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1、四川大学化工原理实验报告学院：化学工程学院 专业：化学工程与工艺 班号:153080302姓名：胡垒学号：2015141494038实验日期：2017年 乞月日指导老师：吴潘一.实验名称冷空气一蒸汽的对流传热实验二.实验目的(1测定冷空气一蒸汽在套管换热器的总传热系数 Ko(2) 测定冷空气在光滑套管内的给热系数。(3) 测定冷空气在螺旋套管内的给热系数。Nu与Re之间(4) 比较冷空气在螺旋套管内和光滑套管内的传热性能，绘制 的关系曲线。(5) 熟悉温度、流量等桓公测试仪表的使用。实验原理1. 准数关联影响对流传热的因素很多，根据因次分析得到的对流传热的准数关联 为：Nu=CRePrnGr(
2、1)式中C m n、I为待定参数。参加传热的流体、流态及温度等不同，待定参数不同。目前，只能通过实验 来确定特定范围的参数。本实验是测定空气在圆管内作强制对流时的对流传热系数。因此，可以忽略自然对流对传热膜系数的影响，则Gr为常数。在温度变化不太大的情况下，Pr可视为常数。所以，准数关联式(1)可写成Nu = CRe(2)待定参数C和m可通过实验测定蒸汽、空气的有关数据后，对式(2)取其中：Redud40.02826W/(m.K)plNu, 50C时，空气的导热系数因此：mRe c d对数，回归求得直线斜率和截距2 .传热量计算努塞尔数Nu或a 1无法直接用实验测定，只能测定相关的参数并通过计
3、 算求得。当通过套管环隙的饱和蒸汽与冷凝壁面接触后，蒸汽将放出冷凝潜 热，冷凝成水，热量通过间壁传递给套管内的空气，使空气的温度升高，空 气从管的末端排出管外，传递的热量由(3)式计算。Q Wbpc (12 11) = V p 1 Cpc (12 11) (3)根据热传递速率Q KSA t m(4)所以 KSA t n=Vp 1Cpc (t 2 11)(5)式中：Q换热器的热负荷(即传热速率)，kJ/s;We 冷流体的质量流量，kg / s;V 冷流体（空气）的体积流量，m/s ;P 1 一冷流体（空气）的密度，kg/m；k 换热器总传热系数，w/（ m；Cpc 一冷流体（空气）的平均比定压热
4、容，kJ/（kg K）； s 传热面积，m； tm蒸汽与空气的对数平均温度差，C。空气的流量及两种流体的温度等可以通过各种测量仪表测得。综合上面 各式即可算出传热总系数K。3 传热膜系数的计算当传热面为平壁或者当管壁很薄时，总的传热阻力和传热分阻力的关系 可表示为：式中：a l 空气在圆管中强制对流的传热膜系数， W/（ mC）; a 2蒸汽冷凝时的传热膜系数，W/（ mC）。当管壁热阻可以忽略（内管为黄铜管而且壁厚 b较薄，黄铜导热系数入比较 大）时，1111(7)蒸汽冷凝传热膜系数远远大于空气传热膜系数，则K-a 1。因此，只要在实验中测得冷、热流体的温度及空气的体积流量，即可通过热衡算求
5、出套 管换热器的总传热系数K值，由此求得空气传热膜系数a 1。4 努塞尔数和雷诺数的计算(8)Re du 1 dV ,V ,_d2_d44NuKdV心工2 tjdS tm(9)式中：入一一空气导热系数，W/（ m-C）；卩一空气的粘度，Pa - s；d套管换热器的内管平均直径，m；P 1进口温度t1时的空气密度，kg/m。由于热阻主要集中在空气一侧，本实验的传热面积S取管子的内表面较为合理，即S=n dl本装置 d=0. 0178 m, 1=1 . 327m5 .空气流量和密度的计算空气密度p 1可按理想气体计算:1.29Pp273101330 273 t(10)式中：pa当地大气压，Pa ;
6、t孔板流量计前空气温度，C,可取 t=t 1；空气的流量由1 /4喷嘴流量计测量，合并常数后，空气的体积流量可V1Co由（11）式计算(11)式中：C0合并整理的流量系数，其值为 C0=0 001233; R 喷嘴流量计的压差计示值，mmH。v 1空气的体积流量，m/s。四.实验装置图及主要设备（包括名称、型号、规格）1）实验装置示意图。冷空气通过风机进入套管换热器管程，蒸汽发生器内通过电加热使水汽化产 生蒸汽，蒸汽进入换热器内的壳程加热管程内的冷空气、蒸汽和冷空气通过 套管换热器内管壁进行热量交换。对流传热装置示意图如图所示。（2）仪器及仪表。对流传热买验赞世示意團I 涡轮流杲计：3, 7,
