化工原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、化工原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)化工原理教研室2014 年編制目錄實(shí)驗(yàn)一流動(dòng)過(guò)程綜合實(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)二過(guò)濾實(shí)驗(yàn)10實(shí)驗(yàn)三傳熱實(shí)驗(yàn)（水- 水蒸汽、空氣 - 水蒸汽給熱系數(shù)測(cè)定和傳熱綜合實(shí)驗(yàn)）14傳熱實(shí)驗(yàn)一水 - 水蒸汽給熱系數(shù)測(cè)定14傳熱實(shí)驗(yàn)二空氣 - 水蒸汽給熱系數(shù)測(cè)定19傳熱實(shí)驗(yàn)三傳熱綜合（空氣和水蒸汽）實(shí)驗(yàn)22實(shí)驗(yàn)四吸收與解吸綜合實(shí)驗(yàn)28實(shí)驗(yàn)五精餾實(shí)驗(yàn)33實(shí)驗(yàn)六萃取實(shí)驗(yàn)（填料萃取塔、振動(dòng)篩板萃取塔）38萃取實(shí)驗(yàn)一填料萃取塔38萃取實(shí)驗(yàn)二振動(dòng)篩板萃取塔43實(shí)驗(yàn)七干燥實(shí)驗(yàn)（洞道干燥、流化床干燥）47干燥實(shí)驗(yàn)一洞道干燥47干燥實(shí)驗(yàn)二流化床干燥51附件：化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱？實(shí)驗(yàn)一流動(dòng)過(guò)程綜合實(shí)驗(yàn)1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌

2、握測(cè)定流體流經(jīng)直管、管件和閥門(mén)時(shí)阻力損失的一般實(shí)驗(yàn)方法。（2）識(shí)別組成管路的各種管件、閥門(mén)的結(jié)構(gòu)、使用方法和性能。（3）學(xué)習(xí)壓差計(jì)、流量計(jì)的使用方法。（4）學(xué)習(xí)光滑直管和粗糙直管的摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù) Re 的測(cè)量方法，并驗(yàn)證流體處于不同流動(dòng)類(lèi)型時(shí)的與 Re 二者間的關(guān)系。（5）測(cè)定流體流經(jīng)管件、閥門(mén)時(shí)的局部阻力系數(shù)。（6）分別測(cè)定文丘里流量計(jì)流量標(biāo)定曲線(xiàn)（流量-壓差關(guān)系）及流量系數(shù)和雷諾數(shù)之間的關(guān)系曲線(xiàn)（C-Re 關(guān)系）。（7）了解離心泵的結(jié)構(gòu)、操作方法，掌握離心泵特性曲線(xiàn)測(cè)定方法，掌握離心泵管路特性曲線(xiàn)的測(cè)定方法，加深對(duì)離心泵性能的理解。2 基本原理2.1 直管摩擦系數(shù)與雷諾數(shù) Re 的測(cè)定

3、對(duì)于不可壓縮流體在水平等直徑直管內(nèi)作定態(tài)流動(dòng)，根據(jù)伯努利方程有：hfPfLu2d（ 1.1）2（ 1.1）式中： hf壓頭損失， J/kg；L 兩測(cè)壓點(diǎn)間直管長(zhǎng)度， m；d直管內(nèi)徑， m； 摩擦阻力系數(shù)； u 流體流速， m/s； Pf 直管阻力引起的壓降，N/m 2；流體密度， kg/m3。將（ 1.1）式經(jīng)適當(dāng)變形，可以得到摩擦系數(shù)的表達(dá)式，即：2dPf2Lu雷諾準(zhǔn)數(shù)定義式如下：duRe（ 1.2）（ 1.3）（1.2）式中： 流體粘度， Pa.s。在管壁粗糙度、 管長(zhǎng)和管徑一定的條件下，本實(shí)驗(yàn)將選擇水作為流體， 通過(guò)改變水的流量，并測(cè)得不同流量下的 Pf值，連同 L、d、u和（對(duì)一定流體

4、來(lái)說(shuō)，和 都是溫度的函數(shù)，可以根據(jù)流體的種類(lèi)及溫度從手冊(cè)中查出）一同帶入式（ 1.2）和（ 1.3），將能夠分別求出不同流量下的直管摩擦系數(shù)和雷諾準(zhǔn)數(shù) Re，從而整理出 與 Re的關(guān)系并繪制二者關(guān)系曲線(xiàn)。2.2 測(cè)定局部阻力系數(shù)（1）局部阻力系數(shù) 的測(cè)定。局部阻力損失的計(jì)算方法有兩種，即局部阻力系數(shù)法和當(dāng)量長(zhǎng)度法。其中，局部阻力系數(shù)法假定局部阻力損失與流體動(dòng)能成正比，即：Pf u2hf（ 1.4）2（ 1.4）式中： hf 局部阻力引起的能量損失， J/kg； Pf局部阻力引起的壓強(qiáng)降， Pa； 流體密度， kg/m3； 局部阻力系數(shù)，無(wú)因次； u 流體流速，m/s。將（ 1.4）適當(dāng)整理后，

5、有：2Pf（ 1.5）u2局部阻力引起的壓強(qiáng)降Pf可用下面的方法測(cè)量： 在一條各處直徑相等的直管段上，安裝待測(cè)局部阻力的閥門(mén)，在其上、下游開(kāi)兩對(duì)測(cè)壓口a-a和 b-b，見(jiàn)圖 1-1。圖 1.1 局部阻力測(cè)量取壓口布置圖對(duì)于開(kāi)口位置，有：ab=bc ； ab=bc那么，對(duì)于 ab，bc，ab和 bc之間的壓降關(guān)系有：Pf, ab =Pf, bc ；Pf, ab = Pf, bc對(duì)于區(qū)間 aa，有：P -P=2 P+2PPaaf, abf, a bf對(duì)于區(qū)間 bb，有：P -P= P+PP P+PPbbf, bcf, b cff, abf, a bf（ 1.6）（ 1.7）（ 1.8）（ 1.9）

