換熱器傳熱系數(shù)測(cè)定

1、化 工 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告姓名： 學(xué)號(hào)： 報(bào)告成績(jī)： 課程名稱化工原理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱換熱器傳熱系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)班級(jí)名稱組 長同組者指導(dǎo)教師實(shí)驗(yàn)日期教師對(duì)報(bào)告的校正意見一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解傳氣汽對(duì)流熱的基本理論，掌握套管換熱器的操作方法。 2、掌握對(duì)流傳熱系數(shù)  i  測(cè)定方法，加深對(duì)其概念和影響因素的理解。 3、應(yīng)用線性回歸分析方法，確定關(guān)聯(lián)式 中常數(shù) A、m 的值。 4、了解強(qiáng)化換熱的基本方式，確定傳熱強(qiáng)化比 。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求 1、測(cè)定不同空氣流速下普通套管換熱器的對(duì)流傳熱系數(shù)  i 。 2、不同空氣流速下強(qiáng)化套管換熱器的對(duì)流傳熱系數(shù)  i

2、 。 3、分別求普通管、強(qiáng)化管換熱器準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式中常數(shù) A、m的值。 4、根據(jù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式,計(jì)算同一流量下的傳熱強(qiáng)化比 。 5、分別求取普通套管換熱器、強(qiáng)化套管換熱器的總傳熱系數(shù) 。3、 實(shí)驗(yàn)原理 1 、對(duì)流傳熱系數(shù)的測(cè)定： （5­1） 式中：管內(nèi)流體對(duì)流傳熱系數(shù)，w/（m2·）； Q i 管內(nèi)傳熱速率，w； （5­2） 式中：空氣流過測(cè)量段上平均體積，m3/h ； 測(cè)量段上空氣的平均密度，kg/m ； 管內(nèi)傳熱面積， m； 1 頁 測(cè)量段上空氣的平均比熱，J/（kg.g）； 管內(nèi)流體空氣與管內(nèi)壁面的平均溫度差，。 （5­3） 當(dāng) 2&g

3、t; / >0.5 時(shí)，可簡(jiǎn)化為 （5­4） 式中：，冷流體（空氣）的入口、出口溫度，； 壁面平均溫度，。 2、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)制對(duì)流時(shí)，處于被加熱狀態(tài)，準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的形式為： （5­5） 其中，傳熱準(zhǔn)數(shù)： （5­6） 雷諾準(zhǔn)數(shù)： （5­7） 其中：u-測(cè)量段上空氣的平均流速： （5­8） 普朗特準(zhǔn)數(shù)： （5­9） 對(duì)于管內(nèi)被加熱的空氣，普朗特準(zhǔn)數(shù)變化不大，可認(rèn)為是常數(shù)，關(guān)聯(lián)式簡(jiǎn)化為： （5­10） 通過實(shí)驗(yàn)確定不同流量下的與。 3、關(guān)聯(lián)式中的常數(shù)A，m的確定： 以縱坐標(biāo)，Re為橫坐標(biāo)，

4、在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上繪關(guān)系，作圖、回歸得到準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式中的常數(shù)A，m。 同理得到強(qiáng)化管準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式中的常數(shù)A，m。 4、強(qiáng)化比的確定 2 頁 將強(qiáng)化套管換熱器求得的 Re、Pr 數(shù)值分別帶入強(qiáng)化管和普通管換熱器所得的準(zhǔn)關(guān)聯(lián)式中，可以得到Nu 及 Nu0,強(qiáng)化比=。 5、換熱器總傳熱系數(shù)的確定： 試驗(yàn)中若忽略換熱器的熱損失，在穩(wěn)態(tài)傳熱過程中，空氣升溫獲得的熱量與對(duì)流傳遞熱量及換熱器的總傳熱量均相等，則以外表面為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)： （5­11） 式中S0-傳熱管外表面?zhèn)鳠崦娣e，m2 。 因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)中i<<0 (i、0分別為管內(nèi)，外壁傳熱系數(shù))，故傳熱管內(nèi)的對(duì)流傳熱系數(shù)i冷熱流體間的總傳熱

