四川大学化工实验报告对流传热实验Word下载.docx
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We——冷流体的质量流量，kg／s；
V——冷流体（空气）的体积流量，m3/s；
ρ1一冷流体（空气）的密度，kg／m3；
K——换热器总传热系数，W/（m2·
℃）；
Cpc一一冷流体（空气）的平均比定压热容，kJ/（kg·
K）；
S——传热面积，m2；
Δtm——蒸汽与空气的对数平均温度差，℃。
空气的流量及两种流体的温度等可以通过各种测量仪表测得。
综合上面各式即可算出传热总系数K。
3．传热膜系数的计算
当传热面为平壁或者当管壁很薄时，总的传热阻力和传热分阻力的关系可表示为：
αl——空气在圆管中强制对流的传热膜系数，W／（m2·
α2——蒸汽冷凝时的传热膜系数，W／（m2·
℃）。
当管壁热阻可以忽略（内管为黄铜管而且壁厚b较薄，黄铜导热系数λ比较大）时，
（7）
蒸汽冷凝传热膜系数远远大于空气传热膜系数，则K≈α1。
因此，只要在实验中测得冷、热流体的温度及空气的体积流量，即可通过热衡算求出套管换热器的总传热系数K值，由此求得空气传热膜系数α1。
4．努塞尔数和雷诺数的计算
λ——空气导热系数，W／（m·
μ一空气的粘度，Pa·
s；
d——套管换热器的内管平均直径，m；
ρ1——进口温度t1时的空气密度，kg／m3。
由于热阻主要集中在空气一侧，本实验的传热面积S取管子的内表面较为合理，即
S＝πdl
本装置d=0．0178m，l=1．327m。
5．空气流量和密度的计算
空气密度ρ1可按理想气体计算：
pa——当地大气压，Pa；
t——孔板流量计前空气温度，℃，可取t=t1；
空气的流量由1／4喷嘴流量计测量，合并常数后，空气的体积流量可由（11）式计算
（11）
C0——合并整理的流量系数，其值为C0=0．001233；
R——喷嘴流量计的压差计示值，mmH2O。
V1——空气的体积流量，m3／s。
四.实验装置图及主要设备（包括名称、型号、规格）
（1）实验装置示意图。
冷空气通过风机进入套管换热器管程，蒸汽发生器内通过电加热使水汽化产生蒸汽，蒸汽进入换热器内的壳程加热管程内的冷空气、蒸汽和冷空气通过套管换热器内管壁进行热量交换。
对流传热装置示意图如图所示。
（2）仪器及仪表。
设备：
风机、蒸汽发生器、普通套管换热器、螺旋套管换热器、消音器。
仪表：
气体涡旋流量计、压差变送器、温度变送器、温度控制器、无纸记录仪、液位计。
五．实验操作步骤
1．实验前的准备
（1）向电加热釜加水至液位计上端红线处。
（2）检查空气流量旁路调节阀是否全开。
（3）检查普通管支路各控制阀是否已打开，保证蒸汽和空气管路的畅通。
（4）接通电源总闸，设定加热电压，启动电热锅炉开关，开始加热。
2．实验开始
（1）当蒸汽压力稳定后，启动旋涡气泵并运行一段时间，保证实验开始时空气入口温度
（℃）稳定。
（2）调节空气流量旁路阀的开度或主阀开度，使孔板流量计的压差计读数为所需的空气流量值。
（3）稳定5－8分钟左右读取压差计读数，读取空气入口、出口的温度值
、
（温度测量可采用热电偶或温度计）、空气压力值p1、空气入、出口之间压力差p2、蒸汽温度值t3及压力值p3,孔板流量计读数p4。
（4）调节空气流量，重复（3）与（4）共测6－10组数据（注意：
在空气入、出口之间压力差p2最大值与最小值之间可分为6-10段）。
（5）实验过程，要尽可能保证蒸汽温度或压力稳定，在蒸汽锅炉加热过程（蒸汽温度或压力变化较大）不要记录数据。
3．实验结束
（1）关闭加热器开关。
（2）过5分钟后关闭鼓风机，并将旁路阀全开。
（3）切断总电源。
六．实验注意事项
1、检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常范围内。
特别是每个实验结束后，进行下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。
2、必须保证蒸汽上升管线的畅通。
在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭控制阀必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。
3、必须保证空气管线的畅通。
即在接通风机电源之前，三个空气支路控制阀之一和旁路调节阀必须全开。
在转换支路时，应先关闭风机电源，然后开启和关闭控制阀。
4、调节流量后，应至少稳定5～10分钟后读取实验数据。
5、套管换热器中积累的热水要及时放掉，以免影响蒸汽传热。
七.实验原始数据记录列表
普通套管换热器
壳程：
𝝓
50mm
管程：
𝝓
25*2.5L=1.3m
序号
冷空气流量
qv（m3/h）
冷空气进口温度t1（℃）
冷空气出口温度t2（℃）
蒸汽温度（℃）
1
51.8
36.1
74.7
97
2
48.8
36.5
75.3
97.2
3
45.7
36.4
75.5
97.3
4
42.8
35.9
75.8
97.7
5
39.8
35
75.9
98.1
6
36.7
34.1
98.2
7
33.7
33.1
98.3
8
30.8
32.3
98.6
9
27.7
31.4
10
24.8
30.6
11
21.7
29.8
76
12
19.5
29.4
76.2
螺旋套管换热器
25*2.5L=1.3m螺纹深度1mm螺纹中心距3mm
55
33.4
67.7
99.3
52.1
35.5
69.1
99.1
49
36
69.9
46
70.4
99.5
43
70.7
99.6
39.9
34.8
70.8
99.7
37
71
34
33.2
99.9
31
32.5
71.2
28.1
31.9
71.4
25
31.2
71.7
22
30.7
