傳熱綜合實(shí)驗(yàn)測(cè)定列管換熱器總傳熱系數(shù)

實(shí)驗(yàn)名稱:傳熱綜合實(shí)驗(yàn)測(cè)定列管換熱器一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測(cè)定列管式換熱器的對(duì)流傳熱系數(shù)K。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^測(cè)定列管換熱器傳熱數(shù)據(jù)計(jì)算總傳熱系數(shù) K，加深對(duì)其概念的理解。三、實(shí)驗(yàn)基本原理(1)傳熱過程基本原理傳熱是指由于溫度差引起的能量轉(zhuǎn)移，又稱熱傳遞。由熱力學(xué)第二定律可知，凡是有溫度差存在時(shí)，熱量就必然發(fā)生從高溫處傳遞到低溫處，因此傳熱是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域中極普遍的一種傳遞現(xiàn)象。總傳熱系數(shù)K是評(píng)價(jià)換熱器性能的一個(gè)重要參數(shù)，也是對(duì)換熱器進(jìn)行傳熱計(jì)算的依據(jù)。對(duì)于已有的換熱器，可以通過測(cè)定有關(guān)數(shù)據(jù)，如設(shè)備尺寸、流體的流量和溫度等，然后由傳熱速率方程式(1-1)計(jì)算K值。傳熱速率方程式是換熱器傳熱計(jì)算的基本關(guān)系。在該方程式中，冷、熱流體的溫度差厶T是傳熱過程的推動(dòng)力，它隨傳熱過程冷熱流體的溫度變化而改變。傳熱速率方程式 (1-1), ??=??v??v??Tm所以對(duì)于總傳熱系數(shù) 一XX T2 (1-2)??=???x??x(??-Ti”(??x??Tm式中：Q----熱量(W);S 傳熱面積(m2)；△Tm----冷熱流體的平均對(duì)數(shù)溫差「C)；K----總傳熱系數(shù)(W/(m2C));CP 比熱容(J/(KgC))；W 冷流體質(zhì)量流量(Kg/s)；T2-T1 冷流體進(jìn)出口溫差(C)。(2)換熱器簡(jiǎn)介列管式換熱器：是固定管板式換熱器，它是列管換熱器的一種。它由殼體、管束、管箱、管板、折流擋板、接管件等部分組成。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，兩塊管板分別焊于殼體的兩端，管束兩端固定在管板上。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和造價(jià)低廉的優(yōu)點(diǎn)。開車前首先檢查管路、各種換熱器、管件、儀表、流體輸送設(shè)備是否完好，檢查閥門、分析測(cè)量點(diǎn)是否靈活好用。

四、實(shí)驗(yàn)方法及步驟實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：檢查實(shí)驗(yàn)裝置處在開車前的準(zhǔn)備狀態(tài)。換熱器實(shí)驗(yàn)：打開總電源開關(guān)。打開列管式換熱器熱流體進(jìn)口閥和列管式換熱器冷流體進(jìn)口閥。打開冷熱流體調(diào)節(jié)閥(開到50開度)。調(diào)節(jié)熱流體的流量并在一定的流量下穩(wěn)定3—5分鐘(仿真為數(shù)值不再變化)后分別測(cè)量記錄冷流體的流量，冷熱流體進(jìn)、出口的溫度。改變不同流量測(cè)取6-8組數(shù)據(jù)。固定冷物流做一組甲苯實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，依次關(guān)閉加熱開關(guān)、閥門和總電源。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理I 1 J冷物流進(jìn)冷物流出：熱物流進(jìn)'熱物流出

口溫度口溫度口溫度I口溫度平均密度Tc1(C)252525定性溫度Tc2(C)jTh1(C)jTh2(C)'?Tm(C)10045.05100I 1 J冷物流進(jìn)冷物流出：熱物流進(jìn)'熱物流出

口溫度口溫度口溫度I口溫度平均密度Tc1(C)252525定性溫度Tc2(C)jTh1(C)jTh2(C)'?Tm(C)10045.0510010044.8544.65 :95.35 35.02593.83 34.92592.16 34.82525 44.37 100 90.38 34.68525 43.94 100 87.24 34.47 1 1 1 f 25 42.93 100 79.92 33.96543.9442.93ptm(kg/mA3

