化工原理實(shí)驗(yàn)-傳熱實(shí)驗(yàn)

化工原理實(shí)驗(yàn)福州大學(xué)化工原理實(shí)驗(yàn)室二○○六年九月傳熱實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四傳熱實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

六、操作要點(diǎn)二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)

七、數(shù)據(jù)處理三、實(shí)驗(yàn)原理

八、數(shù)據(jù)處理注意點(diǎn)四、設(shè)計(jì)思路

九、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求五、實(shí)驗(yàn)流程

十、方案設(shè)計(jì)要求福州大學(xué)化工原理實(shí)驗(yàn)室傳熱實(shí)驗(yàn)裝置一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、加深對傳熱過程的理解。2、學(xué)習(xí)并掌握傳熱系數(shù)、傳熱膜系數(shù)的測定方法。3、學(xué)會用最小二乘法或作圖法確定準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式中常數(shù)A和指數(shù)m。4、比較傳熱效果，了解工程上強(qiáng)化傳熱的措施。5、培養(yǎng)工程觀念、動(dòng)手能力和其它綜合素質(zhì)。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1、管內(nèi)插入螺旋線圈強(qiáng)化傳熱的研究2、強(qiáng)化傳熱的途徑探討3、對流給熱系數(shù)的測定與列管換熱器設(shè)計(jì)（適用于普通管）4、對流給熱系數(shù)的測定與套管換熱器設(shè)計(jì)（適用于強(qiáng)化管）實(shí)驗(yàn)任務(wù)書（1）

（1）查閱資料，對管內(nèi)插入螺旋線圈強(qiáng)化傳熱的現(xiàn)狀與發(fā)展作出簡要評述。（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，測定普通套管換熱器和管內(nèi)插入螺旋線圈的套管換熱器的傳熱系數(shù)。（3）用作圖法或最小二乘法關(guān)聯(lián)出上述兩種管中的系數(shù)A、m的值。（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果比較普通管與管內(nèi)插入螺旋線圈管的傳熱效果，對螺旋線圈強(qiáng)化傳熱的機(jī)理進(jìn)行探討。（5）分析管內(nèi)螺旋線圈的直徑和螺距對傳熱及傳熱阻力的影響，以及使用螺旋線圈強(qiáng)化傳熱的優(yōu)缺點(diǎn)。管內(nèi)插入螺旋線圈強(qiáng)化傳熱的研究實(shí)驗(yàn)任務(wù)書（2）強(qiáng)化傳熱的途徑探討（1）查閱資料，概述強(qiáng)化傳熱的途徑。（2）以實(shí)驗(yàn)室提供的普通套管換熱器和管內(nèi)插入螺旋線圈的套管換熱器為例，設(shè)計(jì)一實(shí)驗(yàn)方案，測定不同流速下的普通套管換熱器或強(qiáng)化套管換熱器的傳熱膜系數(shù)，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明，本實(shí)驗(yàn)要提高傳熱效果，可采取哪些措施。（3）用作圖法或最小二乘法關(guān)聯(lián)出上述兩種管中的系數(shù)A、m的值。（4）傳熱系數(shù)隨著雷諾數(shù)的增大而增大，試分析是否存在最佳的操作雷諾數(shù)。實(shí)驗(yàn)任務(wù)書（3）

對流給熱系數(shù)的測定與列管換熱器設(shè)計(jì)（適用于普通管）（1）設(shè)計(jì)一列管換熱器，用110℃的水蒸氣將空氣加熱至90℃，空氣來源于周圍環(huán)境，流量分別為5000m3/h、8000m3/h和10000m3/h。（2）為了給設(shè)計(jì)提供空氣的對流給熱系數(shù)，利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的套管換熱器，設(shè)計(jì)適宜的實(shí)驗(yàn)方案測定空氣在圓管內(nèi)傳熱的對流給熱系數(shù)。（3）根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件確定空氣進(jìn)口溫度，進(jìn)行列管換熱器的設(shè)計(jì)，給出列管換熱器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，如管數(shù)、管程數(shù)、殼程數(shù)、管子直徑、壁厚、管長、裕度、具體型號等，并校核空氣流速與阻力。實(shí)驗(yàn)任務(wù)書（4）