5、系數(shù)K0。4、 實(shí)驗(yàn)裝置氣-汽傳熱綜合測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置流程圖 (一）實(shí)驗(yàn)裝置流程圖（2） 設(shè)備參數(shù) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)管內(nèi)徑d1(mm) 20.00 實(shí)驗(yàn)內(nèi)管外徑d2(mm) 22.00 實(shí)驗(yàn)外管內(nèi)徑D1(mm) 50.0 實(shí)驗(yàn)外管外徑D2(mm) 57.0 測(cè)量段（紫銅內(nèi)管）長度L（m) 1.20 強(qiáng)化內(nèi)管內(nèi)插物(螺旋線圈）尺寸 絲徑h(mm) 1 截距H(mm） 40 加熱釜 操作電壓 200V 操作電流 10A 3 頁 （三）、空氣流量測(cè)量 空氣流量測(cè)量由孔板流量計(jì)測(cè)量，由以下公式計(jì)算： （m3/h） （5­12） （m3/h） （5­13） （m3/h） （5­14）式中

6、，V空氣實(shí)際流量，m3/h； Vt1入口溫度下的空氣體積流量，m3/h；V2020時(shí)體積流量，m3/h。五、實(shí)驗(yàn)方法與步驟（一）實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備及檢查工作 1、向電熱釜中加水至標(biāo)志線上端處。 2、向冰水保溫瓶中加入適量冰水，并保證整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中熱電偶冷端均處于0。3、 檢查空氣流量旁路調(diào)節(jié)閥是否全開，檢查普通套管換熱器的空氣支路控制閥是否打開，使其分別與蒸汽上升支管和大氣相通，并將強(qiáng)化套管換熱器的進(jìn)出口的閥門全部關(guān)閉。4、 接通電源總開關(guān)，設(shè)定加熱電壓185V，啟動(dòng)電加熱器開關(guān)，開始加熱。 （二）實(shí)驗(yàn)過程1、一段時(shí)間后水沸騰，觀察蒸汽排出口有恒量蒸汽排出，標(biāo)志著實(shí)驗(yàn)可以開始。 2、約加熱10min

7、g后，可提前啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，保證開始時(shí)空氣入口溫度t1比較穩(wěn)定。 3、調(diào)節(jié)空氣流量旁路閥的開度，使壓差計(jì)的讀數(shù)為所需的空氣流量值。從最小到最大流量依次測(cè)量,每改變一次流量，穩(wěn)定58min,，讀取孔板流量計(jì)壓差p,入口溫度t1,出口溫度t2,和TW值，并記錄下讀數(shù)，測(cè)量6組數(shù)據(jù)。4、測(cè)量完畢后，先打開強(qiáng)化套管的空氣和蒸汽支路控制閥，再關(guān)閉普通套管空氣和蒸汽支路控制閥，重復(fù)步驟3，進(jìn)行強(qiáng)化套管換熱器的實(shí)驗(yàn)。測(cè)定6組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 5、實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意觀察儲(chǔ)水罐中水位，若水位降至液位計(jì)下端處線，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)水。 （三）實(shí)驗(yàn)結(jié)束 關(guān)閉加熱開關(guān)，過5min后關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)，并將旁路閥全開。再關(guān)總電源。六、注意事項(xiàng) 1、最大

8、最小流量值一定要做。 2、實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意觀察儲(chǔ)水罐中水位，若水位降至液位計(jì)下端處線，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)水。 3、電熱釜，是生產(chǎn)水蒸氣的裝置，為了安全和長久使用，建議最高加熱電壓不超過200V。七、數(shù)據(jù)處理及計(jì)算實(shí)例（第二套） 4 頁表三 普通管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理表設(shè)備編號(hào)：2# 傳熱管內(nèi)徑d1=20mm 傳熱管外徑d2=22mm 傳熱管長度=1.20m 內(nèi)傳熱面積S1=0.075408m2 外傳熱面積S2=0.082949m2 流通截面積F=0.0003142m2N0.123456孔板流量計(jì)壓差P/KPa0.20 0.90 1.60 2.30 2.95 3.45t1/24.728.230.733.236.840

