化工原理传热综合实验

传热综合实验（一）

实验时间2020年5月14日成绩________指导老师_______________

一、实验目的

1.通过对简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数α

i

的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。

2.应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe m

Pr0.4中常数A、m的值。

二、实验原理

（1）传热过程基本原理

传热是指由于温度差引起的能量转移，又称热传递。由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在时，热量就必然发生从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。

总传热系数K是评价换热器性能的一个重要参数，也是对换热器进行传热计算的依据。对于已有的换热器，可以通过测定有关数据，如设备尺寸、流体的流量和温度等，然后由传热速率方程式（1-1）计算K值。传热速率方程式是换热器传热计算的基本关系。在该方程式中，冷、热流体的温度差△T是传热过程的推动力，它随传热过程冷热流体的温度变化而改变。

传热速率方程式Q=K×S×ΔTm（1-1）

所以对于总传热系数K=Cp×W×(T2-T1)/(S×ΔTm) (1-2) 式中： Q----热量(W)；

S----传热面积(m2)；

△Tm----冷热流体的平均温差(℃)；△Tm=Tw-Tm K----总传热系数(W/(m2·℃))；

C

P

----比热容 (J/(kg·K))；

W----空气质量流量(kg/s)；

△T=T

2-T

1

----冷物流温度差(℃)。

换热器的面积：S i=πd i L i（1-3）式中：d i—内管管内径，m；

L

i

—传热管测量段的实际长度，m；

平均空气质量流量W m=V mρm

3600（1-4）

由于压差是由孔板流量计测量的，所以

体积流量V T1=c0×A0×√2×ΔP

ρT1

（1-5）

式中： c

0----孔板流量计孔流系数，c

=0.65；

A

----孔的面积，m2；

d

----孔板孔径，m；

ΔP ----孔板两端压差，Pa；

由于换热器内温度的变化，传热管内的体积流量需进行校正：

V m=V T1×273+T m

273+T1

（1-6）ρt1----空气入口温度（即流量计处温度）下密度，kg/m3；

V m----传热管内平均体积流量，m3/h；

T m----空气定性温度，℃；Tm=T1+T2

2

流速u=Vm

πdi2

4

，m/s （1-7）

雷诺准数Re=duρ

μ

其中μ----平均粘度， Pa·s （1-8）

传热准数Nui=αidi

λi

（1-9）

普朗特准数Pri=Cpiμi

λi

（1-10）

（2）换热器简介

套管式换热器：是用管件将两种尺寸不同的标准管连接成为同心圆的套管。套管换热器结构简单、能耐高压。

开车前首先检查管路、各种换热器、管件、仪表、流体输送设备是否完好，检查阀门、分析测量点是否灵活好用。

三、实验方法及步骤

1.实验准备：检查实验装置处在开车前的准备状态。

2.换热器实验：

1）打开总电源开关。

2）打开普通套管热空气进口阀和普通套管冷空气进口阀。

3）打开冷热空气旁路调节阀（开到最大），启动风机。

4）利用空气旁路调节阀来调节空气的流量并在一定的流量下稳定3—5分钟（仿真为数值不再变化）后分别测量记录空气的流量，空气进、出口的温度和管壁温度。

5）改变不同流量测取6-8组数据。

6）实验结束后，依次关闭加热开关、风机和总电源。

四、数据记录与处理

（一）实验数据记录表

（二）计算实例

当流量计压差△P=0.03kPa 时，

冷物流进口温度T1=36.65℃，此温度气体的密度ρT1=1.1402g/m^3 另外，冷物流出口温度T2=72.99℃ 壁面温度Tw=100 ℃ ∴空气定性温度Tm =

36.65+72.99

2

=54.82

此温度气体的平均密度ρTm =1.077 kg/m^3

平均导热系数λTm *100=2.86374 W/m ·K λTm=2.86374×10^-2 W/m ·K

平均比热容Cp=1005 J/（kg ·K ）

平均粘度μTm *100000 =1.9841 Pa ·s μTm=1.98×10^-5 Pa ·s 冷物流温度差 ΔT=T2-T1=72.99-36.65=36.34 ℃ 冷热物流间平均温度差ΔT m=Tw-Tm=100-54.82=45.18 ℃ 体积流量

V T1=c 0×A 0×√2×ΔP T1=0.65×π（0.0165）^2×3600√2×0.33×1000

≈12.03m 3/ℎ

平均体积流量V m =V T1×273+T m 273+T 1

=12.03×273+54.82273+36.65

≈12.73 m^3/h

平均流速u =Vm

πdi24

=12.7

π(0.02)^2

4

3600

≈11.26 m/s

传热速率

Q =CpW △T =CpVmρm △T 3600=1005×12.73×1.077×36.34

3600

≈139.176

对流传热系数

α=Cp ×W ×(T 2-T 1)/(S ×ΔTm)=CpVm ρm △T

3600 πdl △Tm