1、序號：03化工原理實驗報告實驗名稱：傳熱系數(shù)的測定學院：化學工程學院專業(yè)：化學工程與工藝班級：化工093班姓名：朱秀玲學號003同組者姓名：王科媛、阮小琳、朱佳佳指導教師：張亞靜日期：2011年10月18日一、實驗目的.觀察水蒸氣在換熱管外壁上的冷凝現(xiàn)象，并判斷冷凝類型；.測定空氣在園直管內(nèi)強制對流給熱系數(shù)a；.應用線性回歸分析方法，確定關聯(lián)式Nu=ARemPr0.4中常數(shù)A、m的值；.掌握熱電阻測溫的方法。二、實驗原理在套管換熱管器中，環(huán)隙通以水蒸氣，內(nèi)管管內(nèi)通以空氣，水蒸氣冷凝放熱以加熱空氣，在傳熱過程達到穩(wěn)定后，有如下關系式：VpCp(t2-t1)=0dAi(tw-t)m(1)式中：V被

2、加熱流體體積流量，m3/sp被加熱流體密度，kg/m3Cp被加熱流體平均比熱，J/(kgC)ai流體對內(nèi)管內(nèi)壁的對流給熱系數(shù)，W/(m2-C)t1、t2-被加熱流體流進、出口的溫度，C；Ai內(nèi)管的外壁、內(nèi)壁的傳熱面積，m2(T-Tw)m水蒸氣與外壁間的對數(shù)平均溫度差，C。(T-Tw)m=(Ti-Twi)-(T2-Tw2)/ln(T1-Tw1)/(T2-Tw2)(2)(tw-t)m內(nèi)壁與流體間的對數(shù)平均溫度差，(tw-t)m=(tw1-t1)-(tw2-t2)/ln(tw1-t1)/(tw2-t2)(3)式中：T1、T2蒸汽進、出口溫度，；Tw1、Tw2、tw1、tw2外壁和內(nèi)壁上進出口溫度，；

3、當內(nèi)管材料的導熱性能很好，即入值很大時，且管壁厚度很薄時，可認為Tw1=tw1，Tw2=tw2，即為所測該點的壁溫。由(3)式可得：ai=Vp(t2-ti)/Ai(tw-t)m(4)若能測得被加熱流體的V、t1、t2，內(nèi)管的換熱面積Ai，水蒸汽溫度T，壁溫Tw1、Tw2,就可以通過上式計算出對流給熱系數(shù)aio流體在只管內(nèi)強制對流時的給熱系數(shù)，可以按下列半經(jīng)驗公式求得：ai=0.023人式中：慎流體在直管內(nèi)強制對流時的給熱系數(shù)，W/(m2.C)；入流體的導熱系數(shù)，W/(m2.C)；di內(nèi)管直徑，m；Re流體在管內(nèi)的雷諾數(shù)，無因次；Pr流體的普朗克常數(shù)，無因次；上式中，定性溫度均為流體的平均溫度，

4、即tf=(t1+t2)/2。對流傳熱系數(shù)準數(shù)關聯(lián)式的實驗確定流體在管內(nèi)做強制湍流，被加熱狀態(tài)，準數(shù)關聯(lián)式的形式為：mnNui=AReiPri其中：Nui=aidi/九，Rei=Uidip/ji,Pri=Cpi/l物性數(shù)據(jù)MCpi、a、N可以根據(jù)定性溫度查的，經(jīng)過計算可知，對于內(nèi)管被加熱的空氣，普蘭特準數(shù)變化不大，可以認定是常數(shù)Pri=0.4，這樣通過實驗測定不同流量下的Rei與Nui，將上式轉(zhuǎn)化為：ln(Nui/Pr0.4)=mlnRe+lnA，然后用線性回歸方法確定A和m的值。三、實驗裝置流程示意圖.實驗裝置圖空氣-水蒸氣傳熱綜合實驗裝置流程圖1-水泵或漩渦氣泵2-蒸汽發(fā)生器3、4-旁路閥5