7、 10球阀；务5. S, fJ. 11. 12, I氣 吗i乩2-潇度传感器* 占-冷凝水收集林出-蒸汽发主躺6闸阀：H消音器；曲一凤机；宀宁换热器 设备：风机、蒸汽发生器、普通套管换热器、螺旋套管换热器、消音器。仪表：气体涡旋流量计、压差变送器、温度变送器、温度控制器、无纸记录 仪、液位计。五实验操作步骤1实验前的准备(1) 向电加热釜加水至液位计上端红线处。(2) 检查空气流量旁路调节阀是否全开。(3) 检查普通管支路各控制阀是否已打开，保证蒸汽和空气管路的畅 通。(4) 接通电源总闸，设定加热电压，启动电热锅炉开关，开始加热。2 实验开始(1) 当蒸汽压力稳定后，启动旋涡气泵并运行一段时
8、间，保证实验开始时空 气入口温度ti (r)稳定。(2) 调节空气流量旁路阀的开度或主阀开度，使孔板流量计的压差计读 数为所需的空气流量值。(3) 稳定5-8分钟左右读取压差计读数，读取空气入口、出口的温度 值b、t2 (温度测量可采用热电偶或温度计)、空气压力值Pi、空气入、出口 之间压力差P2、蒸汽温度值t3及压力值P3,孔板流量计读数P4o(4) 调节空气流量，重复(3)与(4)共测610组数据(注意：在空 气入、出口之间压力差P2最大值与最小值之间可分为6-10段)。(5) 实验过程，要尽可能保证蒸汽温度或压力稳定，在蒸汽锅炉加热过 程(蒸汽温度或压力变化较大)不要记录数据。3 实验结
9、束(1) 关闭加热器开关。(2) 过5分钟后关闭鼓风机，并将旁路阀全开。(3) 切断总电源。六.实验注意事项1、检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常范围内。特别是每个实验结束后，进 行下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。2、必须保证蒸汽上升管线的畅通。在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭控制阀必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大 突然喷出。3、必须保证空气管线的畅通。即在接通风机电源之前，三个空气支路控制阀 之一和旁路调节阀必须全开。在转换支路时，应先关闭风机电源，然后开启和 关闭控制阀。4、调节流量后，应至少稳定510分钟后读取实验数据。5、套管换热器中积累
10、的热水要及时放掉，以免影响蒸汽传热。七.实验原始数据记录列表普通套管换热器壳程：？?50mm管程：？25*2.5 L=1.3m序号冷空气流量qv（ m/h）冷空气进口温度tC）冷空气出口温度t2（ C ）蒸汽温度（C）151.836.174.797248.836.575.397.2345.736.475.597.3442.835.975.897.7539.83575.998.1636.734.175.998.2733.733.175.998.3830.832.375.998.6927.731.475.998.61024.830.675.998.61121.729.87698.61219.529
11、.476.298.6螺旋套管换热器壳程：？?50mm管程：?25*2.5 L=1.3m 螺纹深度1mm螺纹中心距3mm序号冷空气流量qv（ m/h）冷空气进口温度t1（ C）冷空气出口温度t2（ C ）蒸汽温度（C）15533.467.799.3252.135.569.199.13493669.999.344635.970.499.554335.570.799.6639.934.870.899.773734.17199.783433.27199.993132.571.299.71028.131.971.499.5112531.271.799.5122230.772.299.51320.330.
12、472.399.6八实验数据处理(以一组实验数据为例进行计算)以6#普通套管换热器流量为51.8m3/h时数据为例，进行数据处理 定性温度？=竽=(36.1+74.7)/2=55.4 C传热面积A = ?dL=3.1415*0.025*1.3=0.102 m2平均温差？?？ = ?晋=(36.1-74.4 ) /In (36.1/74.4 )=52.9618 C传热速率 Q= ?- ? =(51.8/3600)*1.093*1.017*(74.7-36.1)=581.7987W? 传热系数K = A?A?t ?=581.7987/ (0.102*52.9618 )2=107.6985W/(m?