6、聯(lián)立式（ 1.8）和（ 1.9），則有：Pf2( Pb -Pb )(Pa -Pa )（1.10）為了實(shí)驗(yàn)方便，（ Pb-Pb）稱(chēng)之為近點(diǎn)壓差，（Pa-Pa）稱(chēng)之為遠(yuǎn)點(diǎn)壓差，其具體數(shù)值用差壓傳感器測(cè)定。2.3 流量計(jì)性能測(cè)定流體通過(guò)節(jié)流式流量計(jì)時(shí)在上、 下游兩取壓口之間產(chǎn)生壓強(qiáng)差， 它與流量的關(guān)系為：2( P上P下 )（1.11）Vs CA0（ 1.11）式中： Vs被測(cè)流體（水）的體積流量， m3/s； C 流量系數(shù)，無(wú)因次； A0 流量計(jì)節(jié)流孔截面積， m2；（P 上 -P 下） 流量計(jì)上、下游兩取壓口之間的壓強(qiáng)差， Pa； 被測(cè)流體 (水 )的密度， kg/m3。用渦輪流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)

7、來(lái)測(cè)定流量 Vs，每一個(gè)流量在壓差計(jì)上都有一對(duì)應(yīng)的讀數(shù)，將壓差計(jì)讀數(shù) P 和流量 Vs 繪制成一條曲線(xiàn)，即流量標(biāo)定曲線(xiàn)，同時(shí)利用上式整理數(shù)據(jù)可進(jìn)一步得到 C Re關(guān)系曲線(xiàn)。2.4 離心泵性能的測(cè)定的測(cè)定針對(duì)泵的吸入口和排出口之間列伯努利方程：P入u入2P出u出2（1.12）Z入2gH Z出H f入 出gg2g（1.12）式中： Z位壓頭， m；u流體速度， m/s；流體密度， kg/m3；P壓強(qiáng)； H總壓頭（揚(yáng)程），m；Hf 入-出泵的吸入口和排出口之間管路內(nèi)的流體流動(dòng)阻力。根據(jù)（ 1.12）可以獲得離心泵總壓頭H：PPu2u2（1.13）H Z出出入出入H f入 出Z入g2g與伯努利方程中其

8、它項(xiàng)比較，Hf 入 -出 值很小，故可以忽略，于是（ 1.13）簡(jiǎn)化為：PPu2u2（1.14）H Z出出入出入Z入g2g將實(shí)驗(yàn)測(cè)定的（ Z 出 - Z 入）和（P 出 -P 入 ）的值以及計(jì)算所得的u 入 、u 出 代入式（ 1.14）中即可以得到 H 值。的測(cè)定離心泵由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，若將傳動(dòng)效率視為100%，那么電動(dòng)機(jī)的輸出功率等于泵的軸功率，即：泵的軸功率 P =電動(dòng)機(jī)的輸出功率 =電動(dòng)機(jī)的輸入功率 電動(dòng)機(jī)的效率（ 1.15）利用功率表測(cè)得的功率即為電動(dòng)機(jī)的輸入功率，因而有：泵的軸功率 P=功率表讀數(shù) 電動(dòng)機(jī)效率（1.16）2.4.3 的測(cè)定離心泵總效率指的是有效功率與軸功率的比值，其

9、定義式為：Pe（1.17）P（1.17）中： 泵的效率； P泵的軸功率， kw ；Pe泵的有效功率 kw。有效功率 Pe 定義式如下：PeHQ v g（1.18）1000（ 1.18）中： H 泵的揚(yáng)程， m； 液體密度， kg/m3；Qv 體積流量，單位時(shí)間內(nèi)泵輸送的液體體積， m3 /s。將（ 1.16）和（ 1.18）計(jì)算得到的 P 和 Pe 代入（ 1.17），即可以獲得離心泵總效率。2.5 離心泵管路特性的測(cè)定管路特性曲線(xiàn)是指流體流經(jīng)管路系統(tǒng)的流量與所需壓頭之間的關(guān)系， 若將泵的特性曲線(xiàn)與管路特性曲線(xiàn)繪制在同一坐標(biāo)圖上， 兩曲線(xiàn)交點(diǎn)即為泵在該管路的工作點(diǎn)。因此，如同通過(guò)改變閥門(mén)開(kāi)度來(lái)

10、改變管路特性曲線(xiàn)， 求出泵的特性曲線(xiàn)一樣，可通過(guò)改變泵轉(zhuǎn)速來(lái)改變泵的特性曲線(xiàn)，從而獲得管路特性曲線(xiàn)。3 實(shí)驗(yàn)裝置流體流動(dòng)過(guò)程綜合實(shí)驗(yàn)裝置如圖1.2 所示。圖 1.2 流動(dòng)過(guò)程綜合實(shí)驗(yàn)流程1-水箱； 2-水泵； 3-入口真空表； 4-出口壓力表； 5、16-緩沖罐；6、14-測(cè)局部阻力近端閥；7、15-測(cè)局部阻力遠(yuǎn)端閥； 8、17-粗糙管測(cè)壓閥； 9、21-光滑管測(cè)壓閥； 10-局部阻力閥； 11-文丘里流量計(jì) （孔板流量計(jì)） ；12-壓力傳感器； 13-渦流流量計(jì)； 18、32-閥門(mén)； 20-粗糙管閥；22-小轉(zhuǎn)子流量計(jì)； 23-大轉(zhuǎn)子流量計(jì)； 24 閥門(mén)； 25-水箱放水閥； 26-倒 U

11、型管放空閥； 27- 倒U 型管； 28、30-倒 U 型管排水閥； 29、 31-倒 U 型管平衡閥4 實(shí)驗(yàn)步驟與注意事項(xiàng)4.1 實(shí)驗(yàn)步驟流體阻力測(cè)量（1）首先向蓄水槽內(nèi)注入水直至水滿(mǎn)為止（最好使用蒸餾水，以保持流體清潔）。（2）光滑管阻力測(cè)定（步驟a、 b 和 c）。a. 關(guān)閉粗糙管路閥門(mén)，將光滑管路閥門(mén)全開(kāi)，在流量為零條件下，打開(kāi)通向倒置 U 型管的進(jìn)水閥，檢查導(dǎo)壓管內(nèi)是否有氣泡存在。若倒置U 型管內(nèi)液柱高度差不為零，則表明導(dǎo)壓管內(nèi)存在氣泡，需要進(jìn)行驅(qū)趕氣泡操作。b. 該裝置兩個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)并聯(lián)連接，根據(jù)流量大小選擇不同量程的流量計(jì)測(cè)量流量。c. 差壓變送器與倒置U 型管亦是并聯(lián)連接，用于