5、-電動調(diào)節(jié)閥6-蒸汽總閥7-蒸汽調(diào)節(jié)閥8、9-冷凝水排放閥10-水或空氣流量調(diào)節(jié)閥11-惰性氣體排放閥.設備與儀表規(guī)格(1)紫銅規(guī)格：直徑(|)20 x1.5mm,長度L=1000mm(2)外套玻璃管規(guī)格：直徑(|)100X5mm,長度L=1000mm3）壓力表規(guī)格：00.1Mpa四、實驗步驟蒸汽發(fā)生器加水，加熱，把蒸汽加熱到0.01MPa。打開總電源空氣開關，打開儀表及巡檢儀電源開關，給儀表上電。打開儀表臺上的風機電源開關，讓風機工作，同時打開冷流體入口閥門。打開冷凝水出口閥，注意只開一定的開度，開的太大會讓換熱桶里的蒸汽跑掉，關的太小會使換熱玻璃管里的蒸汽壓力集聚而產(chǎn)生玻璃管炸裂。在做實驗

6、之前，應打開冷凝水排水閥將蒸汽發(fā)生器到實驗裝置之間管道中的冷凝水排除，否則夾帶冷凝水的蒸汽會損壞壓力表變送器。集體排出冷凝水的方法是：關閉蒸汽進口閥門，打開裝置下面的排水冷凝水閥門，讓蒸汽壓力把管道中的冷凝水帶走，當聽到蒸汽響時關閉冷凝水排除閥，可進行實驗。剛開始通入蒸氣時，要仔細調(diào)節(jié)蒸汽進口閥門的閥門大小開度，讓蒸汽徐徐流入換熱器中，逐漸加熱，由“冷態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁釕B(tài)”，不得小于10min，以防止玻璃管因突然受熱、受壓而爆裂。當一切準備好后，調(diào)節(jié)蒸汽進口閥門的開度，把蒸汽壓力調(diào)到0.01MPa,并保持蒸汽壓力不變。3調(diào)節(jié)空氣流量，分別為13，16，19，22，25，28m3/h。等穩(wěn)定之后，記

7、錄時間、溫度、空氣流量（共六組）。實驗結束，關閉蒸汽進口閥門，關閉儀表電源，然后關閉風機電源，最后關閉蒸汽發(fā)生器。五、注意事項先打開拍冷凝水的閥門，注意只要開一定的開度，開得太大會讓換熱桶里的蒸汽跑掉，關的太小會使換熱玻璃管里的蒸汽壓力集聚而產(chǎn)生玻璃管炸裂。一定要在套管換熱器內(nèi)輸以一定量的冷流體后，方可開啟蒸汽閥門，且必須在排除蒸汽管線上原先積存的冷凝水后，方可把蒸汽通入套管換熱器中。剛開始通入蒸汽時，要仔細調(diào)節(jié)蒸汽的開度，讓蒸汽徐徐流入換熱器中，逐漸加熱，由“冷態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁釕B(tài)”，不得少于10min,以防止玻璃管因突然受熱、受壓而爆裂。操作過程中，蒸汽壓力一般控制在0.02MPa（表壓）以下

8、，否則可能造成玻璃管爆裂和填料損壞。確定各參數(shù)時，必須在穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下，隨時注意惰性氣體的排空和壓力表讀數(shù)的調(diào)整。六、實驗數(shù)據(jù)處理與分析.實驗時記錄的數(shù)據(jù)表61原始數(shù)據(jù)表空氣流量(m3.h-1)冷空氣進口溫度t1(C)冷空氣出口溫度t2()蒸汽進口溫度T1(C)蒸汽出口溫度T2(C)1226.867.9100.699.81428.071.4101.1100.51629.371.6101.3100.51830.971.8101.5100.62032.371.8101.5100.62233.872.1101.5100.62435.171.9100.899.92636.372.5101.5100.5

9、.冷流體的物性等基本數(shù)據(jù)計算以第一組數(shù)據(jù)為例：定性溫度tf=(ti+t2)Z2=47.35C查化工原理上冊可得：40c時，尸1.128kg/m3,Cp=1.005X103j/(kg.C)50c時，尸1.093kg/m3,Cp=1.005X103j/(kg.C)由內(nèi)插法可得：47.35C時，p4.102kg/m3?Cp=1.005103J/(kg.C)同理可求：？=2.807X10-2w/(m.c),1.947X105Pa.s空氣流速計算u=V/兀產(chǎn)=12+3600+(3.14X0.00852)=14.69m/s表62冷流體的物性參數(shù)表空氣流量(m3.h-1)平均溫度tf=(t1+t2)/2(C

