套管換熱器液---液熱交換系數(shù)及膜系數(shù)的測(cè)定

1、套管換熱器液-液熱交換系數(shù)及膜系數(shù)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 加深對(duì)傳熱過(guò)程基本原理的理解;2. 了解傳熱過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究方法。二、實(shí)驗(yàn)原理冷熱流體通過(guò)固體壁所進(jìn)行的熱交換過(guò)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(guò)程即給熱-導(dǎo)熱-給熱三個(gè)串聯(lián)過(guò)程組成。若熱流體在套管換熱器的管內(nèi)流過(guò)， 而冷流體在管外流過(guò)，設(shè)備兩端測(cè)試點(diǎn) 上的溫度如圖所示。則在單位時(shí)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)= ms CP (T- T2)(2)就整個(gè)熱交換而言，有傳熱速率基本方程經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)處理，得計(jì)算式Q 二 KA

2、Tm平均溫度差可按下式計(jì)算:汀_汀2In( " / ：T2)汀2由(1)和(2)聯(lián)立，可得傳熱總系數(shù)計(jì)算式:msCp® -T2)Am(5)就固體壁面兩側(cè)的給熱過(guò)程來(lái)說(shuō)，給熱速率基本方程為：Q - J1 A (T - TW ) '''(6)Q = - 2 Aw (Tw _T )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(guò)程的速率計(jì)算式:Q -：»AwlTw(7)熱流體與管內(nèi)面之間的平均溫度差可按下式計(jì)算:Ti Twi2 W 2T1 -'TW1T2 -TW2(T1 -'Twi) -'(T2 -'TW2)l

3、n(T1 'TW1 )/(T2 'TW2 )'(T1 'TW1) (T2 'TW2) Vn =由（1）和（7）聯(lián)立可得管內(nèi)傳熱膜系數(shù)的計(jì)算式:(9)ms CP (T1 - T2 )AW1 匚 Tm同理可得到管外給熱過(guò)程的傳熱膜系數(shù)的公式。流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流時(shí)，傳熱膜系數(shù)a與各項(xiàng)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：Nu =aRemPrn ; Nu=ad/ ; Re = duJi ; Pr=Cp/上式中系數(shù)a和指數(shù)m,n的具體數(shù)值需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定，則傳熱膜系數(shù)可由上 式計(jì)算。例如：當(dāng)

4、流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí)，Re 10000, P 0.7 160, 1/d50則流體被冷卻時(shí)，a值可按下式計(jì)算：Nu = 0.023Re0'8 Pr0'3 ; a = 0.023(du-) 0'8(C)0'3d九流體被加熱時(shí)，a值可按下式計(jì)算：0 8 0 4丸 du° 0 8 Cp» 0 4Nu =0.023Re - Pr -; a =0.023() - (M 'd 4 k當(dāng)流體在套管環(huán)隙內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí)，上列各式中d用當(dāng)量直徑de替代即可。各項(xiàng)物性常數(shù)均取流體進(jìn)出口平均溫度下的數(shù)值。冷流體冷流體圖1套管熱交換器兩端測(cè)試點(diǎn)的溫度三、

5、實(shí)驗(yàn)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(jì)5 冷水閥門(mén)6.高位穩(wěn)壓水槽四、實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)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(kāi)啟并調(diào)節(jié)通往高位穩(wěn)壓水槽的自來(lái)水閥門(mén)，使槽內(nèi)充滿(mǎn)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(diǎn)插入冰水中，蓋嚴(yán)蓋子。（4）將恒溫水槽的溫度定為55E，啟動(dòng)恒溫水槽的電熱器，等溫度到達(dá)后即可 開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。（5）實(shí)驗(yàn)前需要準(zhǔn)備好熱水轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量標(biāo)定曲線和熱電偶分度表。實(shí)驗(yàn)操作步驟1 開(kāi)啟冷水閥門(mén)，測(cè)定冷水流量，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持恒定。2 啟動(dòng)循環(huán)水泵，

6、開(kāi)啟并調(diào)節(jié)熱水閥門(mén)使流量在 60250Lh-1范圍內(nèi)選取若干流 量值（一般不少于 6 組數(shù)據(jù)）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)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(guò)開(kāi)關(guān)依次測(cè)定各點(diǎn)溫度。 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：（1）開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須先向換熱器通冷水，然后再啟動(dòng)熱水泵。停止實(shí)驗(yàn)時(shí)， 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(dòng)恒溫水槽的電熱器之前，必須先啟動(dòng)循環(huán)泵使水流動(dòng)。（3）在啟動(dòng)循環(huán)泵之前，必須先將熱水調(diào)節(jié)閥門(mén)關(guān)閉，待泵運(yùn)行正常后，再徐 徐開(kāi)啟調(diào)節(jié)閥。（ 4）每改變一次熱水流量，一定要等傳熱過(guò)程穩(wěn)定之后，才能測(cè)數(shù)據(jù)。每測(cè)一 組數(shù)據(jù)最好多重復(fù)幾次。 當(dāng)流量和各點(diǎn)溫度數(shù)值

7、恒定后， 表明過(guò)程已達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1測(cè)定套管換熱器的傳熱總系數(shù) K； 2測(cè)定流體在圓管內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí)的傳熱膜系數(shù) h。五、實(shí)驗(yàn)記錄 1記錄實(shí)驗(yàn)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(cè)試段長(zhǎng)： L=mm（2）套管基本參數(shù)：外徑： d'=mm;壁厚：S=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： AW'= 平均熱交換面積： A=2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄序 號(hào)冷水流量熱水流量溫度備注測(cè)試截面I測(cè)試截面nmsmsTiTwiTiT2Tw2T2kg s

8、-1kg s-CCcCCC12345673 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理(1)總傳熱系數(shù)序 號(hào)管內(nèi)流速液體間 溫度差傳熱速率總傳熱系數(shù)備 注uAT iAT2AT mQKm-sKKKWW-m K1234567(2)傳熱膜系數(shù)序 號(hào)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-T W1T 2-T W2AT mQa-1 m-sKKK-2 -1W- m 2 K 1-2-1W- m 2 K 11234567(3)傳熱膜系數(shù)的關(guān)聯(lián)式序 號(hào)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)/2 :P入uaReNuPr 1Kkg m-3Pa sW- m-1 K-1-1 m sW- m-1 K-11234567然后，按如下方法和步驟估計(jì)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(shí)驗(yàn)測(cè)定溫度范圍內(nèi)， 項(xiàng)合并。Nu =aRemPrnPr數(shù)值變化不大，可取其平均值并將Prn視為定值與a上式兩邊取對(duì)數(shù)，