12、測(cè)量壓差，小流量時(shí)用置U 型管壓差計(jì)測(cè)量， 大流量時(shí)用差壓變送器測(cè)量。應(yīng)在最大流量和最小流量之間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一般測(cè)取 1520 組數(shù)據(jù)。（3）粗糙管阻力測(cè)定。關(guān)閉光滑管閥，將粗糙管閥全開(kāi)，從小流量到最大流量，測(cè)取1520 組數(shù)據(jù)。（4）測(cè)取水箱水溫。待數(shù)據(jù)測(cè)量完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵。（5）粗糙管、局部阻力測(cè)量方法同前。流量計(jì)、離心泵性能測(cè)定（1）向蓄水槽內(nèi)注入蒸餾水。檢查流量調(diào)節(jié)閥 32，壓力表 4 的開(kāi)關(guān)及真空表 3 的開(kāi)關(guān)是否關(guān)閉（應(yīng)關(guān)閉） 。（2）啟動(dòng)離心泵，緩慢打開(kāi)調(diào)節(jié)閥32 至全開(kāi)。待系統(tǒng)內(nèi)流體穩(wěn)定，即系統(tǒng)內(nèi)已沒(méi)有氣體，打開(kāi)壓力表和真空表的開(kāi)關(guān)，方可測(cè)取數(shù)據(jù)。（3）用閥 32 調(diào)節(jié)

13、流量，從流量為零至最大或流量從最大到零，測(cè)取1015 組數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄渦輪流量計(jì)頻率、文丘里流量計(jì)的壓差、泵入口真空度、泵出口壓強(qiáng)、功率表讀數(shù)，并記錄水溫。（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵，切斷電源。管路特性的測(cè)量（1）測(cè)量管路特性曲線(xiàn)測(cè)定時(shí)，先置流量調(diào)節(jié)閥32 為某一開(kāi)度， 調(diào)節(jié)離心泵電機(jī)頻率（調(diào)節(jié)范圍5020 Hz），測(cè)取810 組數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄電機(jī)頻率、泵入口真空度、泵出口壓強(qiáng)、流量計(jì)讀數(shù)，并記錄水溫。（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵，切斷電源。4.2 注意事項(xiàng)（1）實(shí)驗(yàn)前，請(qǐng)仔細(xì)閱讀說(shuō)明書(shū)中關(guān)于直流數(shù)字表操作方法部分。（2）啟動(dòng)離心泵之前以及從光滑管阻力測(cè)量過(guò)渡到其它測(cè)量之

14、前，都必須檢查所有流量調(diào)節(jié)閥是否關(guān)閉。（3）利用壓力傳感器測(cè)量大流量下P 時(shí)，應(yīng)切斷空氣 水倒置 U 型玻璃管的閥門(mén)，否則將影響測(cè)量數(shù)值的準(zhǔn)確。（4）在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每調(diào)節(jié)一個(gè)流量之后應(yīng)待流量和直管壓降的數(shù)據(jù)穩(wěn)定以后方可記錄數(shù)據(jù)。（5） 若較長(zhǎng)時(shí)間未做實(shí)驗(yàn)， 啟動(dòng)離心泵時(shí)應(yīng)先盤(pán)軸轉(zhuǎn)動(dòng)， 否則易燒壞電機(jī)。（6）該裝置電路采用五線(xiàn)三相制配電，實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)良好接地。（7）使用變頻調(diào)速器時(shí)一定注意FWD 指示燈亮，切忌按FWD REV 鍵，REV 指示燈亮?xí)r電機(jī)反轉(zhuǎn)。（8）啟動(dòng)離心泵前，必須關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉壓力表和真空表的開(kāi)關(guān)，以免損壞測(cè)量?jī)x表。（9）實(shí)驗(yàn)水質(zhì)要清潔，以免影響渦輪流量計(jì)運(yùn)行。5 思考題（

15、1）在 U 型壓差計(jì)上裝設(shè)“平衡閥”有何作用？它們?cè)诤螘r(shí)開(kāi)著，何時(shí)關(guān)閉？（2）離心泵啟動(dòng)前哪些閥應(yīng)開(kāi)著，哪些閥門(mén)應(yīng)該關(guān)閉？（3）在進(jìn)行系統(tǒng)排氣時(shí)，是否應(yīng)關(guān)閉系統(tǒng)的出口閥門(mén)？為什么？（4）如何檢驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)的空氣已經(jīng)排除干凈？（5）U 型壓差計(jì)的零點(diǎn)應(yīng)如何校正？（6）在一定相對(duì)粗糙度（ /d）下， lg-lgRe 的關(guān)系曲線(xiàn)是怎樣的？當(dāng) Re 是夠大時(shí)，曲線(xiàn)情況如何 ?由此可得何種結(jié)論？實(shí)驗(yàn)二過(guò)濾實(shí)驗(yàn)1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解過(guò)濾設(shè)備的構(gòu)造和操作方法。（2）掌握過(guò)濾問(wèn)題的簡(jiǎn)化工程處理方法。（3）測(cè)定在恒壓操作時(shí)的過(guò)濾常數(shù)K，qe，e，并以實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果驗(yàn)證過(guò)濾方程式，強(qiáng)化對(duì)過(guò)濾理論的理解。（4）改變壓

16、強(qiáng)差重復(fù)上述操作， 測(cè)定壓縮指數(shù) s 和物料特性常數(shù)k（選做）。2 基本原理對(duì)于不可壓縮性濾餅， 在恒壓過(guò)濾情況下， 濾液量與過(guò)濾時(shí)間的關(guān)系可用下式表示：(qqe )2K (+e )（ 2.1）（ 2.1）式中： q單位過(guò)濾面積獲得的濾液體積， m3/m2； qe單位過(guò)濾面積的虛擬濾液體積， m3/m2； 實(shí)際過(guò)濾時(shí)間， s； e 虛擬過(guò)濾時(shí)間， s；K過(guò)濾常數(shù)， m2 /s。將（ 2.1）式微分，可以得到：d22（ 2.2）dqqqeKK當(dāng)各數(shù)據(jù)點(diǎn)的時(shí)間間隔不大時(shí)，d/dq 可以用增量之比 / q 來(lái)代替，即：22（ 2.3）qqeq KK式（ 2.3）為一直線(xiàn)方程。實(shí)驗(yàn)時(shí)，在恒壓下過(guò)濾要測(cè)

