水蒸汽給熱系數(shù)測定實(shí)驗(yàn)

1、*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)：*班級：*姓名*學(xué)號*實(shí)驗(yàn)組號*實(shí)驗(yàn)日期*指導(dǎo)教師*成績實(shí)驗(yàn)名稱水-蒸汽給熱系數(shù)測定實(shí)驗(yàn)一、 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對流傳熱所組成。間壁式傳熱元件，在傳熱過程達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，有式中：Q傳熱量，

2、J / s;m熱流體的質(zhì)量流率，kg / s;Cp1熱流體的比熱，J / (kg C)；T1熱流體的進(jìn)口溫度，C；T2熱流體的出口溫度，C；m冷流體的質(zhì)量流率，kg / s；Cp2冷流體的比熱，J / (kgC)；t1冷流體的進(jìn)口溫度，C；12冷流體的出口溫度，C;1熱流體與固體壁面的對流傳熱系數(shù),A熱流體側(cè)的對流傳熱面積，m；T TWm熱流體與固體壁面的對數(shù)平均溫差，C；冷流體與固體壁面的對流傳熱系數(shù),2W / (mC)；Q m1CpiT1T2m2cp2t2t1iA1TTWM2A2twtm(61)2W / (mC)；A冷流體側(cè)的對流傳熱面積，m；tW tm固體壁面與冷流體的對數(shù)平均溫差，C；

3、熱流體與固體壁面的對數(shù)平均溫差可由式（62）計(jì)算,TTWmTiTW iT2TW2.TiTW iln-T2TW2(62)式中：Twi熱流體進(jìn)口處熱流體側(cè)的壁面溫度，C；TW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（63）計(jì)算,44twititW 2t2tWtm,tWitiln -tW2t2(63)式中：twi冷流體進(jìn)口處冷流體側(cè)的壁面溫度，C；tW2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 而加熱水，在傳熱過程達(dá)到穩(wěn)定后，有如下關(guān)系式：V Cp(t2ti)2A2(t tw)m(64)式中

4、：V冷流體體積流量，m/s；冷流體密度，kg/m3；P冷流體比熱，J/（kgC）；1、t2冷流體進(jìn)、出口溫度，C；a2 冷流體對內(nèi)管內(nèi)壁的對流給熱系數(shù)，W/（nfC）；2 內(nèi)管的內(nèi)壁傳熱面積，m；wt）m 內(nèi)壁與流體間的對數(shù)平均溫度差，當(dāng)內(nèi)管材料導(dǎo)熱性能很好，即入值很大，且管壁厚度很薄時(shí)，可認(rèn)為(t參照式(63)可得，C；Twitw1，Tw2tw2, 即為所測得的該點(diǎn)的壁溫，則由式（6i）可得：VCp（t2ti）2A2（twt ）m若能測得被加熱流體的V、ti、t2，內(nèi)管的換熱面積A2，壁溫twi、tw2, 實(shí)測的冷流體在管內(nèi)的對流給熱系數(shù)（65）則可通過式（65）算得a 2o對于流體在圓形直

5、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 0.023 Re08Prn(66)上式適用范圍為：Re=x104X105，Pr=120,管長與管內(nèi)徑之比L/d60。當(dāng)流體被加熱時(shí)n=，流體被冷卻時(shí)n=。-流體與固體壁面的對流傳熱系數(shù)，W / (m2C)；d-換熱管內(nèi)徑，m流體的導(dǎo)熱系數(shù)，W / (mC)；u流體在管內(nèi)流動(dòng)的平均速度，m / s;、.、3流體的密度，kg / m流體的粘度，Pa s;cP流體的比熱，J / (kgC)。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)裝置 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

6、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8mm長度為1m1-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；11-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)

