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四．数据分析
五．结果与讨论
六．误差分析
七．结论
在这个实验中，我们关心的是稳态传热，特别是在换热器的连接。
在工业中，任何流体之间的热传递几乎总是两个热交换器完成的。
热，冷流体不直接接触，而是由一个管壁或表面分离。
热传递是通过热流体在墙壁或管道表面的对流完成的，通过管壁或传导板，在对留给冷流体。
虽然有许多类型的换热器，不过壳管式换热器最常见，主要是它处理大流量比较好。
在管壳式换热器，流动是连续的，这意味着发生传热可以稳态过程建模来获得方便的计算。
由于热交换器兼顾传导和对流，因此对每个类型传热简短的讨论是必要的。
传导
热传递机制最基本的，是传导发生在直接接触的表面之间。
热量通过分子间的动能转移，并可以表示为：
（1）
这里qx/A是每单位面积热（热通量）的能量，k为传热系数，dT/dx是在x方向的温度梯度。
一般来说，它是假设（因为它是在这个项目中）的K不随位置变化。
因此，
（1）可写为：
（2）
这种类型的传热发生在换热器墙或管状曲面之间的热和冷流体，因此k将是墙体材料的特性。
对流
热对流在气体或液体大规模流动中发生。
它常常涉及到固体表面及流体之间的能量交换，因为它符合这种情况。
当外界流体在固体表面受迫或自然对流，我们推出从固体到液体的传热速率，反之亦有下面的公式：
（3）
其中q是传热率，A为面积，TW是固体表面温度，Tf为平均（散装）流体（两绝对规模的温度）的温度，h为对流换热系数。
总体系数
在这种情况下，有两种形式的传热发生：
传导和对流。
每个方程使用某种形式的温度梯度和传热系数。
当对流和传导一起发生，通常情况下，这两个方程可以合并成一个总的热传导方程：
（4）
这里
是每一层阻力。
（对流，传导，对流墙，在管道中）。
结合电阻和温度梯度分离得出这样：
（5）
这里ΣR是电阻的总和。
卸下共同热流从每个学期叶术语：
（6）
其中U是整体的传热系数。
我们的项目是专门为1:
2实验确定工作的换热器。
美国国家仪器的LabVIEW软件
1:
2管壳式换热机组
温度计
秒表
开口扳手
200升鼓
首先，我们加入冷水，紧接着加入热蒸汽。
我们研究的1:
2管壳式换热器有两个独立的变量。
第一个是冷水流量上涨，这是由LabVIEW软件控制的，通过调整电流实现流量控制。
蒸汽流量是第二个独立变量，它是由一个压力调节器（不同螺杆高度给出了不同的压力）螺杆控制。
螺杆高度是螺丝尾部与第一块蓝色金属压力调节器之间的距离。
我们的实验分为两个部分：
第一，我们只调整了冷水流量。
我们使用秒表和测量鼓测量流速来获得电流和实际流量之间的相关性。
一旦确定，我们试图确定换热器的操作空间。
在一个特定的高度，我们使冷水从最高点流向最低点。
在最高点，我们得到冷水流的最大温度变化，最高温度限定在140°
F以下，安全线以下的其中一个连接点。
最低点受限于压力调节器内的气穴。
对于每个情况，我们还测量流出来的冷凝水和出口蒸汽温度。
这些标准都是决定换热器总传热系数的重要因素。
冷流进出口温度由一个分隔开的换热器上的温度计监测在符合使用范围内。
我们对几个不同的数据集进行分析。
主要是为了获得计算总传热系数，实验进行了二次分析校准蒸汽压力和质量流量拧高度，确定了热交换效率，逐步改变以确定科恩-库恩控制水流量。
绘制出水口温度相对于换热器的操作空间内螺丝深度和水流量的曲线。
蒸汽的质量流量标定的压力在很大程度上取决于我们的假设值。
我们的分析认为，蒸汽质量流量阻塞在压力调节器处，由于蒸汽疏水阀，我们多次测量取波动平均值。
由于后压力调节系统没有热电偶，假设蒸汽饱和蒸汽进入换热器我们得到了进料温度。
由于时间和较小压力范围的限制，我们校准蒸汽压力直到螺丝高度保持在两极点间的同一条线上。
分析的另一个假设是，假定它是一个一次走刀换热器。
虽然它并非如此，修正因素用来找到真正的不能为具有相变的均值动力和不可忽略的感热系统。
假设的基础作用的是取代传热系数，而不是温度功能，U应随温度升高而降低。
尽管这种趋势在我们的分析中可以看出，转移系数标准偏差的热量为15％（5％），这相比其他误差是比较明显的（这相对于其他误差微不足道）。
传热系数由等同入水的热量流和换热器设计方程获得。
（见背景和理论，eqn。
号码（6））。
假设U与温度恒定，我们获得438.69±
15％英制热量单位。
因为我们知道的是一传系数随温度变化，我们绘制U与T的函数。
椭圆形上的数据点有一个明显的趋势，但温度依赖较弱。
虽然平均值在使用中有系统误差，错误在计算中几乎是等大的。