17、定的懸浮液，測(cè)出過(guò)濾時(shí)間 及濾液累積量 q 的數(shù)據(jù)，在直角坐標(biāo)紙上標(biāo)繪 / q 對(duì) q 的關(guān)系，所得直線(xiàn)斜率為 2/K，截距為 2qe/K，從而可以分別得到 K 和 qe。式（ 2.1）中的 e可由下式獲得：qe2Ke（ 2.4）其中，過(guò)濾常數(shù)K 的定義式為：K =2 k p1 s（2.5）將式（ 2.5）兩邊取對(duì)數(shù)，得到：l gK = ( 1s ) l pg ( ) kl g（ 2.6）因?yàn)?s 為常數(shù)， k1/(r0v)，k 也為常數(shù)，故在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)體系中，K 與 p為線(xiàn)性關(guān)系，直線(xiàn)的斜率為1-s，截距為 lg(2k)，由此可分別計(jì)算出壓縮性指數(shù) s和物料的特性常數(shù) k。3 實(shí)驗(yàn)裝置如圖

18、2.1 所示，濾漿槽內(nèi)配有一定濃度的輕質(zhì)碳酸鈣懸浮液（濃度在6%8%左右），用電動(dòng)攪拌器進(jìn)行均勻攪拌（漿液不出現(xiàn)旋渦為好）。啟動(dòng)旋渦泵，調(diào)節(jié)閥門(mén) 3 使壓力表 5 指示在規(guī)定值。本實(shí)驗(yàn)利用計(jì)量桶對(duì)濾液量進(jìn)行計(jì)量。圖 2.1 恒壓過(guò)濾實(shí)驗(yàn)流程1調(diào)速器； 2電動(dòng)攪拌器；3、 4、 6、 11、 14閥門(mén)； 5、 7壓力表； 8板框壓濾機(jī)；9壓緊裝置；10濾漿槽；11進(jìn)料閥； 12旋渦泵； 13計(jì)量桶實(shí)驗(yàn)裝置中過(guò)濾、洗滌管路如圖2.2 所示：圖 2.2 過(guò)濾、洗滌管路示意圖4 實(shí)驗(yàn)步驟與注意事項(xiàng)4.1 實(shí)驗(yàn)步驟過(guò)濾實(shí)驗(yàn)操作步驟主要包括：（1）系統(tǒng)接上電源，打開(kāi)攪拌器電源開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)電動(dòng)攪拌器2，將濾液

19、槽10 內(nèi)漿液攪拌均勻。（ 2）板框過(guò)濾機(jī)板、框排列順序?yàn)椋汗潭^ -非洗滌板 -框 -洗滌板 -框 -非洗滌板 -可動(dòng)頭；用壓緊裝置壓緊后待用。（ 3）使閥門(mén) 3、4、11 處于全開(kāi)、其它閥門(mén)處于全關(guān)狀態(tài)，啟動(dòng)旋渦泵 12，調(diào)節(jié)閥門(mén) 3 使壓力表 5 達(dá)到規(guī)定值。（4）待壓力表 5 穩(wěn)定后，打開(kāi)過(guò)濾入口閥6，過(guò)濾開(kāi)始。當(dāng)計(jì)量桶13 內(nèi)見(jiàn)到第一滴液體時(shí)按表計(jì)時(shí)。記錄濾液每增加高度 10 mm 所用的時(shí)間。當(dāng)計(jì)量桶 13 讀數(shù)為 150 mm 時(shí)停止計(jì)時(shí)，并立即關(guān)閉入口閥 6。（5）調(diào)節(jié)閥門(mén) 3 使壓力表 5 指示值下降。開(kāi)啟壓緊裝置卸下過(guò)濾框內(nèi)的濾餅并放回濾漿槽內(nèi)，將濾布清洗干凈。 放出計(jì)量桶

20、內(nèi)的濾液并倒回槽內(nèi)， 以保證濾漿濃度恒定。（6）改變壓力或其它條件，從步驟（2）開(kāi)始重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。（7）每組實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用洗水管路對(duì)濾餅進(jìn)行洗滌，測(cè)洗滌時(shí)間和洗水量。（8）實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，將閥門(mén) 11 接上自來(lái)水、閥門(mén) 4 接通下水，關(guān)閉閥門(mén) 3，對(duì)泵及濾漿進(jìn)出口管進(jìn)行沖洗。4.2 注意事項(xiàng)（1）過(guò)濾板與框之間的密封墊片位置應(yīng)放正，過(guò)濾板與框的濾液進(jìn)出口對(duì)齊。用搖柄把過(guò)濾設(shè)備壓緊，以免漏液。（2）計(jì)量桶的流液管口應(yīng)貼桶壁，否則液面波動(dòng)影響讀數(shù)。（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)關(guān)閉閥門(mén) 3。用閥門(mén) 11、4 接通自來(lái)水對(duì)泵及濾漿進(jìn)出口管進(jìn)行沖洗，切忌將自來(lái)水灌入儲(chǔ)料槽中。（4）電動(dòng)攪拌器為無(wú)級(jí)調(diào)速。使用時(shí)首先接上系

21、統(tǒng)電源，打開(kāi)調(diào)速器開(kāi)關(guān)，調(diào)速鈕一定由小到大緩慢調(diào)節(jié)，切勿反方向調(diào)節(jié)或調(diào)節(jié)過(guò)快損壞電機(jī)。（5）啟動(dòng)攪拌前，用手旋轉(zhuǎn)一下攪拌軸以保證順利啟動(dòng)攪拌器。5 思考題（1）為什么過(guò)濾開(kāi)始時(shí)，濾液常常有一點(diǎn)渾濁，過(guò)一段時(shí)間才轉(zhuǎn)清？（2）在恒壓過(guò)濾中，初始階段為什么不采取恒壓操作？（3）如果濾液的粘度比較大，你考慮用什么方法改善過(guò)濾速率？（4）當(dāng)操作壓強(qiáng)增加一倍，其K 值是否也增加一倍？要得到同樣的過(guò)濾量時(shí)，其過(guò)濾時(shí)間是否縮短一半？實(shí)驗(yàn)三 傳熱實(shí)驗(yàn)（水 - 水蒸汽、空氣 - 水蒸汽給熱系數(shù)測(cè)定和傳熱綜合實(shí)驗(yàn)）傳熱實(shí)驗(yàn)一水- 水蒸汽給熱系數(shù)測(cè)定1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解間壁式傳熱元件。（2）觀(guān)察水蒸氣在管外壁上的冷

