，=2.012×10-5Pa·sRei=i×di×ui /i=0.9514×17×10-3×12.39/(2.012×10-5)=17940Nui=i×di/i=111.96×13×10-3/(2.901×10-2)=50.19經(jīng)過計算可知，對于管內被加熱的空氣，普蘭特準數(shù)Pri變化不大，可以認為是常數(shù)，Pri0.4= 0.6970.4

10、=0.866由Nui /Pri0.4=AReim 兩邊同時取對數(shù)可得：lg(Nui)= mlgRei+lgA 表2 結果處理表序號ReiNuilg Reilg(Nui )11794050.194.1.21693048.744.1.31615046.614.1.41495043.614.1.51378040.224.1.67812800118001062039.7137.1033.694.4.4.026121.1.1. 由圖得， lgA=-1.51727，所以A=0.0304m=0.78283誤差： m%= (0.78283-0.8)/0.8 =2.15% A%= (0.0304-0.023)/

11、0.023 =32.17%七、結果分析與討論1.由表可知：hi的變化規(guī)律：隨著蒸汽體積流量的增加，冷流體給熱系數(shù)hi的實驗值越來越大，流量每增加3 m3·h-1，hi的實驗值就增加10.0左右。 2. 對lg(Nu)對lg Re作圖，可以看出，圖上各點連成一條直線，誤差較小，在準許誤差范圍內，符合實驗要求。八、思考題解答 一分析影響傳熱系數(shù)及給熱系數(shù)的因數(shù)答：與流體的物流性質有關，比如流速、密度、粘度、管徑、導熱系數(shù)等。1. 流體流動的狀態(tài)：層流、湍流等。2. 流體流動的原因：自然對流、強制對流等。3. 流體的物理性質：密度、比熱容、粘度、導熱率等。4. 傳熱面的形狀、位置和大?。喝绻?、板、管束、管長、管徑、管子排列方式、旋轉位置及表面是否有翅片等。5. 相變化的影響：蒸汽冷凝與液體沸騰均有相變化發(fā)生，機理更為復雜，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比無相變化對大得多。二采取何種措施可提高K和h1值？答：當對流傳熱處于湍流時，主要是給熱系數(shù)h1影響K值，要提高K值，可定期清洗傳熱裝置，減少污垢對傳熱系數(shù)的影響。三t