多态气固相流传热系数测定
气固两相流固相浓度与流速的测量及可视化
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第12期·4350·化 工 进展气固两相流固相浓度与流速的测量及可视化田海军1，周云龙2，赵晓明1（1东北电力大学自动化工程学院，吉林 吉林 132012；2东北电力大学能源与动力工程学院，吉林 吉林 132012）摘要：气固两相流固相流率的测量是测试领域的难点之一，为了实现气固两相流固相浓度与流速的测量，阐述了电容层析成像的原理，搭建了气固两相流实验台，固相选用聚丙烯颗粒，气相为空气，固相依靠自身的重力流经实验装置，利用ITS 公司的M3C 电容层析成像装置对气固两相流的固相浓度、速度、质量流量进行了测试研究。
实验中的浓度测量采用图像的介电常数分布像素，速度测量选择双层结构的电容传感器，利用相关测速原理，计算上下游传感器成像像素的相关性，最后由测得的速度及浓度分布计算出质量流量，测量结果与重力传感器测量的质量流量结果进行了对比，结果具有较好的一致性，测量误差小于10%，表明利用电容层析成像系统可对气固两相流参数的测量。
关键词：成像；两相流；流动；质量流量；固相浓度；浓度；体积流量中图分类号：TP29 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）12–4350–06 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613. 2016-2459Measurement and visualization of concentration and velocity of solidphase in the gas-solid two- phase flowTIAN Haijun 1，ZHOU Yunlong 2，ZHAO Xiaoming 1（1School of Automation Engineering ，Northeast Electric Power University ，Jilin 132012，Jilin ，China ；2School of Energyand Power Engineering ，Northeast Electric Power University ，Jilin 132012，Jilin ，China ）Abstract ：Measurement of the solid phase flow rate in the gas-solid two-phase flow is one of thedifficulties in test realm. In order to realize visualization measurement of gas-solid two phase flow, the principle of electrical capacitance tomography was stated and a gas-solid two phase flow test-bed was developed. Polypropylene particles and air were selected as the solid phase and gas phase. Solid phase relied on their own gravity flow through experimental device. M3C capacitance tomography device of ITS company was used for the test and research on solid phase concentration, speed and mass flow rate in the gas-solid two phase flow. In the experiment ，concentration measurement was based on the dielectric constant distribution of the pixels about image. Capacitive sensor with double layer structure was used to measure velocity. The relevant principles of the speed measurement was used to compute the correlation between upstream and downstream of sensor imaging pixel. Finally, the mass flow was calculated by the measured velocity and concentration distributions. The mass flow measurements were compared with the results of gravity sensor. The results showed good agreement with measurement error of less than 10%. The experimental results indicated that the capacitance tomography system can be used to measure the parameters of gas-solid two phase flow. Key words ：image ；two-phase flow ；flow ；mass flow ；solid concentration ；concentration ；volume flow第一作者：田海军（1971—），男，工学硕士，高级实验师，主要从事过程检测及层析成像方面的研究工作。
