中南大學(xué)化工原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

目錄

實(shí)驗(yàn)一、流體阻力實(shí)驗(yàn)................................2

實(shí)驗(yàn)二、柏努利實(shí)驗(yàn).................................19

實(shí)驗(yàn)四、對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)...............................25

實(shí)驗(yàn)五、板框壓濾機(jī)過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定..................39

實(shí)驗(yàn)六、離心泵特性曲線實(shí)驗(yàn).........................48

實(shí)驗(yàn)七、干燥實(shí)驗(yàn)...................................56

實(shí)驗(yàn)十、填料式精儲(chǔ)塔的操作.........................71

實(shí)驗(yàn)十二、振動(dòng)篩板萃取實(shí)驗(yàn)........................80

中南大學(xué)

化工原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

化學(xué)化工院院系專業(yè)班級(jí)

姓名學(xué)號(hào)同組者

實(shí)驗(yàn)日期年月日指導(dǎo)教師

實(shí)驗(yàn)一、流體阻力實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.學(xué)習(xí)直管摩擦阻力上尸人直管摩擦系數(shù)八的測(cè)定方法。

2.測(cè)定、對(duì)比光滑Dg40((p45x2.5mm)、Dg32、Dg20直管、q)18粗糙直管和

Dg8光滑管的阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系。

3.測(cè)定彎頭、閥門等局部阻力系數(shù);與雷諾數(shù)Re之間關(guān)系。

4.測(cè)量流量計(jì)校正系數(shù)與雷諾數(shù)Re之間關(guān)系以及流速的幾種測(cè)量方法。

5.掌握坐標(biāo)系的選用方法和對(duì)數(shù)坐標(biāo)系的使用方法。

二、實(shí)驗(yàn)原理

1.直管阻力與局部阻力實(shí)驗(yàn)

流體阻力產(chǎn)生的根源是流體具有粘性，流動(dòng)時(shí)存在內(nèi)摩擦。而壁的形狀則促使

流動(dòng)的流體內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為流動(dòng)阻力的產(chǎn)生提供了條件，流動(dòng)阻力的大小與流

體本身的物理性質(zhì)、流動(dòng)狀況及壁面的形狀等因素有關(guān)。流動(dòng)阻力可分為直管阻力和

局部阻力。

流體在流動(dòng)過(guò)程中要消耗能量以克服流動(dòng)阻力。因此，流動(dòng)阻力的測(cè)定頗為重要。

從流程圖可知水從貯槽由泵輸入恒位水槽，再流經(jīng)管道，經(jīng)計(jì)量槽計(jì)量后回到水槽，

循環(huán)利用。改變流量并測(cè)定直管與管件的相應(yīng)壓差，即可測(cè)得流體流動(dòng)阻力。

2.直管阻力磨擦系數(shù)人的測(cè)定

直管阻力是流體流經(jīng)直管時(shí)，由于流體的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力損失hf。

對(duì)于等直徑水平直管段根據(jù)兩測(cè)壓點(diǎn)間的柏努利方程有：

,AP,Iu2

h=----=%?一?——

fPgd2g

.2dbp

A=-----丁

plu~

式中：I—直管長(zhǎng)度（m）

d—管內(nèi)徑（m）

△P—流體流經(jīng)直管的壓強(qiáng)降（Pa）

u—流體截面平均流速（m/s）

p—流體密度（kg/m3）

由式（1-1）可知，欲測(cè)定人,需知道I、d、（Pi-P2）u、p等。

1）若測(cè)得流體溫度，則可查得流體的p值。

2）若測(cè)得流量，則由管徑可計(jì)算流速u。

兩測(cè)壓點(diǎn)間的壓降A(chǔ)P,可由儀表直接讀數(shù)。

3.局部阻力系數(shù)C的測(cè)定

局部阻力主要是由于流體流經(jīng)管路中管件、閥門及管截面的突然擴(kuò)大或縮小等

局部位置時(shí)所引起的阻力損失，在局部阻力件左右兩側(cè)

的測(cè)壓點(diǎn)間列柏努利方程有:

hf=——=（1-4）

P2

式中：c—局部阻力系數(shù)

