化工原理实验之对流传热实验(2)

五、实验数据记录

设备号：传热实验装置CR-013；换热器类型：普通套管换热器

换热器尺寸：管径?25?2.5； 管长1.3m

序号 qv(m3/h) 蒸汽温度 T(℃) 冷空气进口温度冷空气出口温度t1(℃) t2(℃) 1 2 3 4 5 6 26.7 33.0 39.5 46.1 52.7 55.8 98.7 99.2 99.0 98.8 98.7 97.6 24.1 24.0 24.6 26.2 29.0 30.2 68.2 67.7 67.2 67.1 67.7 67.4 设备号：传热实验装置CR-013；换热器类型：螺旋套管换热器

换热器尺寸：管径?25?2.5； 管长1.3m；螺纹深度1mm；螺纹中心距3mm 序号 qv(m3/h) 蒸汽温度 T(℃) 冷空气进口温度冷空气出口温度t1(℃) t2(℃) 1 2 3 4 5 6

19.9 26.4 32.9 39.4 46.1 52.8 99.3 99.5 99.3 99.5 99.4 99.2 19.8 20.3 21.2 22.8 24.9 28.5 65.5 66.5 67.2 68.2 68.9 70.1 六、典型计算（以普通套管换热器的第一组实验数据为例） 原始数据qv=26.7m3/h，蒸汽温度T=98.7℃,冷空气进口温度t1=24.1℃，出口温度t268.2℃。

计算原理公式：Q?KA?tm?Q?V?Cp(t1?t2)。 （1）计算总传热系数K 空气进出口平均温度为

t1?t2

=46.15℃， 2

查表得到该温度附近处空气的密度为1.093kg/m3,定压热容

Cp?1.017kJ/(kg?K)。

26.7?1.093?1.017?103则Q空气?qv??空气?Cp?(t1?t2)=

3600=363.57w 计算换热面积：

A??dl???0.025?1.3?0.1021m2

计算?tm：

?tm??t1??t2(T?t1)?(T?t2)(98.7?24.1)?(98.7?68.2)???49.306℃ ?t1T?t1(98.7?24.1)ln()ln()ln?t2T?t2(98.7?68.2)则：K?Q363.57??72.221W/(m2?℃) A??tm0.1021?49.306（2）计算Re和Nu 空气进出口平均温度为

t1?t2=46.15℃，查表得到该温度附近处空气2的黏度??1.96?10?5Pa?s，导热系数??2.826?10?2W/(m?K)。 根据公式Re?du??计算

u?qvqv26.7?4???23.608m/s 21A??d2??0.02?36004du?则Re???0.02?23.608?1.093?26330.15

1.96?10?5由前文实验原理部分说明得：h1?K, 则Nu?h1d?1?72.221?0.02?51.112

2.826?10?2同理可求得其他组的数据，需要特别说明得是，螺旋管的传热面积计算与普通管不同，这里以螺旋管第一组数据为例计算：

A?1.82??dl?1.82???0.025?1.3?0.1858m2

关于螺旋管的其他计算均与普通管相同，参照上述计算方法可以得到螺旋管的相应数据结果。

整理得下表： 普通套管换热器

流量 传热速率 平均温差 总传热系数序号 qv(m3/h) Q(W) 1 2 3 4 5 6 给热系数 Re ?tm(℃) K(W/(m2?K)) h1(W/(m2?K)) 72.221 86.842 101.537 115.527 129.129 135.474 72.221 86.842 101.537 115.527 129.129 135.474 Nu26.7 1308.853 49.306 33.0 1603.011 50.220 39.5 1870.457 50.118 46.1 2095.875 49.357 52.7 2267.058 47.765 55.8 2307.375 46.338 26330.150 51.112 32542.883 61.459 38952.844 71.859 45461.421 81.760 51969.997 91.386 55027.056 95.877

螺旋套管换热器

流量 传热速率 平均温差 总传热系数序号 qv(m3/h) Q(W) 1 2 3 4 5 6 给热系数 Re ?tm(℃) K(W/(m2?K)) h1(W/(m2?K)) 29.073 39.479 49.967 58.679 68.411 77.883 29.073 39.479 49.967 58.679 68.411 77.883 Nu19.9 1039.173 53.432 26.4 1393.684 52.772 32.9 1729.308 51.736 39.4 1988.352 50.654 46.1 2254.731 49.268 52.8 2441.565 46.862 19624.344 20.575 26034.306 27.940 32444.268 35.362 38854.230 41.528 45461.421 48.416 52068.612 55.119

由实验所得数据做出两个管Re与Nu的关系曲线，如下图所示：

102Nu103104105Re 图一 普通套管换热器Re与Nu的关系曲线

102Nu103104105Re图二 螺旋套管换热器Re与Nu的关系曲线

七、实验结果分析与讨论

1、实验结果分析：在本次实验中，我们对普通套管换热器以及螺旋管换热器在蒸汽-冷空气流体系统下的传热性能及相关参数进行了实验测定。从最终所得实验数据中可以发现，两种换热器的共同点在于在相近流量条件下，两者的平均温差相近，最终的Re-Nu关系曲线都是一条直线。然而，普通管换热器的的温差，传热速率，都明显小于螺旋管换热器，同时传热系数也高于螺纹管，造成这一现象的主要原因是螺纹管换热器的传热面积平均为普通管的1.82倍，于是导致温差较大，从而传热速率较大，但是由于系统存在热量损失，所以在传热速率以及面积同时增长的情况下给热系数反而较普通管低。综上，

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