化工原理課件：化工原理實驗四 4（第一章）

1、化工原理實驗四傳熱實驗 組 員：葛宗 姚思琪 田曉云 陳品 指導(dǎo)老師： 劉惠仙 班 級： 031113班 時 間： 2013年11月13日 實驗四 傳熱實驗一、 實驗內(nèi)容測定單殼程雙管程列管式換熱器的總傳熱系數(shù)K。二、 實驗?zāi)康?. 了解影響傳熱系數(shù)的工程因素和強(qiáng)化傳熱操作的工程途徑。2. 學(xué)會傳熱過程的調(diào)節(jié)方法。三、 實驗基本原理 工業(yè)上大量存在的傳熱過程（指間壁式傳熱過程）都是由固體內(nèi)部的導(dǎo)及冷熱流體與固體表面間的給熱組合而成。傳熱過程的基本數(shù)學(xué)描述是傳熱速率方程式和熱量衡算式。熱流密度q是反映具體熱傳過程速率大小的物理量。對q的計算，需要引入壁面溫度，而在實際計算中，壁溫往往是未知的。為

2、方便實用，希望能避開壁溫，直接根據(jù)冷、熱流體的溫度進(jìn)行傳熱溫度速率計算，在間壁式換熱器中，熱量序貫地由熱流體傳給壁面左側(cè)、再由壁面左側(cè)傳導(dǎo)給壁面右側(cè)、最后由壁面右側(cè)傳給冷流體。在定態(tài)條件下，并忽略壁面內(nèi)外面積的差異，則各環(huán)節(jié)的熱流密度相等，即 由式可以得到 由上式，串聯(lián)過程的推動力和阻力具有加和性。在工程上，上式通常寫成： 式中 式為傳熱過程總熱阻的倒數(shù)，稱為傳熱系數(shù)，是換熱器性能好壞的重要指標(biāo)。比較和式兩式可知，給熱系數(shù)同流體與壁面的溫差相聯(lián)系，而傳熱系數(shù)K則同冷、熱體的溫差相聯(lián)系。由于冷熱流體的溫度差沿加熱面試連續(xù)變化的，且此溫度差與冷、熱流體的溫度成線性關(guān)系，故將式中（T-t）的推動力用

3、換熱器兩端溫差的對數(shù)平均溫差來表示，即推算方程式： 在換熱器中，要求熱流體的流量qmh或進(jìn)口溫度T1發(fā)生變化，而要求出口溫度T2保持原來的數(shù)值不變，可通過調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)流量來達(dá)到目的。但是這種調(diào)節(jié)作用不能單純地從熱量衡算的觀點(diǎn)理解為冷流體的流量大帶走的熱量多，流量小帶走的熱量小。根據(jù)傳熱基本方程式，可能來自tm的變化，也可能來自K的變化，多數(shù)是由兩者共同作用引起的。如果ch，調(diào)節(jié)qmc，K基本不變，調(diào)節(jié)作用主要靠tm的變化。如果ch或 ch，調(diào)節(jié)qmc將使tm和K有較大變化，此時過程調(diào)節(jié)是兩者的共同作用結(jié)果。四、 實驗設(shè)計 實驗方案 實驗物系：實驗中熱流體選用熱空氣，冷流體選用自來水。 實驗的主

4、體設(shè)備為單殼程雙管程列管式換熱器，冷水走殼程，熱空氣走雙管程。傳熱速率以冷流體的熱量衡算為基準(zhǔn)。只要測得不同流體流量下冷熱流體的進(jìn)出口溫度，即可計算出相應(yīng)的K值。測試點(diǎn)及檢測方法根據(jù)實驗的基本原理和以上確定的實驗方案可知，實驗中要測定的原始數(shù)據(jù)有：冷水流量qmc，熱空氣流量qmh；冷水進(jìn)、出口溫度t1，t2；熱空氣的進(jìn)出口溫度T1，T2。冷熱流體流量由轉(zhuǎn)子流量計測定。冷熱流體進(jìn)出口溫度由水銀溫度計測定。原始數(shù)據(jù)記錄表格如表5-5。控制點(diǎn)及調(diào)節(jié)方法需控制的變量有：冷熱流體流量用轉(zhuǎn)子流量計控制調(diào)節(jié)。實驗裝置及流程主要設(shè)備單殼程雙管程列管式換熱器氣體加熱器氣源轉(zhuǎn)子流量計玻璃水銀溫度計實驗裝置如圖5-

5、4，由氣源送來的空氣經(jīng)氣體流量計計量后進(jìn)入氣體加熱器。被加熱的熱空氣走雙管程。來自自來水管的冷水經(jīng)水流流量計計量后走單殼程與管程的熱空氣換熱后，入下水道。熱空氣由出口排出。冷熱流體進(jìn)出口由安裝在進(jìn)出口管路上的玻璃水銀溫度計測量。TVATTT234567891012111、 氣源；2、氣量閥；3、氣體流量計；4、進(jìn)氣溫度計；5、出氣溫度計；6、進(jìn)水溫度計；7、 換熱器；8、出水溫度計；9、水流量計；10、水調(diào)節(jié)閥；11、調(diào)壓器；12、氣體加熱器 圖5-4 傳熱試驗裝置流程圖五、 操作要點(diǎn)1、將氣體及液體管路連接以后，打開氣體與液體轉(zhuǎn)子流量計，檢查管路連接處是否有液體泄漏。分別將氣體及液體轉(zhuǎn)子流量

