成都理工化工原理实验四套管换热器液液热交换系数及膜系数测定.docx
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成都理工化工原理实验四套管换热器液液热交换系数及膜系数测定
成都理工化工原理实验四-套管换热器液-液热交换系数及膜系数测定
本科生实验报告
实验课程
学院名称
专业名称
学生姓名
学生学号
指导教师
实验地点
实验成绩
二〇年月二〇年月
填写说明
1、适用于本科生所有的实验报告（印制实验报告册除外）；
2、专业填写为专业全称，有专业方向的用小括号标明；
3、格式要求：
1用A4纸双面打印（封面双面打印）或在A4大小纸上用蓝黑色水笔书写。
2打印排版：
正文用宋体小四号，1.5倍行距，页边距采取默认形式（上下2.54cm，左右2.54cm，页眉1.5cm，页脚1.75cm）。
字符间距为默认值（缩放100%，间距：
标准）；页码用小五号字底端居中。
3具体要求：
题目（二号黑体居中）；
摘要（“摘要”二字用小二号黑体居中，隔行书写摘要的文字部分，小4号宋体）；
关键词（隔行顶格书写“关键词”三字，提炼3-5个关键词，用分号隔开，小4号黑体）；
正文部分采用三级标题；
第1章××（小二号黑体居中，段前0.5行）
1.1×××××小三号黑体×××××（段前、段后0.5行）
1.1.1小四号黑体（段前、段后0.5行）
参考文献（黑体小二号居中，段前0.5行），参考文献用五号宋体，参照《参考文献著录规则（GB/T7714－2005）》。
实验四套管换热器液-液热交换系数及膜系数测定
一、实验目的
1．加深对传热过程基本原理的理解；
2．了解传热过程的实验研究方法。
二、实验原理
冷热流体通过固体壁所进行的热交换过程，先由热流体把热量传递给固体壁面，然后由固体壁面的一侧传向另一侧，最后再由壁面把热量传给冷热流体。
热交换过程即给热---导热---给热三个串联过程组成。
若热流体在套管换热器的管内流过，而冷流体在管外流过，设备两端测试点上的温度如图所示。
则在单位时间内热流体向冷流体传递的热量，可由热流体的热量衡算方程表示：
（1）
就整个热交换而言，有传热速率基本方程经过数学处理，得计算式
（2）
（3）
平均温度差可按下式计算：
（4）
由
（1）和
（2）联立，可得传热总系数计算式：
（5）
就固体壁面两侧的给热过程来说，给热速率基本方程为：
（6）
根据热交换两端的边界条件，经数学推导，可得管内给热过程的速率计算式：
（7）
热流体与管内面之间的平均温度差可按下式计算：
（8）
由
（1）和（7）联立可得管内传热膜系数的计算式：
（9）
同理可得到管外给热过程的传热膜系数的公式。
流体在圆形直管内作强制对流时，传热膜系数α与各项影响因素（管内径、流速、流体密度、流体黏度、定亚比热容和流体导热系数）之间的关系可关联成如下准数式：
上式中系数a和指数m,n的具体数值需要通过实验来测定，则传热膜系数可由上式计算。
例如：
当流体在圆形直管内作强制湍流时，
则流体被冷却时，a值可按下式计算：
流体被加热时，a值可按下式计算：
当流体在套管环隙内作强制湍流时，上列各式中d用当量直径de替代即可。
各项物性常数均取流体进出口平均温度下的数值。
图1套管热交换器两端测试点的温度
三、实验装置及流程
1.恒温水槽2.搅拌桨3．循环水泵4.转子流量计5．冷水阀门
6.高位稳压水槽7.冷阱
四、实验步骤
实验前准备工作
（1）向恒温循环水槽中灌入蒸馏水或软水，直至溢流管有水溢出为止。