72.2
13
20.3
30.4
72.3
八．实验数据处理（以一组实验数据为例进行计算）
以6#普通套管换热器流量为51.8m3/h时数据为例，进行数据处理
定性温度
=（36.1+74.7）/2
=55.4℃
传热面积
=3.1415*0.025*1.3
=0.102m2
平均温差
=（36.1-74.4）/ln（36.1/74.4）
=52.9618℃
传热速率
=（51.8/3600）*1.093*1.017*（74.7-36.1）
=581.7987W
传热系数
=581.7987/（0.102*52.9618）
=107.6985W/（m2•℃）
=107.6985*0.02/0.02826
=76.2198
=（0.02*51.8/（3600*𝛑
*0.012）*1.093）/0.0000196
=51083.9277
九．实验结果与分析（含计算结果列表和作图）
普通套管换热器数据处理表
定性温度tm（℃）
传热面积A（m2）
平均温差∆tm（℃）
传热速率Q（W）
传热系数K（W/（m2•℃））
Nu
Re
55.4
0.10209875
38.42147476
617.3844383
157.3842333
51083.92766
111.3830384
55.9
38.05947447
584.6422024
150.4551124
48125.39903
106.479202
55.95
38.06007672
551.7363171
141.98468
45068.25278
100.4845577
55.85
38.4609183
527.2969737
134.2811972
42208.34177
95.03269439
55.45
39.15267557
502.626051
125.7370085
39249.81314
88.9858517
39.5886686
473.6755414
117.189753
36192.66689
82.93683862
54.5
40.05995852
445.3611031
108.8883366
33234.13826
77.06180937
54.1
40.6782834
414.6444148
99.83728844
30374.22725
70.65625509
53.65
41.00217335
380.6084221
90.918255
27317.08101
64.34412951
53.25
41.28906538
346.8873774
82.28733924
24457.17
58.23590888
52.9
41.49996919
309.5567822
73.05873097
21400.02375
51.70469283
52.8
41.49157224
281.7857835
66.5179355
19230.43609
47.07567976
螺旋套管换热器数据处理表
50.55
0.1858
46.66785267
582.4993213
67.17874648
54239.69153
47.54334499
52.3
44.71557171
540.5247876
65.05955933
51379.78052
46.0435664
52.95
44.20447659
512.9019998
62.44856023
48322.63427
44.19572557
53.15
44.12468353
490.0219575
59.77068426
45364.10564
42.30055503
53.1
44.18764456
467.358056
56.92501734
42405.57701
40.28663648
44.49905035
443.520819
53.64355585
39348.43076
37.96429997
52.55
44.63645387
421.5670943
50.83131087
36488.51975
35.97403459
45.19566723
396.834417
47.25707302
33529.99113
33.44449612
51.85
45.11703357
370.4343683
44.19010425
30571.4625
31.27395913
51.65
44.99689202
342.7220364
40.99338698
27711.55149
29.01159729
51.45
45.05638326
312.6321563
37.34492649
24654.40524
26.42953043
44.89801451
281.9092925
33.79376238
21695.87661
23.91632157
51.35
45.04823363
262.6326253
31.37799566
20019.37705
22.20664944
十．实验思考题
1.与流体的物流性质有关，比如流速、密度、粘度、管径、导热系数等。
（1）.
流体流动的状态：
层流、湍流等。
（2）.
流体流动的原因：
自然对流、强制对流等。
（3）.
流体的物理性质：
密度、比热容、粘度、导热率等。
（4）.
传热面的形状、位置和大小：
如管、板、管束、管长、管径、管子排列方式、旋转位置及表面是否有翅片等。
（5）.
相变化的影响：
蒸汽冷凝与液体沸腾均有相变化发生，机理更为复杂，表面传热系数比无相变化对大得多。
2.当对流传热处于湍流时，主要是给热系数h1影响K值，要提高K值，可定期清洗传热装置，减少污垢对传热系数的影响。
3.它们是传热器的对数平均温度，逆流时
并流时
4.接近冷凝水这侧温度，因为冷凝水的给热系数远大于空气。
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