文档介绍：浙江大学
化学实验报告
课程名称:过程工程原理实验甲
实验名称:对流传热系数的测定
指导教师:
专业班级:
姓名:
学号:
同组学生:
实验日期:
实验地点:
目录
一、实验目的和要求 2
二、实验流程与装置 2
三、实验内容和原理 3
3
5
5
5
6
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7
7
四、操作方法与实验步骤 8
五、实验数据处理 9
: 9
9
六、实验结果 12
七、实验思考 13
实验目的和要求
1)掌握空气在传热管内对流传热系数的测定方法,了解影响传热系数的
因素和强化传热的途径;
2)把测得的数据整理成 Nu=ARen 形式的准数方程,并与教材中公认
经验式进行比较;
3)了解温度、加热功率、空气流量的自动控制原理和使用方法。
实验流程与装置
本实验流程图(横管)如下图1所示,实验装置由蒸汽发生器、孔板流量计、变频器、套管换热器(强化管和普通管)及温度传感器、只能显示仪表等构成。
空气-水蒸气换热流程:来自蒸汽发生器的水蒸气进入套管换热器,与被风机抽进的空气进行换热交换,不凝气或未冷凝蒸汽通过阀门(F3和F4)排出,冷凝水经排出阀(F5和F6)排入盛水杯。空气由风机提供,流量通过变频器改变风机转速达到自动控制,空气经孔板流量计进入套管换热器内管,热交换后从风机出口排出。
注意:普通管和强化管的选取:在实验装置上是通过阀门(F1和F2)进行切换,仪表柜上通过旋钮进行切换,电脑界面上通过鼠标选择,三者必学统一。
图1 横管对流传热系数测定实验装置流程图
图中符号说明如下表
:
符号
名称
单位
备注
V
空气流量
m3/h
紫铜管规格Φ19×
有效长度1020mm
F1,F2为管路切换阀门
F3,F4为不凝气排出阀
F5,F6为冷凝水排出阀
t1
空气进口温度
℃
t2
普通管空气出口温度
℃
t3
强化管空气出口温度
℃
T1
蒸汽发生器内的蒸汽温度
℃
T2
普通管空气出口端铜管外壁温度
℃
T3
普通管空气进口端铜管外壁温度
℃
T4
普通管外蒸汽温度
℃
T5
强化管空气出口端铜管外壁温度
℃
T6
强化管空气进口端铜管外壁温度
℃
T7
强化管外蒸汽温度
℃
三、实验内容和原理
在工业生产过程中,大量情况下,采用间壁式换热方式进行换热。所谓间壁式换热,就是冷、热流体之间有一固体壁面,两流体分别在固体壁面的两侧流动,两流体不直接接触,通过固体壁面(传热元件)进行热量交换。
本装置主要研究汽-气综合换热,包括普通管和加强管。其中,水蒸气和空气通过紫铜管间接换热,空气走紫铜管内,水蒸气走紫铜管外,采用逆流换热。所谓加强管,是在紫铜管内加了弹簧,增大了绝对粗糙度,进而增大了空气流动的湍流程度,是换热效果更明显。
如图2所示,间壁式传热过程由热流体对固体壁面的对流传热,固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热组成。
图2 间壁式传热过程示意图
间壁式传热元件,在传热过程达到稳态后,有:
Q=m1cp1T1-T2=m2cp2t2-t1
=α1A1(T-Tw)m=α2A2(tw-t)m
=KA∆tm………………………………………………(1)
热流体与固体壁面的对流平均温差可由(2)式计算:
(T-Tw)m=T1-Tw1-(T2-Tw2)lnT1-Tw1T2-Tw2…………………………(2)
固体壁面与冷流体的对数平均温差可由(3)式计算:
(t-tw)m=t1-tw1-(t2-tw2)lnt1-tw1t2-tw2……………………………(3)
热、冷流体的对数平均温差可由(4)式计算:
∆tm=T1-t2-(T2-t1)lnT1-t2T2-t1………………………………………(4)
式中:Q ----热流量,J/s;
m1, m2----分别为热、冷流体的质量流量,kg/s
cp1,cp2----分别为定性温度下热、冷流体的比热,J/(kg·℃)
T1,T2----分别为热流体的进出口温度,℃
t2,t1----分别为冷流体的进出口温度,℃
α1,α2----分别为热、冷流体与固体壁面的对流传热系数,W/(m2·℃)
A1,A2----分别为热、冷流体的传热面积,m2
(T-Tw)m,(t-tw)m--