气固两相流动物理特性研究与数值模拟
气固两相流动物理特性研究与数值模拟气固两相流动是指含有气体和固体粒子的流体在流动过程中发生的物理现象。
这种流体非常常见，在不同的地方都有着广泛的应用。
例如，化工过程中的颗粒流动，环境保护中的空气污染物传输，和粉体工业中的输送等等。
研究气固两相流动的物理特性可以帮助我们更好地理解这种流动现象，同时也可以为数值模拟提供更多的依据和支持。
在气固两相流动中，气体和固体粒子之间发生的作用是决定其物理特性的关键。
这种作用包括有效的碰撞和摩擦作用，使得固体粒子的热传导、传质、冲击与压损都得到了增强。
同时，固体粒子对气体的流动也产生了重要的影响，例如粘度、湍流、壁面涡等现象。
研究气固两相流动最常用的方法是数值模拟。
数值模拟通过建立数学模型和计算流体力学，可以预测气固两相流动中的各种物理特性，例如浓度分布、粒径分布、速度和温度等。
数值模拟可以提供一种快速、便捷、精确的方法，以研究气固两相流动中涉及的热力学特性和设计装置。
在研究气固两相流动中，最关键的问题是粒子间互相的作用。
这种作用是研究气固两相流动的难点之一。
实验数据采集方面，现有的实验仪器只能获得某些参数的平均值，而无法获得每个粒子的参数。
因此，大规模模拟方法被广泛应用，以便得到大规模模拟方法涉及到复杂的算法和数据结构，例如欧拉方法、拉格朗日方法和欧拉-拉格朗日耦合方法等等。
这些方法都有其各自的优点和缺点，应根据具体情况选择最合适的方法以获得最佳的研究效果。
另外，粒子间作用的力学特性是气固两相流动的另一个关键问题，这也是数值模拟的核心内容之一。
气固两相流动中，流体作用力主要是在固体颗粒表面产生的，而固体颗粒内部所受的作用力通常被忽略。
因此，理论计算中必须对粒子表面的作用力进行详细的描述，同时也需要对不同颗粒的表面特性进行准确控制。
在实现数值模拟之前，必须对气固两相流动中涉及的物理特性进行适当的参数设定，例如气固两相流动中的粗糙度系数、气流的湍流强度、粒子的摩擦系数等等。
换热器传热系数测定讲解
化 工 实 验 报 告姓名： 学号： 报告成绩： 课程名称 化工原理实验 实验名称换热器传热系数的测定实验 班级名称 组 长同组者指导教师实验日期教师对报告的校正意见一、 实验目的1、了解传气—汽对流热的基本理论，掌握套管换热器的操作方法。
2、掌握对流传热系数 α i 测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。
3、应用线性回归分析方法，确定关联式 4.0Pr Re i m A Nu = 中常数 A 、m 的值。
4、了解强化换热的基本方式，确定传热强化比 0/Nu Nu 。
二、 实验内容与要求1、测定不同空气流速下普通套管换热器的对流传热系数 α i 。
2、不同空气流速下强化套管换热器的对流传热系数 α i 。
3、分别求普通管、强化管换热器准数关联式4.0Pr Re i m A Nu =中常数 A 、m 的值。
4、根据准数关联式4.0Pr Re i m A Nu =,计算同一流量下的传热强化比 0/Nu Nu 。
5、分别求取普通套管换热器、强化套管换热器的总传热系数 0K 。
三、 实验原理1 、对流传热系数i α的测定：im ii S t Q ∆=α （51） 式中：i α—管内流体对流传热系数，w/（m 2·℃）； Q i —管内传热速率，w ； 3600tC V Q m p m i ∆⨯⨯⨯=ρ （52）式中：V —空气流过测量段上平均体积，m 3/h ； m P —测量段上空气的平均密度，kg/m ； i S —管内传热面积， m ；1 页Re Pr4.0-Num Cp —测量段上空气的平均比热，J/（kg.g ）；m t ∆—管内流体空气与管内壁面的平均温度差，℃。
()()2121m lnt t T t T t T t T S S w w -----=∆ （53）当 2>1t ∆ / 2t ∆ >0.5 时，可简化为 221t t T t W m +-=∆ （54） 式中：1t ，2t —冷流体（空气）的入口、出口温度，℃； Tw — 壁面平均温度，℃。
气固界面传热系数计算公式
气固界面传热系数计算公式在工程热力学中，传热是一个非常重要的研究领域。
在工业生产中，许多设备和工艺需要进行传热操作，因此了解传热的机理和计算方法对于工程实践具有重要意义。
本文将重点讨论气固界面传热系数的计算公式，以便读者能够更好地理解和应用传热知识。
首先，我们需要了解什么是气固界面传热系数。