（2）开启并调节通往高位稳压水槽的自来水阀门，使槽内充满水，并由溢流管有水流出。
（3）将冰碎成细粒，放入冷阱中并掺入少许蒸馏水，使之成粥状。
将热电偶冷接触点插入冰水中，盖严盖子。
（4）将恒温水槽的温度定为55℃，启动恒温水槽的电热器，等温度到达后即可开始实验。
（5）实验前需要准备好热水转子流量计的流量标定曲线和热电偶分度表。
实验操作步骤
1．开启冷水阀门，测定冷水流量，实验过程中保持恒定。
2．启动循环水泵，开启并调节热水阀门使流量在60~250L·h-1范围内选取若干流量值（一般不少于6组数据）进行实验测定。
3．每调节一次热水流量，待流量和温度都恒定后再通过开关依次测定各点温度。
实验注意事项：
（1）．开始实验时，必须先向换热器通冷水，然后再启动热水泵。
停止实验时，必须先停热电器，待热交换器管内存留热水被冷却后，再停水泵并停止通冷水。
（2）．启动恒温水槽的电热器之前，必须先启动循环泵使水流动。
（3）．在启动循环泵之前，必须先将热水调节阀门关闭，待泵运行正常后，再徐徐开启调节阀。
（4）．每改变一次热水流量，一定要等传热过程稳定之后，才能测数据。
每测一组数据最好多重复几次。
当流量和各点温度数值恒定后，表明过程已达稳定状态。
实验内容：
1．测定套管换热器的传热总系数K；
2．测定流体在圆管内作强制湍流时的传热膜系数h。
五、实验记录
1．记录实验设备基本参数
（1）内管基本参数：
外径：
d=mm；壁厚：
δ=mm；
测试段长：
L=mm
（2）套管基本参数：
外径：
d’=mm；
壁厚：
δ’=mm；
（3）流体流通的横截面积
内管横截面积：
S=mm
环隙横截面积：
S’=mm
（4）热交换面积：
内管内壁表面积：
AW=
内管外壁表面积：
AW’=
平均热交换面积：
A=
2．实验数据记录
序
号
冷水
流量
热水
流量
温度
备注
测试截面Ⅰ
测试截面Ⅱ
ms’
ms
T1
TW1
T1’
T2
TW2
T2’
kg·s-1
kg·s-1
℃
℃
℃
℃
℃
℃
1
2
3
4
5
6
7
3．实验数据整理
（1）总传热系数
序
号
管内流速
液体间
温度差
传热速率
总传热系数
备
注
u
ΔT1
ΔT2
ΔTm
Q
K
m·s-1
K
K
K
W
W·m-2·K-1
1
2
3
4
5
6
7
（2）传热膜系数
序
号
管内流速
流体与壁面温差
传热速率
传热膜系数
备
注
u
T1-TW1
T2-TW2
ΔT’m
Q
a
m·s-1
K
K
K
W·m-2·K-1
W·m-2·K-1
1
2
3
4
5
6
7
（3）传热膜系数的关联式
序号
管内流体平均温度
流体密度
流体黏度
流体导热系数
管内流速
传热膜系数
雷诺准数
努赛尔准数
普兰特准数
（T1+T2）/2
ρ
μ
λ
u
a
Re
Nu
Pr
K
kg·m-3
Pa·s
W·m-1·K-1
m·s-1
W·m-1·K-1
1
2
3
4
5
6
7
水平管内传热膜系数的准数关联式：
在实验测定温度范围内，Pr数值变化不大，可取其平均值并将Prn视为定值与a项合并。
上式两边取对数，
因此，可将Nu和Re实验数据，直接在双对数坐标纸上进行标绘，由实验曲线的斜率和截距估计参数A和m，或者用最小二乘法进行线性回归，估计参数A和m。
取Pr为定值，且n=0.3，由A计算得到a值，列出：
A=
m=
a=
学生实验心得
学生（签名）：
年月日
指导
教师
评语
成绩评定：
指导教师（签名）：
年月日
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