22、凝現(xiàn)象，學(xué)習(xí)影響給熱系數(shù)的因素和強(qiáng)化傳熱的途徑。（3）掌握對(duì)流傳熱系數(shù)的測(cè)定方法。（4）了解熱電阻測(cè)溫方法、渦輪流量計(jì)測(cè)流量方法，學(xué)會(huì)使用變頻器。2 基本原理如圖 3.1 所示，間壁式傳熱過(guò)程由熱流體對(duì)固體壁面的對(duì)流傳熱，固體壁面的熱傳導(dǎo)和固體壁面對(duì)冷流體的對(duì)流傳熱所組成。圖 3.1 間壁式傳熱過(guò)程間壁式傳熱元件，在傳熱過(guò)程達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，有：Q m1cP1 T1 T2m2 cP2 t2t1（ 3.1）1 A1 TTW m2 A2 tWt m式（ 3.1）中： Q傳熱量， J/s；m1 熱流體的質(zhì)量流率， kg/s；cp1 熱流體OOO的比熱， J/(kg? C)； T1熱流體的進(jìn)口溫度，C； T

23、2熱流體的出口溫度，C；m2 冷流體的質(zhì)量流率， kg/s； cp2冷流體的比熱， J/(kg?OC)；t1 冷流體的進(jìn)口溫度， OC；t2冷流體的出口溫度， OC； 1熱流體與固體壁面的對(duì)流傳熱系2 O2數(shù)， W/(m ? C)；A1 熱流體側(cè)的對(duì)流傳熱面積，m ；(T TW )m 熱流體與固體壁面的對(duì)數(shù)平均溫差，OC； 2冷流體與固體壁面的對(duì)流傳熱系數(shù)，2 OW/(m ? C)；A2 冷流體側(cè)的對(duì)流傳熱面積， m2；(ttW)m 固體壁面與冷流體的對(duì)數(shù)平均溫差， OC。熱流體與固體壁面的對(duì)數(shù)平均溫差可由式（3.2）計(jì)算：T1TW1T2TW2（ 3.2）TTW mln T1TW1T2TW2式

24、（ 3.2）中： TW1熱流體進(jìn)口處熱流體側(cè)的壁面溫度，OC；TW2熱流體出口處熱流體側(cè)的壁面溫度， OC。固體壁面與冷流體的對(duì)數(shù)平均溫差可由式（3.3）計(jì)算：tW1t1tW2t2（ 3.3）tW t mln tW1t1tW2t2式（3.3）中： tW1 冷流體進(jìn)口處冷流體側(cè)的壁面溫度， OC；tW2冷流體出口處冷流體側(cè)的壁面溫度， OC。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而加熱水，在傳熱過(guò)程達(dá)到穩(wěn)定后，有如下關(guān)系式：V CP( t2 t1 ) 2 A2 (t tW ) m（ 3.4）式（ 3.4）中： V冷流體體積流量， m3/s； 冷流體密

25、度， kg/m 3；CPO1、t2冷流體進(jìn)、出口溫度，O；2 冷流體對(duì)內(nèi)管內(nèi)冷流體比熱， J/(kg CC)；t2 O；2；(twt)m內(nèi)壁壁的對(duì)流給熱系數(shù)， W/(m 2 內(nèi)管的內(nèi)壁傳熱面積， mC)A與流體間的對(duì)數(shù)平均溫度差，可由式（3.3）計(jì)算得到， OC。當(dāng)內(nèi)管材料導(dǎo)熱性能很好，即 值很大，且管壁厚度很薄時(shí)，可認(rèn)為T(mén)w1tw1，Tw2tw2，即為所測(cè)得的該點(diǎn)的壁溫，則由式（3.1）可得：V Cp (t2t1)（ 3.5）2t )mA2 (tw若能測(cè)得被加熱流體的V、t1、t 2，內(nèi)管的換熱面積A2，壁溫tw1、tw2，則可通過(guò)式（ 3.5）算得實(shí)測(cè)的冷流體在管內(nèi)的對(duì)流給熱系數(shù)2。對(duì)于流

26、體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流對(duì)流傳熱時(shí)，傳熱準(zhǔn)數(shù)經(jīng)驗(yàn)式為：Nu0.023Re0.8 Pr n（ 3.6）式（ 3.6）中： Nu努塞爾數(shù)， Nu= d/ ，無(wú)因次； Re雷諾數(shù)， Re =du/，無(wú)因次； Pr普蘭特?cái)?shù)， Pr=Cp/ ，無(wú)因次。其中： 流體與固體壁面的對(duì)流傳熱系數(shù)， W/(m 2?OC)；d換熱管內(nèi)徑， m； 流體的導(dǎo)熱系數(shù)， W/(m?OC)；u流體在管內(nèi)流動(dòng)的平均速度， m/s； 流體的密度， kg/m3； 流體的粘度， Pa?s；Cp 流體的比熱， J/(kg?OC)。上式適用范圍為： Re1.0 104 1.2 105， Pr0.7120，管長(zhǎng)與管內(nèi)徑之比 L/d 60。

27、當(dāng)流體被加熱時(shí) n 0.4，流體被冷卻時(shí) n 0.3。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(xiàn)， 并與經(jīng)驗(yàn)公式的曲線(xiàn)對(duì)比以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)效果。3 實(shí)驗(yàn)裝置水-水蒸汽給熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置如圖 3.2 所示：來(lái)自蒸汽發(fā)生器的水蒸氣進(jìn)入套管換熱器，與來(lái)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)增壓泵和渦輪流量計(jì)進(jìn)入套管換熱器內(nèi)管（紫銅管） ，水流量可用閥門(mén)調(diào)節(jié)或變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)，熱交換后進(jìn)入下水道。裝置參數(shù)中：紫銅管規(guī)格122mm，即內(nèi)徑為 8mm，長(zhǎng)度為 1m；冷流體最大流量為 0.45m3/h，渦輪流量計(jì)的測(cè)量下限為 0.2 m3 /h。圖 3.2水 -水蒸氣換熱實(shí)驗(yàn)流程1-水泵

