传热过程强化实验,一、关于传热过程的强化,化工生产中所要解决的传热问题大致可分为两类 : 一类是传热计算 , 如换热器的设计与校核 ; 另一类是传热设备的改进和传热过程的强化二者往往有一定的联系所谓强化传热过程 , 就是提高冷、热流体传热速率的过程从传热基本方程 Q= KA△tm 出发 , 不难看出 , 增大传热系数 K 、传热面积A和传热平均温差 △tm , 都可以提高传热速率其中 , 设法增大总传热系数 K 是强化传热的主要途径与其他传递过程类似 , 传热速率 Q 与传热推动力△T 成正比 , 与传热阻力 R 成反比 , 即： （1）,因此 , 欲提高传热速率 , 关键在于减小传热过程的热阻热边界层越薄 , 温度梯 度越大 , 热阻就越小所以通过改善流动状况 , 使边界层变薄 , 或通过相应措施 , 对边界层造成更大扰动以至破坏 , 也是强化传热的主要途径之一K 的数值取决于流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型等 K值除了从有关于册及专业书籍中查取外 , 主要通过实验测定或公式计算获得 通过实验测定流经已知尺寸换热器的流体温度、流量 ， 即可用 Q=KA△tm 求出 K 值。
利用公式计算 ： （2） 式中 :di，d0---- 换热管的内径、外径 ,mm; b ----换热管壁厚 ,mm; dm----换热管平均直径 ,dm = (di +do)/2; λ----换热管导热系数 ,W/(m·K); αi, α0 ------ 管内、管外流体的对流传热系数 ,W/(m2·K) 当管壁较薄且热阻较小时 , 上式简化为： (3) 注意： 当一侧的对流传热系数远大于另一侧时 , 如αiαo, 则αi对 K 值影响很小 ,即K≈ αo此时欲提高 K 值 , 应从管外入手 , 着力减小管外流体热阻另外,实际的换热器运行一段时间后,污垢热阻有时会成为传热过程的主要热阻,此时若不首先解决污垢问题 ,则一切强化措施都不会起作用 过程强化带来的问题是流体流动阻力的增大和能耗、操作费用的增加 , 所以在设计或选用换热器时 , 不仅要考虑如何用最小的换热面积完成既定的任务 , 而且应力求减小阻力 , 在压降△P与传热系数 K 之间寻求最佳值 , 即设计优化二、实验装置与流程,本实验提供装置如图所示： 传热强化实验装置 1一接风机 ; 2 一转子流量计 ; 3 一换热管 ; 4 一气热交换器 ; 5 一支承板 ; 6- 空气电热器 ; 7 一调压器 Ф一热电偶埋放位置①-⑦,该装置主体设备为一气 -气热交换器 , 换热管为一紫铜管。
配套设备有罗茨鼓风机、空气电器、调压器、控温仪表等来自罗茨鼓风机的风分成两路 , →路经电热器加热后进入换热管内 , 另一路则经分布板作为冷流体与管内热空气进行错流换热 ,冷、热空气的流量分别通过转子流量计调节热空气的人口温度⑦事先设定后 , 通过智能温控仪可实现自动调节 , 其他各点温度均通过 DS 系列智能数字显示仪读取各设备规格尺寸如下 ： （1）气 -气换热器 传热管 :Φ18× 1 紫铜管 ,传热部分长 0.5m, 稳定段长 0.3m; 有机玻璃箱体 : 长 500mm, 宽 50mm, 底板分布板开孔率 1%, 孔径 1mm, 板上覆以钢丝网2) 测温及控温仪表铜 -康铜热电偶 , 由0.2～0.4mm 铜 -康铜丝焊成 ;DS 系列智能数字显示仪 ;DX 系列智能温控仪 , 型号 DX-9 (3) 空气电热器 : 加热功率 lkW (4) 辅助材料 : 自制内构件 , 如螺旋金属片、硅胶颗粒 (40～60 目 ) 等三、研究内容及课题,针对该气 -气换热装置 , 试分析强化传热应从何处着手 ? 可行的强化措施有哪些 ? 试从中选择若干强化措施 , 自拟实验步骤 , 测定并对比采取强化措施前 后的传热系数K 、传热膜系数α、璧温及压降等。
通过计算及比较 ,对各强化措 施进行评价 ,得出自己的结论 从传热强化出发 , 总结过程强化的一般研究思路和方法四、实验操作及注意事项,1、实验前准备工作 (1) 查阅传热强化方面的有关资料和文献 (2) 熟悉现场设备、流程及仪表的使用 (3) 制作冰块 , 放入冰瓶 ( 热电偶冰点 ) 2、操作注意事项 (1) 实验开始 , 先开风 , 后开电加热 ; 实验结束 , 先关电加热 , 过几分钟再关风 , 防止空气电热器干烧 (2) 实验后一定要将管外的硅胶颗粒吹扫干净 , 以免造成较大误差 (3) 热空气温度不宜设得太低 , 建议取 80～100℃,3、将各种情况下的 K, α与 Re 的关系标绘在双对数坐标纸上 , 以利比较。