9、.4t2/61.958.658.058.460.862.6Tw/100.3100.4100.4100.4100.4100.4tm/43.343.444.445.848.851.5m(kg/m3)1.121.121.121.121.121.09m(w/m·)0.02780.02780.02780.02780.02780.0283Cpm(J/Kg·）100510051005100510051005m×1051.941.941.94 1.94 1.94 1.96 tm(）57.0 57.0 56.05 54.6 51.6 48.9 V20(m3/h)4.90 12.99

10、 18.86 23.86 28.04 31.03 Vt1(m3/h)4.94 13.17 19.20 24.39 28.83 32.09 Vm(m3/h)5.25 13.84 20.07 25.40 29.95 33.23 um(m3/h)4.64 12.23 17.74 22.45 26.48 29.38 Qi(w) 61.06 131.52 171.27 200.11 224.72 224.48 i(w/m2） 14.21 30.60 40.52 48.60 57.75 60.88 Re 5359 14124 20483 25925 30570 32676Nu 10.22 22.01 29

11、.15 34.97 41.55 43.02 Pr 0.701 0.701 0.701 0.701 0.701 0.696 Nu/Pr0.4 11.78 25.37 33.60 40.30 47.88 49.73 光滑管關(guān)聯(lián)式 Nu=0.0126Re0.7959Pr0.4 A=0.0126,m=0.7959K0(w/m2）11.53 24.82 32.88 39.43 46.85 49.39 （一）普通管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理計(jì)算實(shí)例： 已知：傳熱管內(nèi)徑d1=0.02m,外徑d2=0.022m,傳熱管長度L=1.20m,流通截面積：F=×d2/4=3.142×0.022/4=0.000

12、3142(m2), 5 頁內(nèi)傳熱面積S1=×d1×L=3.142×0.02×1.2=0.075408(m2),內(nèi)傳熱面積S2×d2×L=3.142×0.022×1.2=0.082949(m2)。 以第一組數(shù)據(jù)為例： 1、確定空氣物理性常數(shù)、CP、。根據(jù)定性溫度查表得到。 t1=24.7,t2=61.9, 測(cè)量段上空氣的定性溫度(), 測(cè)量段上空氣的平均密度m=1.12(Kg/m3)。平均比熱CPm=1005(J/Kg·k)， 平均導(dǎo)熱系數(shù)m=0.0278(w/m·K)，平均黏度=1.94

13、5;10-5（Pa·s)。 2、求冷熱流體間的平均溫差。由公式（5-4）可得： ()。 3、求管內(nèi)平均體積流量Vm。由公式（5­12）、（5­13）、（5­14）求得： （m3/h）， （m3/h）， （m3/h）。 4、求傳熱速率Qi。由公式（5-2）求得： （w)。 5、求管內(nèi)傳熱系數(shù)。由公式（5-1）求得： w/（m2·）。 6、求傳熱準(zhǔn)數(shù)。由公式（5-6）求得： 求雷諾準(zhǔn)數(shù)Re。由公式(5-7)求得： 6 頁 其中管內(nèi)平均流速um，由公式 (5-8) 求得： 求普朗特準(zhǔn)數(shù)Pr。由公式（5-9）求得： 7、求準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式中的常數(shù)項(xiàng)A,m。

14、以縱坐標(biāo)，Re為橫坐標(biāo)，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上繪關(guān)系圖，并進(jìn)行回歸公式。見圖2 8、管內(nèi)總傳熱系數(shù)(w/m2) 圖2 關(guān)系曲線圖 7 頁 （二）強(qiáng)化管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理表四 強(qiáng)化管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理表設(shè)備編號(hào)：2# 傳熱管內(nèi)徑d1=20mm 傳熱管外徑d2=22mm 傳熱管長度=1.20m內(nèi)傳熱面積S1=0.075408m2 外傳熱面積S2=0.082949m2 流通截面積F=0.0003142m2NO.123456孔板流量計(jì)壓差P/KPa0.140.611.111.582.122.63t1/34.034.436.338.140.142.8t2/84.679.678.478.178.379.2Tw/100.0100