28、； 2-冷流體管路； 3-冷流體進(jìn)口調(diào)節(jié)閥； 4-渦輪流量計(jì)； 5-冷流體進(jìn)口溫度； 6-惰性氣體排空閥； 7-蒸汽溫度； 8-視鏡； 9-冷流體進(jìn)口溫度； 10-壓力表； 11-冷凝水排空閥； 12-蒸汽進(jìn)口閥； 13-冷凝水排空閥； 14-蒸汽進(jìn)口管路； 15-冷流體出口管路； 16-冷流體進(jìn)口管壁溫度； 17-冷流體出口管壁溫度； 18-水箱4 實(shí)驗(yàn)步驟與注意事項(xiàng)4.1 手動(dòng)操作（1）檢查儀表、水泵、蒸汽發(fā)生器及測(cè)溫點(diǎn)是否正常，檢查進(jìn)氣系統(tǒng)的蒸氣調(diào)節(jié)閥是否關(guān)閉。（2）打開(kāi)總電源開(kāi)關(guān)、儀表電源開(kāi)關(guān)（由指導(dǎo)老師啟動(dòng)蒸汽發(fā)生器和打開(kāi)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(kāi)度，閥門(mén)全

29、開(kāi)使水流量達(dá)到最大。（5）排除蒸汽管線(xiàn)中原積存的冷凝水（方法是：關(guān)閉進(jìn)氣系統(tǒng)的蒸氣調(diào)節(jié)閥，打開(kāi)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(kāi)進(jìn)氣系統(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(kāi)換熱器冷凝水排放閥 （冷凝水排放閥不要開(kāi)啟過(guò)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(kāi)度，使蒸汽壓力穩(wěn)定保持在 0.1 MPa 左右（可通過(guò)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(cè)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(kāi)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

30、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(lái)路，關(guān)閉蒸汽發(fā)生器（由教師完成）、儀表電源開(kāi)關(guān)及切斷總電源。4.2 自動(dòng)操作（1）前 7 步準(zhǔn)備工作同手動(dòng)操作。（2）打開(kāi)對(duì)流給熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)MCGS 組態(tài)文件，進(jìn)入“對(duì)流給熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)軟件”界面，點(diǎn)擊“對(duì)流給熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)”按鈕，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)界面。（3）當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒后單擊“開(kāi)始按鈕”開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，根據(jù)測(cè)試要求，由大到小逐漸調(diào)節(jié)變頻器，控制水流量， 合理確定 6 個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)， 待穩(wěn)定后點(diǎn)擊數(shù)據(jù)自動(dòng)采集或分別從數(shù)顯表上讀取冷流體流量、 冷流體進(jìn)出口溫度、 冷流體進(jìn)出口壁溫以及蒸汽溫度。（4

31、）當(dāng)測(cè)好所需的實(shí)驗(yàn)次數(shù)后單擊“停止”按鈕停止實(shí)驗(yàn)。若實(shí)驗(yàn)完畢單擊“退出實(shí)驗(yàn)”?；氐健皩?duì)流給熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)軟件”界面，再單擊“退出實(shí)驗(yàn)”按鈕退出實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。（5）實(shí)驗(yàn)終了，首先關(guān)閉蒸氣進(jìn)口調(diào)節(jié)閥，切斷設(shè)備的蒸汽來(lái)路，經(jīng)一段時(shí)間后，再關(guān)閉變頻器，然后關(guān)閉蒸汽發(fā)生器、儀表電源開(kāi)關(guān)及切斷總電源，清潔整理實(shí)驗(yàn)室。4.3 注意事項(xiàng)（1）一定要在套管換熱器內(nèi)管輸以一定量的空氣或水， 方可開(kāi)啟蒸汽閥門(mén)，且必須在排除蒸汽管線(xiàn)上原先積存的凝結(jié)水后，方可把蒸汽通入套管換熱器中。（2）開(kāi)始通入蒸汽時(shí)，要緩慢打開(kāi)蒸汽閥門(mén)，使蒸汽徐徐流入換熱器中，逐漸加熱，由“冷態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁釕B(tài)”不得少于 10 min。（3）操作過(guò)程中，

32、蒸汽壓力一般控制在 0.2 MPa（表壓）以下，因?yàn)樵诖藯l件下壓力比較安全。（4）測(cè)定各參數(shù)時(shí)，必須是在穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下，并且隨時(shí)注意惰氣的排空和壓力表讀數(shù)的調(diào)整。 一般熱穩(wěn)定時(shí)間都至少需保證 5 分鐘以上，以保證數(shù)據(jù)的可靠性。（5）注意本實(shí)驗(yàn)中，冷流體并非循環(huán)使用，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要給水箱連續(xù)通水源。5 思考題（1）實(shí)驗(yàn)中冷流體和蒸汽的流向，對(duì)傳熱效果有何影響?（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。（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，冷凝水不及時(shí)排走，會(huì)產(chǎn)生什么影響？如何及時(shí)排走冷凝水？如果采用不同壓強(qiáng)的蒸汽進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)關(guān)聯(lián)式有何

33、影響？傳熱實(shí)驗(yàn)二空氣 - 水蒸汽給熱系數(shù)測(cè)定1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解間壁式傳熱元件。（2）觀(guān)察水蒸氣在管外壁上的冷凝現(xiàn)象，學(xué)習(xí)影響給熱系數(shù)的因素和強(qiáng)化傳熱的途徑。（3）掌握對(duì)流傳熱系數(shù)的測(cè)定方法。（4）了解熱電阻測(cè)溫方法、渦輪流量計(jì)測(cè)流量方法，學(xué)會(huì)使用變頻器。2 基本原理詳見(jiàn)水 -水蒸汽給熱系數(shù)測(cè)定。3 實(shí)驗(yàn)裝置空氣 -水蒸汽給熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置如圖3.3 所示：來(lái)自蒸汽發(fā)生器的水蒸氣進(jìn)入玻璃套管換熱器環(huán)隙， 與來(lái)自風(fēng)機(jī)的空氣在套管換熱器內(nèi)進(jìn)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(jì)進(jìn)入套管換熱器內(nèi)管（紫銅管），熱交換后排出裝置外。裝置參數(shù)中：紫銅管規(guī)格212.5mm，長(zhǎng)度為 1m。圖

34、 3.3空氣 -水蒸氣換熱實(shí)驗(yàn)流程4 實(shí)驗(yàn)步驟與注意事項(xiàng)4.1 操作步驟（1）檢查儀表、水泵、蒸汽發(fā)生器及測(cè)溫點(diǎn)是否正常，檢查蒸氣調(diào)節(jié)閥是否關(guān)閉。（2）打開(kāi)總電源開(kāi)關(guān)、儀表電源開(kāi)關(guān)（由指導(dǎo)老師啟動(dòng)蒸汽發(fā)生器和打開(kāi)蒸氣總閥）。（3）先開(kāi)差壓變送器下方的平衡閥，將孔板流量計(jì)前后壓差置零，再打開(kāi)風(fēng)機(jī)電源。若風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)檔撥向“直接” ，則表示手動(dòng)檔控制，須通過(guò)冷流體入口管處的 “冷流體閥門(mén) ”來(lái)調(diào)節(jié)空氣流量。（4）打開(kāi)熱交換器進(jìn)出口的兩個(gè)“不凝性氣體排放閥門(mén)”，實(shí)驗(yàn)中也保持一定開(kāi)度。打開(kāi)“冷凝水閥門(mén)”，共有兩個(gè)閥門(mén)，長(zhǎng)直管段的和短直管段均要打開(kāi)，可觀(guān)察到冷凝水排出。然后，將短直管段的冷凝水閥門(mén)關(guān)閉，此時(shí)