△P—局部阻力壓強(qiáng)降（Pa）

式（1—4）中p、u、AP等的測(cè)定同直管阻力測(cè)定方法。

M,2PiM,2P

8^+^-+—=^+^-+—2

2P22p

4.文丘里流?計(jì)與孔板流■計(jì)

文丘里流量計(jì)和孔板流量計(jì)是應(yīng)用最廣泛的節(jié)流式流量計(jì)。當(dāng)流體通過(guò)孔板或文

丘里時(shí)由于流道的縮小，使流速增加，即增加了液體的動(dòng)能，從而降低了流體的勢(shì)能，

利用壓降的變化，可以測(cè)量流體的流速，根據(jù)柏努利原理，可以得到如下計(jì)算公式：

式中：Q--流量計(jì)流量，m/s;

%—流量系數(shù)，無(wú)因次；

A一喉管（孔口）的截面積；

p--流體密度，kg/m3;

/^,P--壓力差,Pa。

文丘里流量計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)：

喉管直徑：27mm流量系數(shù)0:0.99

孔板流量計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)：

孔口直徑：18.5mm流量系數(shù)%:0.78

其中％不僅與A0/a（孔口與管道截面積比）有關(guān)，而且還與孔板的結(jié)構(gòu)形狀、

加工進(jìn)度、流體在管內(nèi)雷諾數(shù)、取壓方式以及管壁面的粗糙度等諸因素有關(guān)，所以只

能通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定求得，才能利用公式得出流速、流量。

三、實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置：JK-LDZ流體流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)裝置，湘潭金凱化工裝備技術(shù)有限公司

1、光滑管有Dg40、Dg25、Dg20、Dg8,（p18Dg15粗糙管、管長(zhǎng)2000mm,

測(cè)壓點(diǎn)距離1500mmo

2、水泵型號(hào)為50SGR10-15型管道式離心泵，流量：10m3/h、揚(yáng)程：12m,,

轉(zhuǎn)速2800r/min,功率0.75KWo

3、彎頭阻力管Dg25。突技突縮，內(nèi)徑分別為25mm變32mm,32mm變22mm。

4、差壓測(cè)量：采用ZQ501差壓傳感器采集信號(hào)，電控箱儀表顯示，精度03%

FS,共六套傳感器。

5、流量測(cè)量：渦輪流量計(jì)（單位m3/h）、文丘里流量計(jì)喉徑，27mm、孔板流

量計(jì)孔徑018.5mm。

6、顯示儀表；差壓顯示采用智能數(shù)字顯示報(bào)警儀，溫度顯示采用XMZA數(shù)顯儀

表。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1.實(shí)驗(yàn)操作前先仔細(xì)閱讀說(shuō)明書，然后依次檢查實(shí)驗(yàn)裝置的各個(gè)部件，了解其

名稱與作用，并檢查是否正常。

2.向蓄水箱加水，測(cè)量并記錄實(shí)驗(yàn)時(shí)的水溫，關(guān)閉管路上所有閥門包括測(cè)壓點(diǎn)

上的小閥門，待儀器運(yùn)轉(zhuǎn)正常以后再開啟需要測(cè)量壓差的測(cè)壓點(diǎn)的小閥門。

3.打開所需實(shí)驗(yàn)的測(cè)量管路，接通電源，按下電源開關(guān)、按下離心泵啟動(dòng)開關(guān)

啟動(dòng)離心泵，緩慢調(diào)節(jié)離心泵出口閥門，如果突然開大流量會(huì)損壞渦輪流量計(jì)，

觀察并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用泵前閥調(diào)節(jié)流量，但流量不能調(diào)節(jié)得太小，

每調(diào)節(jié)一次流量待數(shù)據(jù)穩(wěn)定以后方可記錄。

4.若實(shí)驗(yàn)只需測(cè)量?jī)芍寥M管路，可關(guān)閉其它管路中測(cè)壓點(diǎn)的小閥門。在測(cè)量

管路壓差要注意幾點(diǎn)：差壓傳感器分高壓端和低壓端，傳感器的H一端為高壓

端、L為低壓端，使用中如果儀表出現(xiàn)負(fù)數(shù)只需要將兩端取壓管互換即可。

5.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以關(guān)閉不需要測(cè)量的測(cè)壓點(diǎn)，只需關(guān)閉測(cè)壓點(diǎn)上的小閥門即可。