气固界面传热系数是指气体与固体表面之间传热的速率。
在工程实践中，气固界面传热系数的计算是非常重要的，因为它直接影响着传热设备的设计和性能。
气固界面传热系数的计算公式可以用以下公式表示：$$。
h = k \cdot Nu。
$$。
其中，h表示传热系数，k表示热导率，Nu表示努塞尔数。
下面我们将分别介绍这三个参数的含义和计算方法。
首先是热传导率k，热传导率是指材料单位厚度内单位温度梯度引起的热流密度。
对于不同的材料，其热传导率是不同的，通常可以在相关的材料手册或者数据库中查到。
在实际计算中，我们需要根据具体的材料选取相应的热传导率值。
接下来是努塞尔数Nu，努塞尔数是无量纲的传热特征数，它描述了流体传热的强度。
努塞尔数的计算通常涉及流体性质、流动状态、几何形状等因素，因此需要根据具体情况采用不同的计算方法。
一般来说，对于不同的传热方式（对流传热、辐射传热等），努塞尔数的计算方法也是不同的。
最后是传热系数h，传热系数是指单位时间内单位面积传热的热流密度。
传热系数的大小直接影响着传热速率，因此在工程实践中需要准确地计算传热系数。
传热系数的计算方法通常需要结合具体的传热情况和参数，因此在实际应用中需要根据具体情况选择合适的计算方法。
在实际工程中，气固界面传热系数的计算往往是一个复杂的过程，需要综合考虑多种因素。
在进行传热设备设计和性能评估时，需要对气固界面传热系数进行准确的计算。
只有通过合理的计算和分析，才能保证传热设备的性能和安全可靠。
综上所述，气固界面传热系数的计算公式为h=k⋅Nu，其中h表示传热系数，k 表示热导率，Nu表示努塞尔数。
《煤气化辐射废锅内高温气固两相流动传热传质数值研究》
《煤气化辐射废锅内高温气固两相流动传热传质数值研究》篇一摘要：随着煤气化技术的不断发展，高温气固两相流动传热传质的问题在煤气化过程中显得尤为重要。
本文采用数值模拟的方法，针对煤气化辐射废锅内的气固两相流动、传热传质过程进行了深入研究。
通过建立数学模型、设定边界条件和初始条件，以及采用适当的数值计算方法，对煤气化过程中的高温气固两相流动传热传质现象进行了系统分析。
本文的研究成果不仅有助于深入了解煤气化过程中的物理化学变化，也为煤气化技术的优化和改进提供了理论依据。
一、引言煤气化技术作为清洁能源转换的重要手段，在能源领域具有广泛的应用前景。
然而，在煤气化过程中，高温气固两相流动传热传质问题一直是一个研究热点和难点。
本文以煤气化辐射废锅为研究对象，通过数值模拟的方法，对高温气固两相流动传热传质过程进行深入研究，以期为煤气化技术的优化和改进提供理论支持。
二、数学模型与数值方法1. 数学模型：本文建立了描述煤气化辐射废锅内气固两相流动、传热传质过程的数学模型。
该模型包括流体动力学模型、热量传递模型、物质传递模型等，通过这些模型的耦合，能够较全面地反映煤气化过程中的物理化学变化。
2. 数值方法：采用合适的数值计算方法对数学模型进行求解。
本研究所采用的数值计算方法包括有限差分法、有限元法等，通过对不同区域进行网格划分，实现计算结果的精细化和准确性。
三、模拟结果与分析1. 气固两相流动分析：通过对煤气化辐射废锅内气固两相流动的模拟，发现高温气体与固体颗粒之间的相互作用对流动状态具有重要影响。
在一定的操作条件下，气固两相的流动呈现出一定的规律性，为后续的传热传质分析提供了基础。
2. 传热分析：在高温气固两相流动过程中，传热过程十分复杂。
通过模拟分析，发现辐射传热在废锅内的传热过程中占据主导地位。
同时，对流传热和导热传热也起着重要作用。
通过对传热过程的深入分析，有助于了解煤气化过程中的能量转换和利用。
3. 传质分析：在煤气化过程中，物质传递过程对气化反应的进行具有重要影响。
气汽对流传热系数的测定实验
《气-汽对流传热系数的测定》实验一、仪器设备简介流程如图，冷空气由风机13，经孔板流量计11计量后，进入换热器内管，并与套管环隙中蒸汽换热。
空气被加热后，排入大气。
空气的流量可用控制阀9调节。
1、蒸汽发生器 2、蒸汽管 3、补水口 4、补水阀 5、排水阀 6、套管换热器 7、放气阀 8、冷凝水回流管 9、空气流量调节阀10、压力传感器 11、孔板流量计 12、空气管 13、风机二、试验目的、任务1、掌握传热膜系数α及传热系数K 的测定方法。
2、通过实验掌握确定传热膜系数准数关联式中的系数A 和指数m 、n 的方法。
3、通过实验提高对α准数关联式的理解，并分析影响α的因素，了解工程上强化传热的措施。
三、实验原理及步骤1、实验原理：对流传热的核心问题是求算传热膜系数α，当流体无相变式对流传热准数关联式的一般形式为：Nu=A·R e m ·P r n ·G r p对于强制湍流而言，G r 准数可以忽略，故Nu=A· R e m ·P r n本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关联式中的指数m 、n 和系数A 。
用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量R e m 和P r 分别回归。
本实验可简化上式，即取n=0.4（流体被加热）。