7、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.首先確定所有閥門處于關(guān)閉狀；2.打開蒸汽發(fā)生裝置；Nu式中：Nu-努塞爾數(shù)，d，無因次;ReR雷諾數(shù)，du，無因次;PrPr-普蘭特?cái)?shù)，Cp_，無因次;3.打開排水閥，排除套管內(nèi)的冷凝水，再打開水泵電源、儀表電源及總電源；4.打開并調(diào)節(jié)蒸汽調(diào)節(jié)閥和排氣閥（慢慢打開，壓力表指針若上下擺動(dòng)劇烈，則調(diào)節(jié)排氣閥使 壓力穩(wěn)定在），使壓力穩(wěn)定在左右，打開水流量控制閥門，將水導(dǎo)入套管；5.緩慢調(diào)節(jié)蒸汽出口閥，將轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量控制在指定流量處，當(dāng)壓力穩(wěn)定時(shí)讀取壓力表讀 數(shù)、蒸汽溫度、冷流體進(jìn)出口溫度及冷流體進(jìn)出口的壁溫（由于是第一組實(shí)驗(yàn)，則測第一組數(shù)

8、 據(jù)時(shí)應(yīng)當(dāng)?shù)仁昼娮笥遥?dāng)壓力表讀數(shù)和各儀表讀數(shù)穩(wěn)定后再記數(shù)據(jù)，之后的每組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均 取穩(wěn)定時(shí)的數(shù)據(jù)）；6.分別測量流量為40、50、70、150、220、320L/h等六組不同流量值所對應(yīng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)；7.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，依次關(guān)閉蒸汽調(diào)節(jié)閥、水流量控制閥、蒸汽發(fā)生器、水泵儀表、電子儀表及總 電源。五、 原始數(shù)據(jù)記錄表1.水-蒸汽給熱系數(shù)測定實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表序號冷流體質(zhì)量流量Kg/s冷流體蒸汽壓力表壓力MPa進(jìn)口溫度11出口溫度t2進(jìn)口壁溫tw1C出口壁溫tw2C蒸汽溫度TC18210021003100410051006100六、數(shù)據(jù)處理水-蒸汽給熱系數(shù)測定數(shù)據(jù)處理表2由公式V Cp(t2A(tw

9、tjt)m(12-t1)1=53CA=ndl=*1 =a 1=1.1X10-5X992.2X4174X37.2 _22.2196x0.02512= 3066.876 ?(?2.C)tW2(50.7- 25.4)-(82- 62.6)(50.7- 25.4)(82- 62.6)_ 4? _4X(0X10-3*3600C)?U=?2=3.14X0.0082.t=+/2=CNu0.023Re0.8Prn= 0.023X2879.2608X1.6134594= 16.8161序號管內(nèi)平均 速度um/s定性溫度tCPkg /m31Pas入W /(mc)CPJ /(kgc)aW /(m2c)NuNu/Re

10、14441742417434174441745417464174表2.水的密度、粘度、熱導(dǎo)率以及比熱容等可由附錄五和附錄七查得40X10-33600ms=pV；=xtiIntwitW2tit2(twrt)m=所以du0.008x0.221161x992.2Re= 2879260.00061Cp4174x0.00061pr-=1.6134590 4?16.81611-613459= 1.743539=1613459).4= 9.644806由：？?？= ?X?x?04得：In?-04= ?ln ?+ In?七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論通過本次實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)與操作,對間壁式傳熱元件進(jìn)一步了解，掌握給熱系數(shù)測定的

11、實(shí)驗(yàn)方法,對所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,得到In Re- InNu/關(guān)系圖，通過斜率和截距得到m和c值，將實(shí)驗(yàn)值與理論值進(jìn)行對比，存在很大的誤差。結(jié)果分析：在對實(shí)驗(yàn)值與理論值進(jìn)行比較得，在溫度的較小時(shí)誤差較大，隨著溫度的升高,誤差減小。整體實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)溫度較小，產(chǎn)生誤差較大。隨著溫度的升高，氣體的粘度增大。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：實(shí)驗(yàn)中冷流體和蒸汽的流向相同， 對傳熱效果無影響。因?yàn)镼=a也tm，不論冷流體和蒸汽是并流還是逆流流動(dòng)，由于蒸汽的溫度不變，故tm不變，而a和A不受冷流體和蒸汽的流向的影響，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)所用到的密度值是冷流體進(jìn)口溫度下對應(yīng)的密度；求雷諾數(shù)時(shí)的密度值時(shí)是冷流體進(jìn)出口算術(shù)平均溫度對應(yīng)的密度。3、實(shí)驗(yàn)過程中，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a關(guān)聯(lián)式有何影響答：冷凝水不及時(shí)排走，附著在