這樣一只差壓傳感器就可以測(cè)量幾組測(cè)壓點(diǎn)的壓差了。

6.實(shí)驗(yàn)完畢以后注意斷水?dāng)嚯姟?/p>

五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理

(1)數(shù)據(jù)記錄

1.直管阻力磨擦系數(shù)人的測(cè)定

①.(p25*2.5mm

Vs(m3/h

△P(KPa)Vs(m3/s)*10-3AIgAIgRe

)

0.023283

127.36.324951.75693-1.632954.93200

7

0.023749

224.25.896351.63788-1.624354.90152

0

317.64.998361.388430.024035-1.619144.82977

9

0.028985

413.74.015801.11550-1.537824.73471

5

0.0374354.65547

512.33.349200.930056-1.42671

75

0.056893

611.72.648900.735806-1.244944.55400

0

-0.99704

711.21.948200.5411670.1006834.42057

5

-0.61312

89.51.153260.3203500.2437104.19287

7

②.(p42*3.5mm

△P(KPa)Vs(m3/h)Vs(m3/s)*10-3AIgAIgRe

0.0131435.0988

16.216.25324.51478-1.88129

44

0.0143415.0374

25.114.11193,91997-1.84340

58

11.51830.0173064.9492

34.13.19953-1.76180

029

43.29.852402.736780.023221-1.733744.8814

04

0.0279824.7401

52.17.116441.97679-1.63411

46

0.0310494.6116

61.45.293201.47033-1.55311

22

0.0310494.4385

70.73.553210.987003-1.50795

22

0.0514934.1447

80.31.806420.501783-1.28825

22

2.局部阻力系數(shù)C的測(cè)定

Vs(m3/h

△P(KPa)Vs(m3/s)*10-3u(m/s)igCIgRe

)

6.32580.62493-0.204165.0269

112.58.656782.40466

5280

5.64590.64643-0.189474.9775

210.37.726322.14620

2922

5.01010.70933-0.149144.9256

38.96.856261.90452

4593

4.20110.73677-0.132664.8491

46.55.749201.57900

6465

3.54870.77842-0.108784.7758

54.94.856321.34898

0725

2.83140.92329-0.034654.6777

63.73.874791.07633

6699

2.03070.0475624.5334

72.32.779080.7719671.11574

845

1.33244.3504

81.51.823450.5065141.690200.227939

64

3.文丘里流?計(jì)與孔板流?計(jì)

①文丘里流?計(jì)

AP(KPa)Vs(m3/h)Vs(m3/s)*103cIgeIgRe

119.012.35873.432972.071480.3162805.09258

217.311.67013.241692.049910.3042765.06768

313.19.982232.772842.015000.3042764.99983

49.38.289012.302501.985840.2979444.91911

57.27.203302.000921.961330.2925504.85814

65.06.112581.697941.939860.2877714.78683

73.95.422831.506341.933230.2862854.73483

②.孔板流?計(jì)

Vs(m3/h

△P(KPa)Vs(m3/s)*10-3cigcIgRe

)

0.35981-0.443925.2567

1138.812.35873.43297

427

0.35394-0.451065.2318

2127.911.67013.24169

717

0.34325-0.464385.1640

398.59.982232.77284

442

0.33694-0.472435.0833

471.28.289012.30250

780

0.32928-0.482425.0223

556.37.203302.00092

922

0.31936-0.495744.9510

643.16.112581.69794

412

0.31667-0.499384.8990

734.55.422831.50634

742

以以上表格中數(shù)據(jù)2來(lái)計(jì)算

1.直管阻力磨擦系數(shù)人的測(cè)定

①@25*2.5mm

已知=999.7kg/m3,=1.307710-3,Pa/s,d=0.020m,L=1.5m,

Vs_1.63788xIQ-3

=5.21352(m/5)

u5/^2-0.785xO.0202

dup

Re=—―_：0.02x5.21352x999.7=797118Q

〃一1.3077x10-3

,2dbp

A=2=2x0.020x24.2x1嗎=00237490

plu999.7xl.5x5.213522

②.q>42*3.5mm

已知d=0.035,其他條件不變

Vs2.40466x10-3

u=I—=---------------=4.07433(m/s)