15、.0100.0100.0100.1100.0tm/59.357.057.3558.159.261.0m(kg/m3)1.061.061.061.061.061.06m(w/m·)0.02890.02890.02890.02890.02890.0289Cpm(J/Kg·)100510051005100510051005m*1052.012.012.012.012.012.01tm()40.743.042.6541.940.939.0V20(m3/h)3.8910.1014.8818.7122.6326.03Vt1(m3/h)3.9810.3415.2919.2823.4027

16、.02Vm(m3/h)4.3111.1016.3320.5224.8228.58um(m3/h)3.819.8214.4418.1421.9525.27Qi(w)64.54148.50203.45242.85280.62307.83i(w/m2)21.0345.8063.2676.8690.99104.67Re40191035315228191312314826648Nu14.5531.6943.7853.1962.9772.44Pr0.6990.6990.6990.6990.6990.699Nu/Pr0.416.7936.5850.5261.3872.6683.59強(qiáng)化管關(guān)聯(lián)式 Nu=0.0

17、153Re0.8426Pr0.4 A=0.0153,m=0.8426K0(w/m2)17.0637.1551.3262.3673.8284.92Nu08.06717.12923.28827.92532.49936.353Nu/Nu01.8041.8501.8801.9051.9371.993 同理，處理強(qiáng)化管的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作圖、回歸得到準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式中的常數(shù)A，m。 8 頁 9、計(jì)算強(qiáng)化比將強(qiáng)化管的Re、Pr值代入普通管的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式中，求。 強(qiáng)化比6、 誤差分析1、感溫棒距離蒸汽排出口太近，對(duì)溫度影響較大，使得測(cè)得進(jìn)口溫度不穩(wěn)定，讀數(shù)不準(zhǔn)確，對(duì)實(shí)驗(yàn)有一定影響。2、儀器自身存在系統(tǒng)誤差。3、冷凝水不及

18、時(shí)排走。7、 思考題 1、空氣與水蒸氣的流向?qū)鳠嵝Ч泻斡绊懀?答：逆流傳熱效果最好，并流效果較差，當(dāng)一側(cè)為恒溫時(shí)，并流與逆流無差別。 2、本實(shí)驗(yàn)中管壁溫度是蒸汽溫度還是空氣溫度？為什么？ 答：蒸汽溫度。蒸汽的對(duì)流傳熱系數(shù)較大，壁溫比較接近對(duì)流傳熱系數(shù)大的流體溫度。 3、本實(shí)驗(yàn)中強(qiáng)化管的強(qiáng)化效果如何實(shí)現(xiàn)？ 答：本實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化套管是采用在換熱器內(nèi)插入螺旋線圈來實(shí)現(xiàn)的，增大對(duì)流傳熱系數(shù)，增強(qiáng)傳熱效果，但是額外加入的金屬螺旋線圈會(huì)花費(fèi)額外的費(fèi)用。4、強(qiáng)化傳熱的效果一般如何評(píng)價(jià)？采用什么作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。答：?jiǎn)渭冄芯繌?qiáng)化手段的強(qiáng)化效果，不考慮阻力影響，用強(qiáng)化比作為指標(biāo)，形式是。5、 空氣速度和溫度對(duì)給熱系數(shù)有何影響？答：空氣流速越快，吸附的能量少，傳熱系數(shù)越小，空氣溫度越高，能吸附的熱量少，傳熱系數(shù)也會(huì)越小。8、 實(shí)驗(yàn)心得體會(huì) 本實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性以下因素影響：空氣和蒸汽的流向，冷凝水不及時(shí)排走，蒸汽冷凝過程中，存在不冷凝氣體。如果使空氣走殼程，水走管程，根據(jù)流體在管外的強(qiáng)制對(duì)流公式，可求出空氣一側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)值。 9 頁實(shí) 驗(yàn) 原 始 記 錄表一：普通管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)原始記錄表設(shè)備編號(hào)：2# 傳熱管內(nèi)徑d1=20mm 傳熱管外徑d2=22mm傳熱管長度=1.20m 內(nèi)傳熱面積S1=0.075408m2 外傳熱面積S2=0.082949m2 流通截面積F=0.0003142m