10、)密度p(kg.m-3)比熱容CpkJ.kg1.C導熱系數(shù)入W/(m.C)粘度105(Pa.s)空氣流速u(m/s)1247.351.1021.0050.028071.94714.691449.701.0941.0050.028241.95917.141650.451.0921.0050.028291.96219.591851.351.0891.0050.028351.96722.042052.051.0841.0050.028401.97024.492252.951.0831.0050.028471.97526.942453.501.0811.0050.028511.97729.392654

11、.401.0781.0050.028571.98231.83表格數(shù)據(jù)顯示，冷流體給熱系數(shù)，隨著溫度的升高而增加。.根據(jù)以上數(shù)據(jù)確定關聯(lián)式Nu=ARemPr0.4中常數(shù)a、m的值以第一組數(shù)據(jù)為例：(tw-t)m=(T1-t2)-(T2-t1)/ln(T1-t2)/(T2-t1)=50.18CAi=2jtrl=2X3.140085/2住0.05338m2ai=Vp(t2-ti)/Ai(tw-t)m=56.64W/(m2.C)3_Nui=odMi/汕56.6417M0/0.02807=34.30Rei=pdiUi/i=1.10217X03X14.69/(1.94710-5)=14134.695Pri

12、=CpiXi/仁1005M.947105/0.02807=0.6971表63最終數(shù)據(jù)表空氣流量(m3.h-1)(tw-t)m(C)傳熱系數(shù)oi(W/(m2.C)NuiReiPn1250.1856.6434.3014134.690.69711447.9672.4843.6316272.060.69721647.4681.4448.9418535.610.69701846.8989.4253.6220743.600.69732046.3596.6357.8422908.720.69712245.57104.7362.5425113.540.69722444.46112.3166.9727319.1

13、70.69702644.29119.8171.2929430.710.6972以ln(Nui/Pr0.4)為縱坐標，以lnRe為橫坐標作如下曲線畫圖得：由圖可得：m=0.9352LnA=-5.19126,可得m=0.9352,A=0.0056七、實驗結果分析與討論結合圖可見，實驗存在的誤差相對較大，圖的線性不是很好。產(chǎn)生這些誤差的原因可能是：.實驗儀器自身存在誤差。.計算過程中，對數(shù)據(jù)小數(shù)點有一些取舍。.實驗組數(shù)有點少，數(shù)據(jù)有點偏差。.實驗時，雖然每組數(shù)據(jù)間隔時間已經(jīng)保持在5-6分鐘，但讀取的數(shù)據(jù)仍有可能不太穩(wěn)定，而且實驗時間控制的可能不是很好。.在記錄數(shù)據(jù)過程中，由于數(shù)據(jù)表跳得太快在記錄數(shù)據(jù)

14、時有些人眼觀察上的誤差。八、思考題解答.實驗中冷流體和蒸汽流向?qū)鳠嵝Ч泻斡绊?？答：逆流時溫差大，換熱效果好，傳熱效率高。.蒸汽冷凝過程中，若存在不冷凝氣體，對傳熱有何影響？應采取什么措施？答：會由于空氣中含有水分造成冰堵。冰堵不單使制冷效率下降。而且會導致系統(tǒng)停機。壓力不斷降低，還會損壞壓縮機?？諝饣烊雺嚎s腔，由于空氣中含有不冷凝氣體，如氮氣。這些不冷凝氣體會減少制冷劑的循環(huán)量，使制冷量降低。并且不冷凝氣體會滯留在冷凝器的上部管路內(nèi)，致使實際冷凝面積減小，冷凝負荷增大，冷凝壓力升高，從而制冷量會降低。而且由于冷凝壓力的升高致使排氣壓力升高，還會減少壓縮機的使用壽命。打開一定量的排惰性氣體閥

15、門，使不冷凝氣體排出。實驗過程中，冷凝水不及時排走，會產(chǎn)生什么影響？如何及時排走冷凝水？答：冷凝水不及時排走，附著在管外壁上，增加了熱阻，降低傳熱速率。在外管最低處設置排水口，及時排走冷凝水。實驗中，所測定的壁溫是靠近蒸汽側(cè)還是冷流體測溫度？為什么？答：靠近蒸氣溫度；因為蒸氣冷凝傳熱膜系數(shù)遠大于空氣膜系數(shù)。如果采用不同壓強的蒸汽進行實驗，對a關聯(lián)式有何影響？答：壓強增大對a關聯(lián)式基本沒有影響。僅供個人用于學習、研究；不得用于商業(yè)用途Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.Nurfurdenpers?nlichenfurStu