對流給熱系數(shù)的測定與套管換熱器設(shè)計(jì)（適用于強(qiáng)化管）（1）設(shè)計(jì)一具有螺旋線圈內(nèi)插物的套管換熱器，用于預(yù)熱空氣，加熱介質(zhì)為120℃的水蒸氣，需將空氣加熱至110℃，空氣來源于周圍環(huán)境，流量分別為80m3/h、90m3/h和100m3/h。（2）制定適宜的實(shí)驗(yàn)方案，測定內(nèi)插螺旋線圈管內(nèi)空氣的對流給熱系數(shù)。（3）根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件確定空氣進(jìn)口溫度和適宜的空氣流速，進(jìn)行套管換熱器的設(shè)計(jì)，給出套管換熱器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，如內(nèi)管直徑、內(nèi)管壁厚、管長等，并校核其阻力。三、實(shí)驗(yàn)原理本傳熱實(shí)驗(yàn)裝置有兩根套管換熱器，一根為普通套管換熱器，另一根為內(nèi)插螺旋線圈的套管換熱器，用水蒸氣加熱空氣，采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)在線采集和自動(dòng)控制系統(tǒng)，可實(shí)行自動(dòng)操作或手動(dòng)操作。套管換熱器傳熱示意圖如下頁所示。實(shí)驗(yàn)原理疏水器不凝性氣體排出閥影響對流傳熱的因素很多，很難提出一個(gè)普遍的公式用以計(jì)算各種情況下的對流傳熱系數(shù)α。一種解決方法是用因次分析法。把影響α的因素歸納成幾個(gè)準(zhǔn)數(shù)，以減少變量數(shù)，再用實(shí)驗(yàn)方法確定這些準(zhǔn)數(shù)在不同情況下的經(jīng)驗(yàn)式，用以計(jì)算這些情況下的α。

無相變時(shí)強(qiáng)制湍流下的對流傳熱影響因素主要有：定性長度、流體的流速、粘度、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱和密度。實(shí)驗(yàn)原理（要求掌握因次分析法,請同學(xué)們自己歸納出下頁的無因次數(shù)群)實(shí)驗(yàn)原理7個(gè)物理量涉及到4個(gè)基本因次，因此可以歸納出3個(gè)無因次數(shù)群，它們之間的關(guān)系為：式中：努塞爾特準(zhǔn)數(shù)，被決定準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)，反映流體的流動(dòng)型態(tài)和湍動(dòng)程度普蘭特準(zhǔn)數(shù)，反映與傳熱有關(guān)的流體物性注意定性尺寸當(dāng)流體在圓形直管中作強(qiáng)制湍流時(shí)，其定性尺寸為管徑，即系數(shù)與指數(shù)和則需由實(shí)驗(yàn)加以確定。對于氣體，基本上不隨溫度而變，可視為一常數(shù)，因此，上式也可簡化為：實(shí)驗(yàn)原理對流傳熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式為四、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)思路通過實(shí)驗(yàn)測得不同流速下孔板流量計(jì)的壓差，空氣的進(jìn)口溫度、出口溫度和換熱器的壁溫（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)、外壁溫度與壁面的平均溫度近似相等），根據(jù)所測的溫度，查物性數(shù)據(jù)和，通過計(jì)算可求出不同流量下的和，然后用作圖法或線性回歸方法（最小二乘法）確定關(guān)聯(lián)式中常數(shù)、

的值。實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)思路系數(shù)和指數(shù)的求解求方法一求方法二五、實(shí)驗(yàn)流程普通管強(qiáng)化管孔板流量計(jì)旁路調(diào)節(jié)閥旋渦氣泵電加熱器

測量儀表面板示意圖實(shí)驗(yàn)內(nèi)管內(nèi)徑d2（mm）19.25實(shí)驗(yàn)內(nèi)管外徑d1（mm）22.01實(shí)驗(yàn)外管內(nèi)徑D2（mm）50實(shí)驗(yàn)外管外徑D1（mm）52.5總管長（紫銅內(nèi)管）L（m）1.30測量段長度l（m）1.00強(qiáng)化內(nèi)管內(nèi)插物（螺旋線圈）尺寸絲徑h（mm）1節(jié)距H（mm）40加熱釜操作電壓（V）≤200操作電流（A）≤10實(shí)驗(yàn)裝置主要參數(shù)六、實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)（1）