0.785xO.02227

Re=^

0.02x4.07433x999.7=109Q1489

1.3077x10

/_2dAp_2x0.035x5.1x1000

=0.0143415

plu2-999.7x1,5x4.074332

2.局部阻力系數(shù)4的測(cè)定

已知d=0.022m

Ws2.41620x10-3

U=—7-=----------------=5.64592(〃z/s)

0.785xO.0222

Re=%=媽3也叫9495525

1.3077x10-3

.2AP2x10.3x1000co?！?/p>

=-----------------=0.646439

pu2999.7x5.645922

3.文丘里流?計(jì)與孔板流?計(jì)

①文丘里流?計(jì)

已知d=0.027m,

Vs_3.43297xlO-3

u=5.99892(/n/5)

%-0.785xO.0272

「dup0.027x5.99892x999.7

=116863.64

'〃-1.3077xlO-3

3.24169xlO-3

=2.04991

[2X17.3X1006

0.785X0.0272X

V999.7

②.孔板流?計(jì)

已知d=0.0185m

Vs3.43297xlO-3

U~-o.785xO.O185212.7778(m/5)

Jw/?_0.0185x12.7778x999.7

Re==170557.74

1.3077xlO-3

3.24169x10-3

Q0.353947

2x127.9x1000

0.785X0.01852X

999.7

分別由IgATgRe、lg<~IgRe、lgc~lgRe作關(guān)系曲線:

?25*2.5mm

_gA

642*3.5mm

Igl

彎頭

Ige

文丘里流?計(jì)

根據(jù)處理結(jié)果可得：

(1)由圖1知曲線方程為y=-0.6782x+3.7459,理論上用柏拉修斯公式表示則

為：y=-0.25x-0.4998,與理論較為接近

(2)由圖2知曲線方程為y=-1.6466x+2.0201,理論上用柏拉修斯公式表示則

為：y=-0.25x-0.4998o

(3)由圖3知曲線方程為y=2.1435x2-1.6069X+4.606，與理論值相差較大。

(4)由圖4、5可以看出：c先隨Re的增大而增大，到一定值后,就不隨Re的

改變而改變，與理論相符合。

六、結(jié)果與討論

（1）注意事項(xiàng)

1.注意實(shí)驗(yàn)一段時(shí)間后須清洗水箱，更換水質(zhì)，避免污垢過(guò)多影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

2.做完實(shí)驗(yàn)后的水應(yīng)排入地溝，避免冬天因水溫過(guò)低而凍裂水管。

3.定期檢查各測(cè)壓點(diǎn)有無(wú)漏氣現(xiàn)象，更換乳膠管或者用尼絨扎帶捆緊乳膠管與測(cè)壓

點(diǎn)和測(cè)壓管的接口。

（2）思考題

1.本實(shí)驗(yàn)用水為工作介質(zhì)做出的入?Re曲線，對(duì)其它流體能否適用？為什么？

答：適用于其他流體。因?yàn)楣饣艿淖枇ο禂?shù)人只與雷諾數(shù)Re有關(guān),故對(duì)其他的流

體一樣

2.本實(shí)驗(yàn)是測(cè)定等直徑水平直管的流動(dòng)阻力，若將水平管改為流體自下而上流動(dòng)的垂

直管,從測(cè)■兩取壓點(diǎn)間壓差的倒置U形管讀數(shù)R到APf的計(jì)算過(guò)程和公式是否與

水平管完全相同？為什么？

答：過(guò)程一樣，公式相同，R值的計(jì)算結(jié)果不同。通式

P「P2=（PA-PB）gR+PBgZ水平放置：Z=O,PI-〃2=（〃一夕8）城，垂直放

置：z=L（管長(zhǎng)）p1-p2=（pA-pB）gR+pgL

3.在不同設(shè)備上（包括相對(duì)粗糙度相同而管徑不同X不同溫度下測(cè)定的數(shù)據(jù)是否能

關(guān)連在一條曲線上？為什么？

答：不能。因?yàn)槿伺c有關(guān)，粗糙度或管徑任何一個(gè)發(fā)生改變都會(huì)影響人的值。而Re

與流體的密度、粘度等有關(guān)，溫度改變會(huì)引起密度、粘度的改變，所以會(huì)影響Re的

值。因此，在不同設(shè)備上（包括相對(duì)粗糙度相同而管徑不同\不同溫度下測(cè)定的數(shù)