这样，上式即变为单变量方程，在两边取对数，既得到直线方程：lg(Nu/P r 0.4)=lgA+mlgR e在双对数坐标中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m 。
在直线上任取一点的函数值带入方程式中，则可得到系数A ，即A=Nu/(P r 0.4·R e m )用图解法，根据实验点确定直线位置有一定的人为性。
而用最小二乘法回归，可以得到最佳关联式。
应用微机，对多变量方程进行一次回归，就能同时得到A 、m 、n 。
对于方程的关联，首先要有Nu 、Re 、Pr 的数据组。
其准数定义式分别为：R e=duρ/μ, P r=cpμ/λ, Nu=αd/λ实验中改变空气的流量以改变Re准数的值。
化工原理实验-传热实验
（5）待过程稳定（即热电偶15和16的温度相近）后，记录汽水套管、裸管、保温管单位时间内的冷凝液量及各相关热电偶1~16数值。汽-水套管一般记录60 s时间内的冷凝液量，裸管及保温管一般3记录90s以上的冷凝液量。备注：热电偶温度与电压的关系：=0.0185+25.8123−0.74162+0.03753.
传热实验
——传热系数的测定
2011011743分1黄浩
实验日期：2013-11-15
同组实验者：周昱、曹庆辰、陈辰
地点：化工实验教学中心108室
实验内容：传热系数的测定
一、实验目的
（1）掌握传热系数K、给热系数α和导热系数λ的测定方法。
（2）比较保温管、裸管、汽水套管的传热速率，并进行讨论。
（3）掌握热电偶测温原理及相关二次仪表的使用方法。
（6）重复步骤（5），直至数据重复性较好。注意：实验前后需各记录一个室温值。
（7）实验结束，切断加热电源，关闭冷却水阀。
（8）实验中注意观察锅炉水位，使液面不低于其1/2高度。
（9）注意系统不凝气及冷凝水的排放情况。
（10）锅炉水位靠冷凝回水维持，应保证冷凝回水畅通。
五、原始数据记录表格
1.环境条件
57
55.8
57.5
56
测量时间/s
68
60
60
60
60
60
冷凝液流量/(g/s)
0.921
0.943
0.950
0.930
0.958
0.933
传热速率/(J/s)
2079.056
2130.424
2145.480
实验三传热系数K和给热系数α的测定解答
实验三 传热系数K 和给热系数α的测定一、 实验目的1. 了解间壁式传热元件和给热系数测定的实验组织方法；2. 学会给热系数测定的试验数据处理方法；3. 了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。
二、实验原理在工业生产中，间壁式换热器是经常使用的换热设备。
热流体借助于传热壁面，将热量传递给冷热体，以满足生产工艺的要求。
影响换热器传热速率的参数有传热面积、平均温度差和传热系数三要素。
为了合理选用或设计换热器，应对其性能有充分的了解。
除了查阅文献外，换热器性能实测是重要的途径之一。
传热系数是度量换热器性能的重要指标。
为了提高能量的利用率，提高换热器的传热系数以强化传热过程，在生产实践中是经常遇到的问题。
在热流体对固体壁面的对流给热，固体壁面的热传导和固体对冷流体的对流给热三个传热过程中，所涉及的热量衡算为：1212()()()()h h w c c w mw w Q KA T t Q A T t Q A t t A Q t t ααλδ=-=-=-=- 1122111w w w w h h m c c T t t t t t T tQ A A A KA δαλα----==== 1h h m c cK A A A A A A δαλα=++在所考虑的这个传热过程忠，所涉及的参数共有13个，采用因次分析方法 ：π=13-4=9个无因次数群。
该方法的基本处理过程是将研究的对象分解成两个或多个子过程 。
即：12(,)K f αα≈分别对α1、α2进行研究：1111111(,,,,,)p f d u c αρμλ=无因次处理得：0(,)Re Pr p b c c d du f Nu a μαρλμλ=→= 1）传热系数K 的实验测定 热量衡算式和传热速率方程式 热量衡算式：21()c c pc Q q c t t ρ=-传热速率式：m Q KA t =∆其中：12211221()()lnm T t T t t T t T t ---∆=--两式联立，得：21()c c pc mq c t t K A t ρ-=∆2）给热系数α的实验测定 热量衡算式和传热速率方程式 热量衡算式：21()c c pc Q q c t t ρ=-传热速率式：c mc Q A t α=∆其中：2121()()lnw w mc w w t t t t t t t t t ---∆=--下上上下两式联立，得：21()c c pc c mcq c t t A t ρα-=∆三、实验组织方法qc----空气流量计1个；t1、 t2 -----冷流体进、出口温度计2个；T-----水蒸汽温度计1个；tw上、tw下-----上壁温、下壁温温度计2个；P ---装1个压力表；配上套管换热器、蒸汽发生炉、疏水器、阀门管路、凉水塔系统组成如下实验装置。
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1.请选择正确的实验装置图。
A.