35、方可打開(kāi)“熱流體閥門(mén)” ，從而使得蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽通入系統(tǒng)中。此時(shí)可觀(guān)察到系統(tǒng)中的對(duì)流交換，以及冷凝水的排出情況。（ 5）仔細(xì)調(diào)節(jié)進(jìn)系統(tǒng)蒸氣調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，使蒸汽壓力穩(wěn)定保持在 0.1MPa 左右（可通過(guò)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(cè)試要求， 由大到小逐漸調(diào)節(jié)空氣流量手動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)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；（6） 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(lái)路，關(guān)閉蒸汽發(fā)生器（由指導(dǎo)老師完成） 、儀表電源開(kāi)關(guān)及切斷總電源。4.2 自動(dòng)操作（1）前 4 步

36、準(zhǔn)備工作同手動(dòng)操作。（2）打開(kāi)對(duì)流給熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn) MCGS 組態(tài)文件，進(jìn)入“對(duì)流給熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)軟件”界面，點(diǎn)擊“對(duì)流給熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)”按鈕，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)界面。（3）當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒后單擊“開(kāi)始按鈕”開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，根據(jù)測(cè)試要求，由大到小逐漸調(diào)節(jié)變頻器，控制水流量，合理確定 6 個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)， 待穩(wěn)定后點(diǎn)擊數(shù)據(jù)自動(dòng)采集或分別從數(shù)顯表上讀取冷流體流量、冷流體進(jìn)出口溫度、 冷流體進(jìn)出口壁溫以及蒸汽溫度。（4）當(dāng)測(cè)好所需的實(shí)驗(yàn)次數(shù)后單擊“停止”按鈕停止實(shí)驗(yàn)。若實(shí)驗(yàn)完畢單擊“退出實(shí)驗(yàn)”。回到“對(duì)流給熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)軟件”界面，再單擊“退出實(shí)驗(yàn)”按鈕退出實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。（5）實(shí)驗(yàn)終了，首先關(guān)閉蒸氣進(jìn)口調(diào)節(jié)閥，切斷設(shè)備的蒸汽來(lái)

37、路，經(jīng)一段時(shí)間后，再關(guān)閉變頻器，然后關(guān)閉蒸汽發(fā)生器、儀表電源開(kāi)關(guān)及切斷總電源。清潔整理實(shí)驗(yàn)室。4.3 注意事項(xiàng)（1）一定要在套管換熱器內(nèi)管輸以一定量的空氣或水， 方可開(kāi)啟蒸汽閥門(mén)，且必須在排除蒸汽管線(xiàn)上原先積存的凝結(jié)水后，方可把蒸汽通入套管換熱器中。（2）開(kāi)始通入蒸汽時(shí)，要緩慢打開(kāi)蒸汽閥門(mén)，使蒸汽徐徐流入換熱器中，逐漸加熱，由“冷態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁釕B(tài)”不得少于 10 min。（3）操作過(guò)程中，蒸汽壓力一般控制在 0.2 MPa（表壓）以下，因?yàn)樵诖藯l件下壓力比較安全。（4）測(cè)定各參數(shù)時(shí)，必須是在穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下，并且隨時(shí)注意惰氣的排空和壓力表讀數(shù)的調(diào)整。 一般熱穩(wěn)定時(shí)間都至少需保證 5 分鐘以上，以

38、保證數(shù)據(jù)的可靠性。5 思考題（1）實(shí)驗(yàn)中冷流體和蒸汽的流向，對(duì)傳熱效果有何影響?（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。（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，冷凝水不及時(shí)排走，會(huì)產(chǎn)生什么影響？如何及時(shí)排走冷凝水？如果采用不同壓強(qiáng)的蒸汽進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)關(guān)聯(lián)式有何影響？傳熱實(shí)驗(yàn)三傳熱綜合（空氣和水蒸汽）實(shí)驗(yàn)1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解間壁式傳熱元件。（2）觀(guān)察水蒸氣在管外壁上的冷凝現(xiàn)象，學(xué)習(xí)影響給熱系數(shù)的因素和強(qiáng)化傳熱的途徑。（3）掌握對(duì)流傳熱系數(shù)的測(cè)定方法。（4）并應(yīng)用線(xiàn)性回歸分析方法，確定關(guān)聯(lián)式Nu=ARemPr0.4 中常數(shù)A、m 的值。

39、（5）通過(guò)對(duì)管程內(nèi)部插有螺旋線(xiàn)圈的空氣 -水蒸氣強(qiáng)化套管換熱器的實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)定其強(qiáng)化比 Nu/Nu0，了解強(qiáng)化傳熱的基本理論和基本方式。2 基本原理2.1 光滑套管換熱器傳熱系數(shù)及其準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的測(cè)定對(duì)流傳熱系數(shù) i的測(cè)定在該傳熱實(shí)驗(yàn)中，空氣走內(nèi)管，蒸氣走外管。對(duì)流傳熱系數(shù) i可以根據(jù)牛頓冷卻定律，用實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定：iQi（ 3.7）tmSi式（ 3.7）中： i管內(nèi)流體對(duì)流傳熱系數(shù)， W/(m 2?O C)； Qi管內(nèi)傳熱速率，W； Si 管內(nèi)換熱面積， m2；?tm內(nèi)壁面與流體間的溫差， O C。t m 由下式確定：tmtwt1 t2（ 3.8）2式（ 3.8）中： t1，t 2冷流體的入口、出