據(jù)不能關(guān)連在一條曲線上。

中南大學(xué)

實(shí)驗(yàn)二、柏努利實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.研究流體各種形式能量之間關(guān)系及轉(zhuǎn)換，加深對(duì)能量轉(zhuǎn)化概念的理解；

2.深入了解柏努利方程的意義。

二、實(shí)驗(yàn)原理

1.不可壓縮的實(shí)驗(yàn)液體在導(dǎo)管中作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，其機(jī)械能守恒方程式為：

22

Z|g+}+"+W,=Z2g+?+&+Z力/(1)

2p2p

式中：uku2一分別為液體管道上游的某截面和下游某截面處的流速，m/s;

P1、P2一分別為流體在管道上游截面和下游截面處的壓強(qiáng)，Pa;

zl、z2一分別為流體在管道上游截面和下游截面中心至基準(zhǔn)水平的垂直距

離，m;

p一流體密度,Kg/m;We—液體兩截面之間獲得的能量，J/Kg;

g一重力加速度，m/s2;Zhf一流體兩截面之間消耗的能量，J/Kg。

2.理想流體在管內(nèi)穩(wěn)定流動(dòng)，若無(wú)外加能量和損失，則可得到：

P\14P2,門、

Zig+丁+—=Z2g+f+=(2)

2P2p

表示1kg理想流體在各截面上所具有的總機(jī)械能相等，但各截面上每一種形式的

機(jī)械能并不一定相等，但各種形式的機(jī)械能之和為常數(shù)，能量可以相互轉(zhuǎn)換。

3.流體靜止，此時(shí)得到靜力學(xué)方程式：

PiP2

Z|g+-L=Z2g+」(3)

PP

所以流體靜止?fàn)顟B(tài)僅為流動(dòng)狀態(tài)一種特殊形式。

三、實(shí)驗(yàn)裝置及流程

試驗(yàn)前，先關(guān)閉試驗(yàn)導(dǎo)管出口調(diào)節(jié)閥，并將水灌滿流水糟，然后開啟調(diào)節(jié)閥，水

由進(jìn)水管送入流水槽，流經(jīng)水平安裝的試驗(yàn)導(dǎo)管后，試驗(yàn)導(dǎo)管排出水和溢流出來(lái)的水

直接排入下水道。流體流量由試驗(yàn)導(dǎo)管出口閥控制。進(jìn)水管調(diào)節(jié)閥控制溢流水槽內(nèi)的

溢流量，以保持槽內(nèi)液面穩(wěn)定，保證流動(dòng)系統(tǒng)在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中維持穩(wěn)定流動(dòng)。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1.靜止流體內(nèi)部任一點(diǎn)壓強(qiáng)的計(jì)算

定量測(cè)定流體內(nèi)部任一點(diǎn)的靜壓強(qiáng)，操作方法同演示部分1o關(guān)閉出口閥門，根

據(jù)式（3）,只要測(cè)得Z1、Z2高度,可求得PCo

2.流量一定，確定流體各截面靜壓能.

接演示部分，試驗(yàn)導(dǎo)管內(nèi)流量達(dá)到穩(wěn)定后，取一量筒和秒表，在導(dǎo)管出口，用體

積法測(cè)流量，并對(duì)壓差計(jì)讀數(shù)進(jìn)行校核看是否與式（2）計(jì)算結(jié)果相等。

3.計(jì)算A、C截面的靜壓能，并與靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)靜壓能數(shù)值進(jìn)行比較。

五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理

實(shí)驗(yàn)設(shè)備基本參數(shù)dl=30mm,d2=18mm

(1)數(shù)據(jù)記錄

h2,h3,

序號(hào)hi,Pah4,Pahs,Pahe,Pah?,Pahs,PaV,mlt,s

PaPa

28.8

1346034803450346034503460344034701000

0

19.0

2344034703410341034053510336034101000

9

17.6

3329033303280328032803290320032501000

1

(2)數(shù)據(jù)處理

V/t

u=

7u

組1?由式點(diǎn)d計(jì)算得\-0.04910/77/5u2=0.1364m/5

選取截面CD為基準(zhǔn)面

k憂;八_70.0491023.450/10.33?