B.
C.
D.
E.
2.请选择本次实验正确的工艺参数。
A. 小球加热温度控制在400至500℃
B. 小球冷却曲线采集控制结束的判据应该是过余温度的98.2%
C. 流化床、固定床和强制对流操作时，风机的流量为
D. 自然对流实验时应尽量减少小球附近的大气扰动
3.请选择本次实验的正常实验结果。
A. 小球在不同状态下的对流传热系数大小依次为流化床>固定床>强制对流>自然对流
B. 通过对实验数据计算得到的毕奥准数 Bi>0.1
C. 小球在不同状态下的对流传热系数大小依次为固定床>流化床>强制对流>自然对流
D.
问答
1.影响热传递的因素有哪些？
2.毕奥数的物理含义是什么？
3.本实验对小球体的选择有哪些要求，为什么？
式中(∂/λ)/(1/a）为特征尺寸，对于球体为R/3
若Bi数很小，∂/λ《1/a，表明内部导热系数《外部对流热阻，此时可忽略内部导热热租，可简化为这个物体的温度均匀一致，是温度仅为实践的函数，即T=f(t)。
这种关系简化为具有均一性质处理的方法，成为集总参数法。实验表明，只要Bi<0.1,忽略内部热阻计算，其误差不大于5%，通常为工程计算所允许。
窗体顶端
验一 多态气固相流传热系数测定
实验目的
实验原理
自然界和工程上，热量传热的机理有传导、对流和辐射。传热时可能有几种机理同时存在，也可能以某种机理为主，不同的机理对应不同的传热方式或规律。本实验将一直经为20mm温度为T0的小钢球，置于温度为恒定Tf的周围环境中，由于Tf不等于T0，小球必要受到加热或冷却而温度变为T，在传热过程中，小球的温度显然随时间而变化，这是一个非定态导热过程。在实验中所用钢球体积非常小，而导热系数又比较大，课可以认为钢球不存在温度梯度，整个球体内温度是均匀一致的，于是根据热平衡原理，球体热量随时间变化应等于通过对流换热向周围环境的散热速率。
通过实验可测得钢球在不同环境和流动状态下的冷却曲线，有温度记录仪记下T-t的关系，可计算得出a和Nu的值。
对于气体在20<Re<180000范围，即高Re数下，绕球换热的经验式为：
Nu=ads/λ=0.37Re0.6Pr1/p
若在静止的流体中换热：Nu=2
物体的突然加热和冷却过程属于非定导热过程，此时物体的内温度，即空间位置是时间函数，T=f（x，y，z，t），物体在导热介质的加热过程或冷却过程中，导热速率同时取决于物体内部的导热热阻以及与环境的外部对流热阻。为了简化，不少问题可以忽略两者之一进行处理。然而能否简化，需要一个判据，通常定义无因次数毕奥数，及物体内部导热热阻与物体外部对流热阻之比进行判断。Bi=内部导热热租/外部对流热阻=(∂/λ)/(1/a)=aV/λA
4.自然对流条件下实验要注意哪些问题？