6、計打到測定所需流率；2、打開電源開關(guān)，用變壓器將電壓表調(diào)至220V，這時，加熱量最大。當(dāng)熱空氣溫度升至約90時，用變壓器將電壓表調(diào)至150V左右，減小加熱量，傳熱空氣進(jìn)口溫度保持穩(wěn)定。3、預(yù)熱后，用微分方式改變加熱量的大小，電壓表的電壓在12V間變化，使熱空氣進(jìn)口溫度穩(wěn)定在某一值，約數(shù)分鐘，冷水出口穩(wěn)定不變時，讀下第一組數(shù)據(jù)隨后，改變空氣流率（冷水流量），保持冷水流量（空氣流率）不變讀得數(shù)組數(shù)據(jù)。每改變一次空氣流率和冷水流量，必須待熱空氣的進(jìn)口及冷水出口溫度穩(wěn)定后，在讀取數(shù)據(jù)?？諝饬髀矢淖兒螅訜崃侩S之改變。4、實驗結(jié)束后，先關(guān)掉調(diào)壓器。六、 實驗數(shù)據(jù)處理和結(jié)果討論部分 表5-5 傳熱實驗原始

7、數(shù)據(jù)記錄換熱面積 0.4m2 室溫15 氣源風(fēng)壓1000mmH2o序號qmc(冷水流量）（L/h)qmh熱空氣流量(m3/h)T進(jìn)T出t進(jìn)t出1601698.035.217.220.42601298.034.717.320.3360898.032.217.320.0460498.029.617.319.55401698.037.817.322.16401298.036.117.421.8740898.033.417.521.1840498.029.417.520.09201698.041.617.827.010201298.038.617.925.51120898.035.018.024.01

8、220498.030.118.021.91.計算式Q=VCpt中，物性參數(shù)依據(jù)流量計所在位置流體溫度查。Cp 依據(jù)定性溫度 t=( tout+tin)/2查。2.傳熱推動力tm錯流=tm逆流t的校正因子按下式計算： 式中 3.傳熱量Q以冷水（走管程）獲得的熱量為基準(zhǔn)。4.傳熱實驗數(shù)據(jù)整理表5-6. 表5-6 傳熱實驗數(shù)據(jù)整理表序號RRPttm逆tm錯Q(W)K(W/M2K)119.62519.6500.0400.97740.78939.857222.80313.975221.10021.1240.0370.97840.29739.401208.87813.253324.37124.3910.0

9、330.97638.11937.209187.99012.631431.09131.1070.0270.97635.71634.864153.17710.984512.54212.5810.0590.97042.32341.050222.80313.569614.06814.1040.0550.96940.93039.673204.23612.870717.94417.9720.0450.97038.70137.536167.10211.129827.44027.4580.0310.97235.15634.161116.0438.49296.1306.2110.1150.94943.18440

10、.962213.52013.031107.8167.8800.0950.95041.32639.269176.38611.2291110.50010.5480.0750.95138.75336.862139.2529.4441217.41017.4390.0490.95534.80433.23990.5146.8085.計算示例。采用數(shù)據(jù)序號1作為示例：（1）計算傳熱推動力tm錯流，由公式tm錯流=tm逆流t；下面開始計算tm錯流。因為R=(Tin-Tout)/(tout-tin) ，故代入數(shù)據(jù)得R=(98.0-35.2)/(20.4-17.2)=19.625； R=(R2+1)0.5=(19

11、.6252+1)0.5=19.650； P=(tout-tin)/ (Tin- tin)=(20.4-17.2)/(98.0-17.2)=0.040 代入公式，得：t=0.977； tm逆流=(Tin- tout)-( Tout -tin)/ln(Tin- tout)/( Tout -tin) = (98.0-20.4)-(35.2-17.2)/ln(98.0-20.4)/(35.2-17.2) = 40.789； tm錯流=tm逆流t=40.789*0.977=39.857；（2） 定性溫度t=( tout+tin)/2=18.8，此時查的水的定壓比熱容CP=4.183KJ/（Kg），體積流

12、量為60L/h，t=tout-tin=（20.4-17.2）=3.2；流量計處的水溫為進(jìn)口水溫17.2，此溫度下水的密度為：998.7Kg/m3, 根據(jù)公式計算傳熱量Q=VCpt= （60*10-3/3600）*998.7*4.183*103*3.2=222.803W；（3）由公式Q=KAtm可以求得總傳熱系數(shù)K， K=Q/(tm*A)=222.803/(39.857*0.4)=13.975（W/M2K） 按照示例 ，依次計算即可得到表5-6.6.分析冷熱流體流量變化對K的影響，指出過程控制步驟之所在，提出強(qiáng)化傳熱的措施。答：在水流量一定時，隨著空氣流量減少，總傳熱系數(shù)K逐漸減小，但是當(dāng)空氣流量固定不變，水流量變大時，總傳熱系數(shù)K變化不明顯。因為空氣側(cè)的熱阻比水側(cè)的大得多，所以空氣側(cè)的熱阻是控制步驟。根據(jù)實驗的實際情況，強(qiáng)化傳熱的措施有：1.增大流