1．實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備（1）向電加熱釜加水至液位計(jì)上端紅線處。（2）在保溫瓶中加入適量的冰水，將熱電偶的冷端插入其中。（3）檢查空氣流量旁路調(diào)節(jié)閥是否全開。（4）檢查普通管和強(qiáng)化管的各支路控制閥是否已按要求打開或關(guān)閉。（5）接通電源總閘，設(shè)定加熱電壓，啟動(dòng)電加熱器開關(guān)，開始加熱。2．實(shí)驗(yàn)開始

（1）加熱10min，啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)。（2）觀察到蒸汽排出口有恒量蒸汽排出，標(biāo)志著實(shí)驗(yàn)可以開始。（3）調(diào)節(jié)空氣流量旁路閥的開度，使壓差計(jì)讀數(shù)為所需的空氣流量值。若為計(jì)算機(jī)在線數(shù)據(jù)采集，則可直接從屏幕上讀取空氣流量值。建議從最大流量開始實(shí)驗(yàn)。旁路全開時(shí)，通過傳熱管的空氣流量是最大還是最??？實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)（2）（4）穩(wěn)定5min左右讀取壓差計(jì)讀數(shù)，以及轉(zhuǎn)動(dòng)各儀表選擇開關(guān)讀取、、值。注意：第1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)必須穩(wěn)定15min。（5）重復(fù)（3）與（4）步驟，共做5～7個(gè)空氣流量值實(shí)驗(yàn)（注意：最小、最大流量值一定要做）。3．實(shí)驗(yàn)結(jié)束（1）關(guān)閉加熱器開關(guān)。（2）過5min后關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)，并將旁路閥全開。（3）切斷總電源。實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)（3）七、數(shù)據(jù)處理式中：——空氣入口溫度（即流量計(jì)處溫度）下的體積流量，——孔板兩端壓差，kPa

——空氣入口溫度（即流量計(jì)處溫度）下的密度，1、求Re數(shù)所需參數(shù)的測定與計(jì)算1、求Re所需參數(shù)的測定與計(jì)算

雷諾數(shù)：式中：V——實(shí)驗(yàn)條件（管內(nèi)平均溫度）下的空氣體積流量，——管內(nèi)平均溫度，℃——傳熱內(nèi)管空氣進(jìn)口（即流量計(jì)）處的溫度，℃流量：流速：2、求Nu所需參數(shù)的測定與計(jì)算當(dāng)時(shí)，T≈Tw（℃）＝8.5＋21.26×E(mv)

1、在回歸方程時(shí)不能用下列公式計(jì)算

（請分析為什么？）八、數(shù)據(jù)處理注意點(diǎn)2、注意上述兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)式的應(yīng)用范圍。在進(jìn)行誤差分析時(shí)，通常要求將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)式進(jìn)行比較。請問能否將強(qiáng)化管的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與上兩式進(jìn)行比較？數(shù)據(jù)處理注意點(diǎn)3、為比較普通套管換熱器和強(qiáng)化套管換熱器的傳熱效果，需將兩根管的的數(shù)據(jù)畫在同一張圖中。4、回歸方程可以用最小二乘法，也可以用作圖法，如下兩頁所示（下面的圖是以為例。）5、計(jì)算示例只要以其中一根管的其中一組數(shù)據(jù)為例即可。在開始計(jì)算之前，要說明“以什么為例”，然后寫出原始數(shù)據(jù)。每一計(jì)算過程都應(yīng)包括：公式、數(shù)據(jù)代入、答案和單位。6、同組同學(xué)應(yīng)取不同組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。否則按計(jì)算雷同扣分。九、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

實(shí)驗(yàn)報(bào)告按小論文格式撰寫。報(bào)告要有封面。報(bào)告在實(shí)驗(yàn)結(jié)束一周內(nèi)交。報(bào)告應(yīng)包括如下幾個(gè)方面：

論文題目摘要關(guān)鍵詞前言實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論參考文獻(xiàn)結(jié)果討論要有理論依據(jù)，說明強(qiáng)化的原因，并提出一些強(qiáng)化的措施。將計(jì)算示例放在