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1、-*理工学院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（能源变换材料及工程方向）班级：能源162*实验组号2实班验日期2018年6月22日指导教师*文娟成绩实验名称气-气列管换热器传热系数测定一、 实验目的1测定列管式换热器的总传热系数。2考察流体流速对总传热系数的影响。3比较并流流动传热和逆流流动传热的特点。二、 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(51)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。达到传热稳定时，有（51）式中：Q 传热量，J /
2、s；m1热流体的质量流率，kg / s；cp1 热流体的比热，J / (kg )；T1热流体的进口温度，；T2热流体的出口温度，；m2冷流体的质量流率，kg / s；cp2冷流体的比热，J / (kg )；t1 冷流体的进口温度，；t2冷流体的出口温度，；K 以传热面积A为基准的总给热系数，W / (m2 )；冷热流体的对数平均温差，；热、冷流体间的对数平均温差可由式（52）计算，并流：逆流: （52）列管换热器的换热面积可由式（63）算得，（53）其中，d为列管直径（因本实验为冷热气体强制对流换热，故各列管本身的导热忽略，所以d取列管内径），L为列管长度，n为列管根数，以上参数取决于列管的设
3、计，详见下文附表。由此可得换热器的总给热系数，（54）在本实验装置中，为了尽可能提高换热效率，采用热流体走管内、冷流体走管间形式，但是热流体热量仍会有部分损失，所以Q应以冷流体实际获得的热能测算，即（55）则冷流体质量流量m2已经转换为密度和体积等可测算的量，其中为冷流体的进口体积流量，所以也应取冷流体的进口密度，即需更具冷流体的进口温度（而非定性温度）查表确定。除查表外，对于在0100之间，空气的各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：（2）空气的比热与温度的关系式：60以下 J / (kg ), 70以上J / (kg )。三、 实验装置热流体走管内，冷流体走管间
4、。列管规格122 mm ，即内径8mm，共13根列管，长1m，则换热面积共0.490m2。1-风机2（冷流体管路，该风机为抽风机）；2-孔板流量计连接差压变送器；3-冷流体进口温度t1；4-并流传热形式进口闸阀f1；5-热流体进口温度T1；6-逆流出口温度t2；7-逆流传热形式出口闸阀f4；8-并流形式出口闸阀f2；9-并流出口温度t2；10-热流体出口温度T2 ；11-逆流传热形式进口闸阀f3；12-玻璃转子流量计；13-风机1（热流体管路）；14-风机旁路阀四、 实验步骤1、 打开总电源开关、仪表开关，待各仪表温度自检显示正常后进行下步操作。2、打开热流体风机的出口旁路，启动热流体风机，再
5、调节旁路阀门到适合的实验流量。（一般取热流体流量6080 m3/h，整个实验过程中保持恒定。）3、 开启加热开关，通过C1000仪表调节，使加热电压到一恒定值。（例如在室温20左右，热流体风量70 m3/h ，一般调加热电压150V，经约30min后，热流体进口温度可恒定在70左右。）a) 待热流体在恒定流量下的进口温度相对不变后，启动风机2，通过C1000仪表调节风量；b) 打开相应的闸阀，如7、11打开为逆流换热的形式，4，8打开为并流换热的形式。c) 然后以冷流体流量作为实验的主变量，调节风机旁路，从1060 m3/h流量*围内，选取5到6个点作为工作点进行实验数据的测定。d) 待*一流
6、量下的热流体和逆流的冷流体换热的四个温度相对恒定后，可认为换热过程基本平衡了，抄录冷热流体的流量和温度，即完成逆流换热下一组数据的测定。之后，改变一个冷流体的风量，待换热平衡后抄录一组实验数据。e) 同理，可进行冷热流体的并流换热实验。注意：热流体流量在整个实验过程中最好保持不变，但在一次换热过程中，必须待热流体进出口温度相对恒定后方可认为换热过程平衡。f) 实验结束，应先关闭加热器，待各温度显示至室温左右，再关闭风机和其他电源。五、 原始数据记录表1. 气-气列管换热器传热系数测定实验原始数据记录表换热方式：并流序号热流体冷流体流量m3/h进口温度（）出口温度（）流量m3/h进口温度（）出口
7、温度（）18074.364.625.423.62447.728075.163.635.128.874346.438075.262.445.224.310744.948075.160.755.026.684543.258075.059.465.224.696342.1换热方式：逆流序号热流体冷流体流量m3/h进口温度（）出口温度（）流量m3/h进口温度（）出口温度（）18074.964.125.024.684551.728075.063.235.124.873750.138075.061.745.224.998948.148075.060.055.025.186545.758075.058.86
8、5.125.873244.4六、数据处理计算示例（以第一组数据为例）：根据已知条件有：60以下 J / (kg ) n=13 d=0.008m l=1m 空气的密度与温度的关系式：A=ndl=13*3.14*0.008*1=0.32656m2=0.00001*23.624*23.624-0.001*4.5*23.624+1.2916=1.190873kg/m3t1=T1-t1=50.676t2=T2-t2=16.9ms=*Vs=1.198073*25.4/3600=0.008402kg/s Q= ms*Cp*(t2-t1)=203.31 J / s tm=(T1-t1)-(T2-t2)/ln(
9、T1-t1)/(T2-t2)=30.76 K=Q/A*tm=203.31/0.32656*30.76=20.24W / (m2 ) 附逆流计算公式：t1=T1-t2 t2=T2-t1表2.气-气列管换热器传热系数测定数据处理表换热方式：并流序号Q（ J / s）t1（）t2（）tm（）K W / (m2 )1203.3150.67616.930.7620.242200.9246.22617.229.3620.963308.6750.8917.531.2830.224298.8848.4217.530.3830.135375.8850.3017.330.9237.23表2.气-气列管换热器传热系
10、数测定数据处理表换热方式：逆流序号Qt1t2tmK1223.7323.239.4230.5922.392293.1324.938.3331.1328.833345.5326.936.7031.5533.544373.1129.334.8131.9835.735379.0530.632.9331.7538.38七、实验结果及讨论从此次的实验结果传热推动力tm来看，逆流较并流更具有较好的冷却效果，传热推动力tm来看，逆流总是优于并流，因此可以得到逆流可以节省冷却剂或加热剂的用量。通过此次试验清楚的明白了气-气列管换热的原理，以及气气列管换热的操作，但是本次试验也存在误差，造成误差的原因初步分析是阀
11、门的开合不是很到位，以及仪器读数反应缓慢。八、思考题1.实验中那些因素会影响到实验的稳定性答:冷空气和热空气的走向，冷热流体流量和温度的稳定性，实验器材保温和传热效果对实验的影响。2.影响传热系数K的因素有那些？如何强化传热过程？答：流体的流动形态、流体的物性、流体有无相变和加热面的几何形状、尺寸、相对位置等因素有关。强化传热：采用传热系数高的材料，采用特型管，采用小径管，增加相同体积内容纳管数，提高换热器内气体流速主要有结构形式、换热面积、污垢、流动及强化换热措施、表面传热系数。可以通过强化换热方式（风速、结构形式等）减小它将有效提高散热器的换热性能。3.实验过程中若发现转子流量计的读数比设定值小，对实验结果有何影响？若想消除此影响，应该如何调节？答：若读数比设定值小，则实际值Q减小，对应的实际值k就有所下降，就会造成相应的误差。此时可能管道阀门还有泵都还未保持稳定，所以应等相关达到参数稳定后再读取示数；若相关参数都稳定，读数还小于设定值，那就对转子流量计进行校正。指导教师签名：年月日. z.