當(dāng)一Z?g++'-Zg++x101325-33.08/14+vZ^(J/Kg)

2p2210002

「P.0.136423.440/10.33°,°”“”，，，，，、

E=上+」=-------+-----------x101325=33.75(//Kg)

72p21000

V/t

H—2

M

組2?由式計(jì)算得i=0.07412m/5u2=0.2059m/5

u2p”竺+3440"033

4-^28+-^-+—=Z2g+xl01325=33.76+Z2g(//Kg)

2P21000

lrU；0.0741223.410/10.33

ER=Z2g+—+一=Z2g+----------+--------------x101325=33.45+Z2g(J/^)

2P21000

2

P5_0.074123.405/10.33

---1---=-----------1-X--1-0-1-3-2-5--=--3-3.40(//Kg)

2P21000

上+以蟹33.360/10.33

Eix101325=32.98(//Kg)

2p21000

V/t

u=----

組3?由式作"?計(jì)算得u}=0.08035m/5u2=02232mls

選取截面CD為基準(zhǔn)面

r—UjP,~空生+3290/233

Ei-Z2g+—+—=Z2g+x101325=32.30+ZzgG//Kg)

2P21000

M2尸

lr13竺酒+3280/1033

E3=Z2g+—+^=Z2g+xl01325=32.18+Z2g(J/Kg)

2P21000

2

P50.0803513.280/10.33

E5=-i-+x101325=32.18(〃Kg)

2P21000

it：P.0.223223.320/10.33

E[—+—=--------+------------xlO1325=31.41(//Kg)

2p21000

由上述結(jié)果得用標(biāo)%，￡5-￡7

六、結(jié)果與討論

1.管內(nèi)的空氣泡會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，請(qǐng)問怎樣排除？

答：調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管出口閥，使導(dǎo)管內(nèi)水的流速足夠大。

2.試解釋所觀察到的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象。

答：a、導(dǎo)管內(nèi)水的流速增加時(shí)，各液柱高度減小，這是因?yàn)榱魉僭黾?，水的?dòng)

能增加，增加的動(dòng)能有靜壓能轉(zhuǎn)換而來(lái)，所以液柱的高度會(huì)減小。

b、在保持溢流狀態(tài)時(shí)，流速一定，則液柱高度穩(wěn)定，而水槽未保留溢流狀

態(tài)，則液柱高度會(huì)逐漸下降，這是由于水槽液位下降，使導(dǎo)管內(nèi)液體流速發(fā)生改變，

所以液柱高度會(huì)發(fā)生變化。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否與理論結(jié)果相符合？解釋其原因。

答：實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論不相符合，因?yàn)橐后w不是理想狀態(tài)，在管內(nèi)流動(dòng)是要克服

阻力做功，使液體的機(jī)械能逐漸減小。

4.比較并列2根測(cè)壓管（hi與h2、h3與h4、h5與h6、h7與h8）液柱高低，解

釋其原因。

答：V,V,V,〈在測(cè)壓管，，，的測(cè)壓孔正對(duì)水流方向，液位高度表示靜壓頭

和動(dòng)壓頭之和，而測(cè)壓管，，，的液位高度表示靜壓頭，V,V,<,

中南大學(xué)

實(shí)驗(yàn)四、對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1通過(guò)對(duì)空氣一水蒸氣光滑套管換熱器的實(shí)驗(yàn)研究，掌握對(duì)流傳熱系數(shù)a1的測(cè)

定方法，加深對(duì)其概念和影響因素的理解。并應(yīng)用線性回歸分析方法，確定關(guān)聯(lián)式

Nu=ARemPr0.4中常數(shù)A、m的值。

2.通過(guò)對(duì)管程內(nèi)部插有螺紋管的空氣一水蒸氣強(qiáng)化套管換熱器的實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)定

其準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式Nu=BRem中常數(shù)B、m的值和強(qiáng)化比Nu/NuO,了解強(qiáng)化傳熱的基本

理論和基本方式。

二、實(shí)驗(yàn)原理

1.準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)

影響對(duì)流傳熱的因素很多，根據(jù)因次分析得到的對(duì)流傳熱的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)為：

Nu=CRemPrnGrl

(1)