13、 C)? ? ?= 一1?=107.6985*0.02/0.02826=76.2198?a=(0.02*51.8/(3600*?*0.01 2)*1.093)/0.0000196=51083.9277九实验结果与分析（含计算结果列表和作图） 普通套管换热器数据处理表序冷空定性传热面平均温传热速传热系NuRe号气流温度积 A差？ tm率Q( W数K量tm(m)(C)(W/(mqv(C2? C)(01/)h)0.102038.4214617.384157.38451083.9111.383151.855.49875747643832333276603840.102038.0594584.64215
14、0.45548125.3106.479248.855.99875744720241124990320255.90.102038.0600551.736141.98445068.2100.484345.75987576723171685278557755.80.102038.4609527.296134.28142208.395.0326442.859875183973719724177943955.40.102039.1526502.626125.73739249.888.9858539.859875755705100851314517636.7550.102039.5886473.67511
15、7.18936192.682.936898756865414753668938620.102040.0599445.361108.88833234.177.0618733.754.59875585210313366382609370.102040.6782414.64499.837230374.270.6562830.854.19875834414888442725550953.60.102041.0021380.60890.918227317.064.3441927.759875733542215581012951124.853.20.102041.2890346.88782.2873244
16、57.158.235905987565383774392470888121.752.90.102041.4999309.55673.058721400.051.70461987569197822309723759283119.552.80.102041.4915281.78566.517919230.447.0756298757224783535536097976骡旋套管换热器数据处理表序冷空定性传平均温传热速传热系NuRe号气流温度热差？ tm率Q (W数K量tm面(C)(W/(m2qv(C积A? C)(mV)(mh)50.50.1846.6678582.49967.178754239.64
17、7.5433155558526732134648915344990.1844.7155540.52465.059551379.746.0435252.152.358717178765933805266452.90.1844.2044512.90162.448548322.644.19573495587659999860233427255744653.10.1844.1246490.02159.770645364.142.3005558835395758426056455030.1844.1876467.35856.925042405.540.286654353.1584456056173477
18、0136480.1844.4990443.52053.643539348.437.9642639.952.858503581955853076999752.50.1844.6364421.56750.831336488.535.9740737558538709431087197534590.1845.1956396.83447.257033529.933.444483452.158672341773029113961251.80.1845.1170370.43444.190130571.431.27399315583357368304256255913128.151.60.1844.99683
19、42.72240.993327711.529.011505589202036486985149972912551.40.1845.0563312.63237.344924654.426.429515588326156326490524304312251.40.1844.8980281.90933.793721695.823.9163255814512925623876612157120.351.30.1845.0482262.63231.377920019.322.2066355833636253956677054944普通套管换热器13 .20000 2SM 30QO& 於HQ虫I 卷 価4
20、閃。54吒酪900Re螺旋套管换热器 阪3 135130.: 25;1B1W3OMON25000 jQCiXi 3垃汕軋14毗OKJDJfcL刃Re十.实验思考题1.与流体的物流性质有关，比如流速、密度、粘度、管径、导热系数等。(1).流体流动的状态：层流、湍流等。(2).流体流动的原因：自然对流、强制对流等。(3).流体的物理性质：密度、比热容、粘度、导热率等。(4).传热面的形状、位置和大小：如管、板、管束、管长、管径、管子排列方式、旋转位置及表面是否有翅片等。(5).相变化的影响：蒸汽冷凝与液体沸腾均有相变化发生，机理更为复杂表面传热系数比无相变化对大得多。2. 当对流传热处于湍流时，主要是给热系数hl影响K值，要提高K值，可定期清 洗传热装置，减少污垢对传热系数的影响。3. 它们是传热器的对数平均温度，逆流时? = (?-?)- (? - ?/ln?(?-沟/(?2 - ?并流时? = (?-?)- (?- ?/ln?(?- ?)/(?2 - ?4. 接近冷凝水这侧温度，因为冷凝水的给热系数远大于空气。