化工原理实验之对流传热实验

化工原理实验报告

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之传热实验

Ο一五 年 十一月

二一、实验目的

1.测定冷空气—热蒸汽在套管换热器中的总传热系数K； 2.测定空气或水在圆直管内强制对流给热系数；

3.测定冷空气在不同的流量时，Nu与Re之间的关系曲线，拟合准

数方程。 二、实验原理

（1）冷空气-热蒸汽系统的传热速率方程为

Q?KA?tm

?tm??t1??t2，?t1?T?t1，?t2?T?t2 ?t1ln()?t2Q?V?Cp(t1?t2)

式中，Q—单位时间内的传热量，W;

A—热蒸汽与冷空气之间的传热面积，m2，A??dl;

?tm—热蒸汽与冷空气之间的平均温差，℃或K K—总传热系数，W/(m2?℃)；

d—换热器内管的内直径，d=20mm l—换热器长度，l=1.3m；

V—冷空气流量，m3/s；

?、Cp—冷空气密度，kg/m3空气比热，J/kg;

t1、t2—冷空气进出换热器的温度，℃；

T—热蒸汽的温度，℃。

实验通过测量热蒸汽的流量V，热蒸汽进、出换热器的温度T1

和T2 （由于热蒸汽温度恒定，故可直接使用热蒸汽在中间段的温度作为T）,冷空气进出换热器的温度t1和t2，即可测定K。

（2）热蒸汽与冷空气的传热过程由热蒸汽对壁面的对流传热、间壁的固体热传导和壁面对冷空气的对流传热三种传热组成，其总热阻为：

11bd1d???1 Kh1?dmh2d2其中,h1、h2—热空气，冷空气的给热系数，W/(m?℃)；

d1、dm、d2—内管的内径、内外径的对数平均值、外径，m；

?—内管材质的导热系数，W/(m?℃)。

在大流量情况下，冷空气在夹套换热器壳程中处于强制湍流状态，h2较大，

d1d值较小；?较大，1值较小，可忽略，即 h2d2?dmK?h1

（3）流体在圆形直管中作强制对流时对管壁的给热系数关联式为

Nu?C'RemPrn。

式中：Nu—努塞尔准数，Nu?Re—雷诺准数，Re?h1d?12W/(m?℃)；，?1—空气的导热系数，

du??,u—热蒸汽在管内的流速，m/s； ；

Pr—普兰特准数，Pr?CP??1?—热蒸汽的黏度，Pa?s。

对冷空气而言，在温度范围较大的情况下，Pr基本不变，n为常数，则上式可简化为：Nu?CRem，式中C?C'Prn。

实验中改变冷空气的流量，热蒸汽和冷空气两流体间的平衡将发生变化，与之对应的两个准数Re、Nu也随之改变，进而可在双对数坐标下作出Re与Nu的关系是一直线。拟合出此直线方程，即为Re与Nu的准数方程。 三、实验流程与实验装置图

蒸汽发生器将水转化为蒸汽，并加热冷空气，空气和蒸汽通过套管换热器进行热量交换。实验装置以及流程示意图如下：

四、实验操作步骤

1、熟悉传热实验流程及仪表使用，检查设备，做好运转实验操作准备。

2、启动控制箱总电源，然后启动蒸汽釜开关电源，烧水产生蒸汽，同时对管道系统预热。

3、预热期间作出数据记录表，观察设备型号，熟悉实验流程及装置的操作方法，掌握待测参数的具体意义及在数据处理中的应用方法。

4、观察管道上的温度计，待到两根换热器上的六个温度计示数均上升至93℃以上时，准备开启风机。（等待温度升高的同时需要不时对换热器排放冷凝水使其温度较为快速的上升。排水的同时注意不要让水溅出滴在下方的涡轮流量计上。）

4、开启上球阀，关闭下球阀，将闸阀开到最大，启动风机电钮。此时记录最大流量，然后调节闸阀到最小，待流量稳定后读出最小流量，将最小流量与最大流量之间等分为五个流量间隔共计六个流量，从最小流量开始，待系统稳定3分钟到5分钟后，依次从控制箱显示器上读取空气流量、从相应温度计上读取蒸汽温度、空气进出口温度并记录数据，一直测到最大流量附近处，共计测量六次，完成测量换热器1的数据采集。

5、重复以上步骤，采集换热器2的实验数据。

6、实验数据采集完后，将所得数据交于指导老师处查看，经指导老师同意后，关机离开实验室。

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