套管換熱器液---液熱交換系數(shù)及膜系數(shù)的測定

1、套管換熱器液-液熱交換系數(shù)及膜系數(shù)的測定一、實驗?zāi)康? 加深對傳熱過程基本原理的理解；2 了解傳熱過程的實驗研究方法。二、實驗原理冷熱流體通過固體壁所進行的熱交換過程，先由熱流體把熱量傳遞給固體壁面，然后由固體壁面的一側(cè)傳向另一側(cè)，最后再由壁面把熱量傳給冷熱流體。熱交換過程即給熱-導(dǎo)熱-給熱三個串聯(lián)過程組成。 若熱流體在套管換熱器的管內(nèi)流過，而冷流體在管外流過，設(shè)備兩端測試點上的溫度如圖所示。則在單位時間內(nèi)熱流體向冷流體傳遞的熱量，可由熱流體的熱量衡算方程表示： （1）就整個熱交換而言，有傳熱速率基本方程經(jīng)過數(shù)學(xué)處理，得計算式 （2） （3）平均溫度差可按下式計算： （4）由（1）和（2）聯(lián)立

2、，可得傳熱總系數(shù)計算式： （5）就固體壁面兩側(cè)的給熱過程來說，給熱速率基本方程為： （6）根據(jù)熱交換兩端的邊界條件，經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可得管內(nèi)給熱過程的速率計算式： （7）熱流體與管內(nèi)面之間的平均溫度差可按下式計算： （8）由（1）和（7）聯(lián)立可得管內(nèi)傳熱膜系數(shù)的計算式： （9）同理可得到管外給熱過程的傳熱膜系數(shù)的公式。 流體在圓形直管內(nèi)作強制對流時，傳熱膜系數(shù)與各項影響因素（管內(nèi)徑、流速、流體密度、流體黏度、定亞比熱容和流體導(dǎo)熱系數(shù)）之間的關(guān)系可關(guān)聯(lián)成如下準(zhǔn)數(shù)式：上式中系數(shù)a和指數(shù)m,n的具體數(shù)值需要通過實驗來測定，則傳熱膜系數(shù)可由上式計算。例如：當(dāng)流體在圓形直管內(nèi)作強制湍流時，則流體被冷卻時，a

3、值可按下式計算：流體被加熱時，a值可按下式計算：當(dāng)流體在套管環(huán)隙內(nèi)作強制湍流時，上列各式中d用當(dāng)量直徑de替代即可。各項物性常數(shù)均取流體進出口平均溫度下的數(shù)值。圖1 套管熱交換器兩端測試點的溫度三、實驗裝置及流程1.恒溫水槽 2.攪拌槳 7.冷阱3循環(huán)水泵 4.轉(zhuǎn)子流量計5冷水閥門 6.高位穩(wěn)壓水槽四、實驗步驟實驗前準(zhǔn)備工作（1）向恒溫循環(huán)水槽中灌入蒸餾水或軟水，直至溢流管有水溢出為止。（2）開啟并調(diào)節(jié)通往高位穩(wěn)壓水槽的自來水閥門，使槽內(nèi)充滿水，并由溢流管有水流出。（3）將冰碎成細(xì)粒，放入冷阱中并摻入少許蒸餾水，使之成粥狀。將熱電偶冷接觸點插入冰水中，蓋嚴(yán)蓋子。（4）將恒溫水槽的溫度定為55，

4、啟動恒溫水槽的電熱器，等溫度到達后即可開始實驗。（5）實驗前需要準(zhǔn)備好熱水轉(zhuǎn)子流量計的流量標(biāo)定曲線和熱電偶分度表。實驗操作步驟1開啟冷水閥門，測定冷水流量，實驗過程中保持恒定。2啟動循環(huán)水泵，開啟并調(diào)節(jié)熱水閥門使流量在60250L·h-1范圍內(nèi)選取若干流量值（一般不少于6組數(shù)據(jù)）進行實驗測定。3每調(diào)節(jié)一次熱水流量，待流量和溫度都恒定后再通過開關(guān)依次測定各點溫度。實驗注意事項：（1）開始實驗時，必須先向換熱器通冷水，然后再啟動熱水泵。停止實驗時，必須先停熱電器，待熱交換器管內(nèi)存留熱水被冷卻后，再停水泵并停止通冷水。（2）啟動恒溫水槽的電熱器之前，必須先啟動循環(huán)泵使水流動。（3）在啟動循

5、環(huán)泵之前，必須先將熱水調(diào)節(jié)閥門關(guān)閉，待泵運行正常后，再徐徐開啟調(diào)節(jié)閥。（4）每改變一次熱水流量，一定要等傳熱過程穩(wěn)定之后，才能測數(shù)據(jù)。每測一組數(shù)據(jù)最好多重復(fù)幾次。當(dāng)流量和各點溫度數(shù)值恒定后，表明過程已達穩(wěn)定狀態(tài)。實驗內(nèi)容：1測定套管換熱器的傳熱總系數(shù)K；2測定流體在圓管內(nèi)作強制湍流時的傳熱膜系數(shù)h。五、實驗記錄1記錄實驗設(shè)備基本參數(shù)(1)內(nèi)管基本參數(shù)：外徑： d= mm； 壁厚：= mm； 測試段長：L= mm(2)套管基本參數(shù)：外徑：d= mm； 壁厚：= mm；(3)流體流通的橫截面積內(nèi)管橫截面積：S= mm環(huán)隙橫截面積：S= mm(4)熱交換面積：內(nèi)管內(nèi)壁表面積：AW=內(nèi)管外壁表面積：A

6、W=平均熱交換面積：A=2實驗數(shù)據(jù)記錄序號冷水流量熱水流量溫度備注測試截面測試截面msmsT1TW1T1T2TW2T2kg·s-1kg·s-112345673實驗數(shù)據(jù)整理(1)總傳熱系數(shù)序號管內(nèi)流速液體間溫度差傳熱速率總傳熱系數(shù)備注uT1T2TmQKm·s-1KKKWW·m-2·K-11234567(2)傳熱膜系數(shù)序號管內(nèi)流速流體與壁面溫差傳熱速率傳熱膜系數(shù)備注uT1-TW1T2-TW2TmQam·s-1KKKW·m-2·K-1W·m-2·K-11234567(3)傳熱膜系數(shù)的關(guān)聯(lián)式序號管內(nèi)流體平均溫度流體密度流體黏度流體導(dǎo)熱系數(shù)管內(nèi)流速傳熱膜系數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)努賽爾準(zhǔn)數(shù)普蘭特準(zhǔn)數(shù)(T1+T2)/2uaReNuPrKkg·m-3Pa·sW·m-1·K-1m·s-1W·m-1·K-11234567然后，按如下方法和步驟估計參數(shù)：水平管內(nèi)傳熱膜系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式：在實驗測定溫度范圍內(nèi)，Pr數(shù)值變化不大，可取其平均值并將Prn視為定值與a項合并。上式兩邊取對數(shù)