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1、实用文档大全浙江科技学院实验报告课程名称: 学 院: 专业班: 姓 名: 学 号: 同组人员： 实验时间： 指导教师:化工原理生物与化学工程学院化工专升本111班许弘3110422012周梦娜、张峰、张益凯2012年3 月5日诸爱士、实验课程名称：化工原理、实验项目名称：空气-蒸汽对流给热系数测定三、实验目的和要求:1、了解间壁式传热元件，掌握给热系数测定的实验方法。2、掌握热电阻测温的方法，观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象。3、学会给热系数测定的实验数据处理方法，了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。四、实验内容和原理实验内容：测定不同空气流量下进出口端的相关温度，计算二关联出相关系数。
2、实验原理：在工业生产过程中，大量情况下，冷、热流体系通过固体壁面（传热元件）进行热量交 换，称为间壁式换热。如图（4 1）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所组成。t图4- 1间壁式传热过程示意图达到传热稳定时，有QTi一丁2 1=m2Cp2t? 7A TTwm =2人2tw- tKA 心（4 -1）热流体与固体壁面的对数平均温差可由式（42）计算，T -TwTl TwT T2 TW2（ 4- 2）In Ti ST2 - Tw2式中：Tw 热流体进口处热流体侧的壁面温度，C；T2 热流体出口处热流体侧的壁面温度，C。固体壁面与冷流体的
3、对数平均温差可由式（43）计算，(4 3)twi tl I.tw2 12.twi -11 IntW2 - t2式中：twi 冷流体进口处冷流体侧的壁面温度，C；tW2 冷流体出口处冷流体侧的壁面温度，C。热、冷流体间的对数平均温差可由式（4 4）计算,：tInTi t 2(4 4)当在套管式间壁换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以冷空气或水进行对流传热系数测定实验 时，则由式（4 1）得内管内壁面与冷空气或水的对流传热系数，(4 5)m2Cp2 t2 -t13 A2 tw -t m实验中测定紫铜管的壁温tw1、tw2；冷空气或水的进出口温度 t1、t2；实验用紫铜管的长度 I、内径d2, A
4、2二二d?l ;和冷流体的质量流量，即可计算：-2o然而，直接测量固体壁面的温度，尤其管内壁的温度，实验技术难度大，而且所测得的数据准确性 差，带来较大的实验误差。因此，通过测量相对较易测定的冷热流体温度来间接推算流体与固体壁面间 的对流给热系数就成为人们广泛采用的一种实验研究手段。由式（4 1）得，(4 6)m2cp2 t_ t1A tm1 *实验测定m2、t2、T2、并查取t平均t1- t2下冷流体对应的Cp2、换热面积A,即可由上式2计算得总给热系数 Ko1. 近似法求算对流给热系数:211bd 2RS2-d 2d 2Rs1 2-d 1:X1d 1K:- 2d m式中：d1 换热管外径，
5、md2 换热管内径，mdm 换热管的对数平均直径,b换热管的壁厚，m以管内壁面积为基准的总给热系数与对流给热系数间的关系为,换热管材料的导热系数，W / （m(4 7)C ） ； Rs1 换热管外侧的污垢热阻,Rs2 换热管内侧的污垢热阻，m2 K W o用本装置进行实验时，管内冷流体与管壁间的对流给热系数约为几十到几百W m2.K ；而管外为蒸汽冷凝，冷凝给热系数 1可达104W/m2K左右，因此冷凝传热热阻-d可忽略，同时蒸汽冷凝较为清洁，因此换热管外侧的污垢热阻只$1屯也可忽略。实验中的传热元件材料采用紫铜，导热系数为S1 d1383.8 W m K，壁厚为2.5mm,因此换热管壁的导热
6、热阻_bd可忽略。若换热管内侧的污垢热阻RS2也扎d忽略不计，则由式(4 7)得,、K(4 8)由此可见，被忽略的传热热阻与冷流体侧对流传热热阻相比越小，此法所得的准确性就越高。2. 冷流体质量流量的测定用孔板流量计测冷流体的流量，则，m2 2(4 9)式中，V为冷流体进口处流量计读数，p为冷流体进口温度下对应的密度。3. 冷流体物性与温度的关系式在0100 C之间，冷流体的物性与温度的关系有如下拟合公式。(1) 空气的密度与温度的关系式：P=10卫t2 _4.5 X10+1.2916(2) 空气的比热与温度的关系式：60C以下Cp = 1005 J /(kg ? C ),70c 以上 Cp
7、= 1009 J / (kg ? C )。(3) 空气的导热系数与温度的关系式： =_2 10 -t2 8 10 -t - 0.0244(4) 空气的黏度与温度的关系式：-(_2 10 -t2 - 5 10 t - 1.7169 ) 10 -五、主要仪器设备1 实验装置实验装置如图4-1所示图4-1空气-水蒸气换热流程图来自蒸汽发生器的水蒸气进入不锈钢套管换热器环隙，与来自风机的空气在套管换热器内进行热交换，冷凝水经疏水器排入地沟。冷空气经孔板流量计或转子流量计进入套管换热器内管(紫铜管)，热交换后排出装置外。2 .设备与仪表规格(1)紫铜管规格：直径$ 21 x 2.5mm,长度L=1000