40、口溫度，OC；tw壁面平均溫度，O C。因?yàn)閾Q熱器內(nèi)管為紫銅管， 其導(dǎo)熱系數(shù)很大， 且管壁很薄，故認(rèn)為內(nèi)壁溫度、外壁溫度和壁面平均溫度近似相等，用 tw 來(lái)表示。管內(nèi)換熱面積為：Sidi Li（ 3.9）式（ 3.9）中： di 內(nèi)管管內(nèi)徑， m；Li 傳熱管測(cè)量段的實(shí)際長(zhǎng)度，m。熱量衡算式：Q iWmCp m (t2t1 )（3.10）其中質(zhì)量流量由下式求得：WmVm m（3.11）3600式（ 3.10）、（3.11）： Vm冷流體在套管內(nèi)的平均體積流量， m3/h；m流Cp體的定壓比熱， kJ/(kg?OC)；m冷流體的密度， kg /m3。Cpm 和 m 可根據(jù)定性溫度 tm 查得，t

41、m=t1 2 為冷流體進(jìn)出口平均溫度。 t1，t2，+ttw 和 Vm 可采取一定的測(cè)量手段得到。對(duì)流傳熱系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的實(shí)驗(yàn)確定流體在管內(nèi)作強(qiáng)制湍流，被加熱狀態(tài)，準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的形式為：Nu A Rem Pr n（3.12）其中：Nui d i， Reu m d im， PrCp m mimm物性數(shù)據(jù)m、Cpm、 m 可根據(jù)定性溫度tm 查得。經(jīng)過(guò)計(jì)算可知，對(duì)于管內(nèi)被加熱的空氣，普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr 變化不大，可以認(rèn)為是常數(shù)，則關(guān)聯(lián)式的形式簡(jiǎn)化為：NuA Rem Pr 0.4（3.13）這樣通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定不同流量下的Re與 Nu，然后用線(xiàn)性回歸方法確定A 和 m的值。空氣流量的測(cè)量空氣流量計(jì)由孔板與差壓

42、變送器和二次儀表組成。該孔板流量計(jì)在20 OC時(shí)標(biāo)定的流量和壓差的關(guān)系式為：V206.639(P) 0.5（3.14）流量計(jì)在實(shí)際使用時(shí)往往不是20 OC，此時(shí)需要對(duì)該讀數(shù)進(jìn)行校正：Vt1V20273t1（3.15）27320式（ 3.14）、（3.15）中： ?P孔板流量計(jì)兩端壓差， KPa；V2020OC 時(shí)體積流量， m3； t1流量計(jì)處體積流量，也是空氣入口體積流量，m3；1流/hV/ht量計(jì)處溫度，也是空氣入口溫度，OC。由于換熱器內(nèi)溫度的變化，傳熱管內(nèi)的體積流量需進(jìn)行校正：VmVt12 7 3tm（ 3.16）2 7 3t1式（3.16）：Vm傳熱管內(nèi)平均體積流量， m3 ； m傳

43、熱管內(nèi)平均溫度， O/h tC。2.2 強(qiáng)化套管換熱器傳熱系數(shù)、準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式及強(qiáng)化比的測(cè)定強(qiáng)化傳熱又被學(xué)術(shù)界稱(chēng)為第二代傳熱技術(shù)， 它能減小初設(shè)計(jì)的傳熱面積， 以減小換熱器的體積和重量； 提高現(xiàn)有換熱器的換熱能力； 使換熱器能在較低溫差下工作；并且能夠減少換熱器的阻力以減少換熱器的動(dòng)力消耗， 更有效地利用能源和資金。強(qiáng)化傳熱的方法有多種， 本實(shí)驗(yàn)裝置是采用在換熱器內(nèi)管插入螺旋線(xiàn)圈的方法來(lái)強(qiáng)化傳熱的。螺旋線(xiàn)圈的結(jié)構(gòu)圖如圖 3.4。旋線(xiàn)圈由直徑 3 mm 以下的銅絲和鋼絲按一定節(jié)距繞成。將金屬螺旋線(xiàn)圈插入并固定在管內(nèi)， 即可構(gòu)成一種強(qiáng)化傳熱管。 在近壁區(qū)域，流體一面由于螺旋線(xiàn)圈的作用而發(fā)生旋轉(zhuǎn)， 一面

44、還周期性地受到線(xiàn)圈的螺旋金屬絲的擾動(dòng)，因而可以使傳熱強(qiáng)化。 由于繞制線(xiàn)圈的金屬絲直徑很細(xì)， 流體旋流強(qiáng)度也較弱，所以阻力較小，有利于節(jié)省能源。螺旋線(xiàn)圈是以線(xiàn)圈節(jié)距 H 與管內(nèi)徑 d 的比值技術(shù)參數(shù)，且長(zhǎng)徑比是影響傳熱效果和阻力系數(shù)的重要因素?？茖W(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究總結(jié)了形式為 Nu=BRem 的經(jīng)驗(yàn)公式，其中 B 和 m 的值因螺旋絲尺寸不同而不同。圖 3.4 線(xiàn)圈內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用和光滑套管同樣的實(shí)驗(yàn)方法確定不同流量下得Rei 與 Nu，用線(xiàn)性回歸方法可確定 B 和 m 的值。單純研究強(qiáng)化手段的強(qiáng)化效果（不考慮阻力的影響），可以用強(qiáng)化比的概念作為評(píng)判準(zhǔn)則，它的形式是：Nu/Nu0，Nu 是強(qiáng)化管的努塞

45、爾準(zhǔn)數(shù)， Nu0 是光滑管的努塞爾準(zhǔn)數(shù)，顯然，強(qiáng)化比Nu/Nu01，而且它的值越大，強(qiáng)化效果越好。3 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)備主要技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1:表 1 實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)管內(nèi)徑 di（ 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 Di（ mm）50實(shí)驗(yàn)外管外徑 Do（mm）57.0測(cè)量段（紫銅內(nèi)管）長(zhǎng)度 L（m）1.00加熱釜操作電壓200 伏傳熱綜合實(shí)驗(yàn)裝置如圖3.5 所示。圖3.5空氣 -水蒸氣傳熱綜合實(shí)驗(yàn)流程1-普通套管換熱器；2-內(nèi)插有螺旋線(xiàn)圈的強(qiáng)化套管換熱器；3- 蒸汽發(fā)生器；4-旋渦氣泵；5-變頻器；6-孔板流量計(jì)；7、8-空氣支路控制閥；9、10-蒸汽支路控制閥；11、 12-蒸汽放空口； 13-蒸汽上升主管路；14-加水口；15-放水口；16-液位計(jì)；17-冷凝液回流口；18-儲(chǔ)槽4 實(shí)驗(yàn)步驟與注意事項(xiàng)4.1 實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備，檢查工作（1