)855.07855.1699855.2698855.4097855.6245856.129平均比熱Cp(J/kg/?k)135658.3135668.7135679135693.6135716135768.9冷熱物流間平均溫體積流量度差△Vt(mA3/h)tm(C):I換熱面積.傳熱速率S(mT).Q(w)對(duì)流傳熱

系數(shù)K(W/mA2

?C)62.333263030300.79128 6.98E+100.79128 6.91E+100.79128'6.84E+101.41E+091.41E+091.42E+091.41E+0961.737661.0647860.37384 30 0.79128'6.75E+10T5909615二:〕30二二0：79滋I6_.60E+?^1.41E+0955.98812 30 0.791286.25E+1030301.41E+09表一傳熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖表管長(zhǎng)(m)管徑(mm)管數(shù)0.9020.0014.00冷物流進(jìn)口溫度Tc1(C)冷物流出口溫度Tc2(C)熱物流進(jìn)口溫度Th1(C)熱物流出口溫度Th2(C)定性溫度Tm(C)平均密度ptm(kg/mA3)平均比熱Cp(J/kg/?k)冷熱物流間平均溫度差△tm(C)體積流量Vt(mA3/h)換熱面積S(mA2)傳熱速率Q(w)對(duì)流傳熱系數(shù)K(W/mA2?C)2544.9810094.8334.99994417462.13109300.791282.49E+095.06E+072544.8510093.934.925994417461.77015300.791282.47E+095.05E+072544.6310092.2834.815994417461.13176300.791282.44E+095.05E+072544.2110089.2634.605994.3417459.92527300.791282.39E+095.04E+072543.6210084.9734.31994.3417458.15653300.791282.32E+095.04E+07表二固定冷物流的流速冷熱水實(shí)驗(yàn)表三固定冷物流的流速甲苯蒸汽實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理:對(duì)應(yīng)密度經(jīng)過將給出的數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸得出定性溫度Tm=(Tc1+Tc2)/2冷熱物流間平均溫度差？???=?E1-????2)-(????2-????1)???????"?2?？？？？1傳熱面積???????=??4X3.14X0.02X0.9=0.79128傳熱速率??=?%????????????(?臉？??1對(duì)流傳熱系數(shù)??=??_??????(??<-????)??????" ??????對(duì)流傳熱系數(shù)??=其中甲苯的物性參數(shù)使用表中提供的方程經(jīng)origin其中甲苯的物性參數(shù)使用表中提供的方程經(jīng)origin求得??= -0.2713??= -0.2713A-??-

"-(1-591.75)八2)

??=140140-152.3??+0.6957X??人2八、實(shí)驗(yàn)分析與討論隨著熱流體的流量增大，傳熱速率是增大的，同時(shí)傳熱系數(shù)也變化，在某一數(shù)值進(jìn)行波動(dòng)，但整體趨勢(shì)是增大的，這可能是因?yàn)閭鳠嵯禂?shù)與流體的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)， 當(dāng)流體為湍流流動(dòng)時(shí)，湍流主體中流體質(zhì)點(diǎn)呈混雜運(yùn)動(dòng)，熱量傳遞充分，隨著Re增大，靠近壁面的有效層流膜厚度變薄，提高傳熱速率，即傳熱系數(shù)增大，那么總的傳熱系數(shù)就就增大。根據(jù)分析固定熱流體，發(fā)現(xiàn)其并不是單調(diào)的變化，可能和其由過渡區(qū)到湍流區(qū)有關(guān)。本次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題是，走管程的冷水體積流率變化時(shí)其系數(shù)相對(duì)變化率并不大可能流速并不怎么決定其對(duì)流傳熱系數(shù)?；蛘哒f其對(duì)流熱阻并不大，相較于其他熱阻。甲苯實(shí)驗(yàn)會(huì)發(fā)現(xiàn)由于其比熱對(duì)水來說很大，所以兩個(gè)傳熱速率不在一個(gè)數(shù)量級(jí)，只是改變了管內(nèi)的物料，導(dǎo)致在殼程的流體湍動(dòng)程度改變， 而對(duì)流傳熱系數(shù)并沒有改變多少， 可能和前面討論一樣也可能是對(duì)流傳熱的熱阻主要集中在冷物料一側(cè)。 書本假設(shè)也是如此，由于外層流體流動(dòng)大層流膜薄。 具體變化和影響還要進(jìn)一步的討論，黏