8、mm (2)外套不锈钢管规格：直径$100 x 5mm长度L=1000mm (4)铂热电阻及无纸记录仪温度显示；(5)全自动蒸汽发生器及蒸汽压力表。六、操作方法与实验步骤（一） 实验步骤1、 打开控制面板上的总电源开关，打开仪表电源开关，使仪表通电预热，观察仪表显示是否正 常。2、 在蒸汽发生器中灌装清水至水箱的球体中部，开启发生器电源，使水处于加热状态。到达符 合条件的蒸汽压力后，系统会自动处于保温状态。3、 打开控制面板上的风机电源开关，让风机工作，同时打开冷流体进口阀，让套管换热器里充 有一定量的空气。4、 打开冷凝水出口阀，排出上次实验余留的冷凝水，在整个实验过程中也保持一定开度。注意
9、 开度适中，开度太大会使换热器中的蒸汽跑掉，开度太小会使换热不锈钢管里的蒸汽压力过 大而导致不锈钢管炸裂。5、 在通水蒸汽前，也应将蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水排除，否则夹带冷凝水的 蒸汽会损坏压力表及压力变送器。具体排除冷凝水的方法是：关闭蒸汽进口阀门，打开装置 下面的排冷凝水阀门，让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走，当听到蒸汽响时关闭冷凝水排除 阀，方可进行下一步实验。6、 开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽阀的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐充满系统中， 使系统由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，防止不锈钢管换热器因突然受热、受 压而爆裂。同时，打开顶端放气阀，将设备内的空气
10、排出，至排气管有蒸汽放出，关闭排气阀。7、 上述准备工作结束，系统也处于“热态”后，调节蒸汽进口阀，使蒸汽进口压力维持在0. 03MPa，可通过调节蒸汽发生器出口阀及蒸汽进口阀开度来实现。8、 自动调节冷空气进口流量时，可通过仪表调节风机转速频率来改变冷流体的流量到一定值， 在每个流量条件下，均须待热交换过程稳定后方可记录实验数值，一般每个流量下至少应使 热交换过程保持 5分钟方为视为稳定；改变流量，记录不同流量下的实验数值。9、 记录6组实验数据，结束实验。先关闭蒸汽发生器，关闭蒸汽进口阀，关闭仪表电源，待系 统逐渐冷却后关闭风机电源，待冷凝水流尽，关闭冷凝水出口阀，关闭总电源。10、打开实
11、验软件，输入实验数据，进行后续处理。七、实验数据记录与处理1、实验原始数据记录表计算示例（以次序1数据作为计算示例）项目次序123456水蒸气压强MPa0.030.030.030.030.030.03空气进口温度t1 C28.630.229.327.125.424.8空气出口温度t2 C73.075.575.276.177.779.3空气进口处蒸汽温度 C106.1106.3106.2106.1106.3106.2空气出口处蒸汽温度T2 C106.4106.2106.3106.3106.2105.9空气流量Vm 3/h20.017.014.111.08.25.2空气进口处密度p kg/m31.
12、17111.16481.16831.17701.18381.1862空气质量流量m s2 kg/s0.00650.00550.00460.00360.00270.0017空气流速um/s27.645123.498319.489815.204811.33457.1877 空气进口处密度：、=10壮2-4.5 10九 1.2916 =10，28.62 -4.5 10“ 28.61.2916 = 1.1712 kg / m3空气质量流量:ms220.0 1.17123600=0.0065 kg / s空气流速:4Vd24 70.03600 3.14 0.0162=27.6451m/s2、给热系数K的
13、计算次序项目123456空气定性温度t平均。C50.8052.8552.2551.6051.5552.05定性温度下的空气密度3P kg/m1.08881.08171.08381.08601.08621.0845冷、热流体间的对数平均温差 Atm C52.304750.043350.559650.681050.261449.1139总给热系数K w/(m 2 C)110.565399.682883.167969.611056.169638.06231 1 空气定性温度：t平均t, t2(28.6 73.0) = 50.80 C 60 C 空气比热：Cp =1005J/(kg C) 定性温度下的空气密度:P =10，t平均2 4.5xl0t平均 +1.2916 = 10 x50.80 一4.5汇1050.80+1.2916= 1.0888kg/m3 冷、热流体间的对数平均温差：%= 52.3926T1-t2 - T2 -t1(106.4-73.0)-(1061 - 28.6),人12=, 106.4 73.0In -InT2 -t1106.1-28.62 传热面积：A2 = ：d2I=3.14 0.016 1 = 0.0502m对流传热系数:ms2Cp2 t2 -t10.0065 1005 (73.0-28.6)K 二Mtm0.0502汉 52.39262-110.3