式中C、m、n、I為待定參數(shù)。

參加傳熱的流體、流態(tài)及溫度等不同，待定參數(shù)不同。目前，只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確

定特定范圍的參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)是測(cè)定空氣在圓管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)。因此,

可以忽略自然對(duì)流對(duì)傳熱膜系數(shù)的影響，則Gr為常數(shù)。在溫度變化不太大的情況下,

Pr可視為常數(shù)。所以，準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式(1)可寫成

Nu=CRem(2)

其中:Re=%=S

〃為〃

4

ry/7

Nu^—,50℃時(shí)，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)/l=0.02826W/(m.K)

A

e山，Re"'

因此：a=cA------

d

待定參數(shù)C和m可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定蒸汽、空氣的有關(guān)數(shù)據(jù)后，對(duì)式(2)取對(duì)數(shù)，回

歸求得直線斜率和截距。

2.傳熱量計(jì)算

努塞爾數(shù)Nu或6無(wú)法直接用實(shí)驗(yàn)測(cè)定，只能測(cè)定相關(guān)的參數(shù)并通過(guò)計(jì)算求得。當(dāng)

通過(guò)套管環(huán)隙的飽和蒸汽與冷凝壁面接觸后，蒸汽將放出冷凝潛熱，冷凝成水，熱量

通過(guò)間壁傳遞給套管內(nèi)的空氣，使空氣的溫度升高，空氣從管的末端排出管外，傳遞

的熱量由(3)式計(jì)算。

Q=VVeCpc(t2-ti)=VpiCpc(t2-ti)(3)

根據(jù)熱傳遞速率

Q=KSAtm

(4)

所以KSAtm=VpiCPc(t2-ti)(5)

式中：Q——換熱器的熱負(fù)荷(即傳熱速率),kJ/s;

We-------冷流體的質(zhì)量流量，kg/s;

V——冷流體(空氣)的體積流量，m3/s;

pi-冷流體(空氣)的密度，kg/m3;

K——換熱器總傳熱系數(shù)，W/(m2℃);

Cpc一一冷流體(空氣)的平均比定壓熱容，kJ/(kg-K);

S---傳熱面積，m2;

△tm——蒸汽與空氣的對(duì)數(shù)平均溫度差，℃o

空氣的流量及兩種流體的溫度等可以通過(guò)各種測(cè)量?jī)x表測(cè)得。綜合上面各式即可

算出傳熱總系數(shù)K。

3.傳熱膜系數(shù)的計(jì)算

當(dāng)傳熱面為平壁或者當(dāng)管壁很薄時(shí)，總的傳熱阻力和傳熱分阻力的關(guān)系可表示

為：

11b1心

/=一+彳+—(6)

式中：ai——空氣在圓管中強(qiáng)制對(duì)流的傳熱膜系數(shù)，W/(m2℃);

a2一蒸汽冷凝時(shí)的傳熱膜系數(shù)，W/(m2℃\

當(dāng)管壁熱阻可以忽略(內(nèi)管為黃銅管而且壁厚b較薄，黃銅導(dǎo)熱系數(shù)人比較大)時(shí)，

1111

~~—+—~—(7)

K%a2,

蒸汽冷凝傳熱膜系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣傳熱膜系數(shù)，則K=ch。因此，只要在實(shí)驗(yàn)中測(cè)

得冷、熱流體的溫度及空氣的體積流量，即可通過(guò)熱衡算求出套管換熱器的總傳熱系

數(shù)K值，由此求得空氣傳熱膜系數(shù)6。

4.努塞爾數(shù)和雷諾數(shù)的計(jì)算

=3=(8)

"9d2〃5c

44

adKdV/7.C(r,-t^d

Nu=——=---=-----i--------(9)

A2

式中：A——空氣導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m℃);

|j一空氣的粘度，Pas;

d——套管換熱器的內(nèi)管平均直徑，m;

pi-----進(jìn)口溫度ti時(shí)的空氣密度，kg/m3。

由于熱阻主要集中在空氣一側(cè)，本實(shí)驗(yàn)的傳熱面積S取管子的內(nèi)表面較為合理，即

S=Trdl

本裝置d=0.0178m,1=1.327mo

5.空氣流量和密度的計(jì)算

P273

8=1.29一上二