在这种分析中的错误，主要是在接收到的数据上。
温度，如热电偶测得的平均±
5oF振荡，而振荡米流量高达5％。
只使用这些错误的来源，传播界引起的U误差达到12％左右。
对于误差的其他来源，包括涉及的热量线性插值的压力校准，既影响了进料温度以及潜在的蒸汽流。
更多的未知误差是发生在测量螺丝深度。
科恩-库恩控制系数的计算采用图形化的方式。
在图形中找到Kp,tp,和td（处理增益，处理时间常数，并处理延迟）和-库恩的相关系数，用科恩-库恩图解法解决。
图解法显示如下。
百分比效率
为了简单起见，本文的目的，换热器百分效率定义为进入水的能量与离开了的水蒸气的比值。
因为我们知道压力，和温度，汽化热，进出口温度和水的质量流量，计算也很简单。
换热器的平均效率为（79±
9）％。
长管换热器冷凝水出口处的范围内可能会失去热。
长胶管是不绝缘的，通过我们的实验发现，该油管相当热。
这意味着额外的热量将离开蒸气流至外面的空气，并会导致效率降低。
此外，由于换热器对外界的空气是开放的，通过外部的热量交换会失去一些热量。
更贴近实际换热器测量温度可以最大限度地减少这种误差。
科恩-库恩控制系数
科恩-库恩控制系数，先从每一步流量变化导致的温度变化结果确定图形。
被确定的工艺参数如下图所示的。
由此产生的系数分别为：
参数平均值标准差
同样依赖于温度系统的控制系数每一步都在改变。
由于这是一项观察性研究（数据未通过此明确目的收集），数量有限的温度变化仅仅由水流量的改变而改变，而它阻止了衰退分析。
这些结果在巨大规模的顺序下应被视为准确的。
操作空间
对于工作温度空间，可以看出，在以下两图。
温度变化随水流量和蒸汽压变化，蒸汽温度随蒸汽压力增大和流量减小而增大。
压力绘制出螺丝深度，假设它线性变化而且是间接压力。
温度
系统上的限制不应超过140F和10加仑/分钟。
我们找到了下界的绘图系统中的蒸汽压力和液体流量，这不是遥远的小部分区域。
流量低于6加仑每分钟而且螺丝深度小于2.7厘米导致物理意义上系统的不稳定。
140F的上界只有在一定流量下是可达到的。
临界点
从我们得到的结果得出，对于个别点很难指定到决定性处理率。
压力调节器以上3.005厘米，依靠进入压力突然减弱。
这可以看到上图上的等高线。
目前几乎没有运行价值随压力改变而改变（垂直水平线条）除了在非常小的压力下。
流量标定
位于冷流速控制系统的是桨轮流量计。
这个流量计连接着数字显示，同时也通过计算机输出。
数字显示和计算机日志都包含了一个常数乘数，用来将桨轮的输出转换成流量。
此校正因子被认为是不正确的，所以要确定一条标准曲线。
希望这些信息可以用来确定一个更准确的校正因子。
蒸汽凝结水流量标定
我们的数据分析需要关于换热器管壳内的流体质量和流量的知识，使我们可以通过了解热容和温度变化来确定转移的热量。
主流速在图中根据调节阀螺丝深度来表示它的性能。
螺丝深度减小蒸汽流量则按线性增加直到一个近似3.4英寸的突破口，在这蒸汽凝结水没有进一步的增加。
蒸汽压力校准
在稳压器上蒸汽压力值也采取最大和最小的螺丝设置。
校准压力阀是连接到系统的，蒸汽压力测定如下图所示。
假定蒸汽压力与这些值是线性关系。
但压力升高时，调节器的流量停滞会引起一个问题。
这也许是因为调节器不仅调节压力而且调节流量。
流量停滞限制了操作空间的范围。
这并没有影响到任何其它的成分分析。
换热器上的疏水阀导致了凝结水流量的一些误差。
这将导致得到一个小的凝析流测量值，它使潜热的贡献变大，U值变小。
为了纠正这一点，我们取多个值，并取平均值。
通常在不同的日子，有时要移动螺丝高度的参考点，得到最后小数位不同的高度测量。
总体来说这一效应是最小的，没有办法可以确定它会影响哪种方法的结果，因为它是双向的。
温度值巨幅波动，高达15华氏度，导致有出现冷温度的不确定值。
这主要是因为蒸汽疏水阀的影响，它在任何特定时间或多或少的带进了蒸汽。
视情况而定，这又可能导致更高或更低的数值。
因为在换热器中存在相变和潜热的重要作用，我们不可能找到校正因子来决定正确的驱动力。
1-2交换器温度矫正误差
因为是1-2换热器，对数平均温差不是正确的驱动力。
然而它可以作为驱动力计算时的一个额外校正因子FT.。
这个校正因子可以由数值，例如图4.9-4所示的GeankopolisFigure决定。
校正因子由两个无量纲变量决定，它们取决于换热器双方温度的输入和输出。
Y和Z都取决于从换热器获得的多个数据点。
从这个图上发现，在大多数情况下，Z值相对于Y值过大，至少是Y值的2倍。
我们认为这些差异是由于从换热器或换热器与温度测量点间的热量损失。
如果测得的温度略有上升，则Z值较小，使无量纲变量在图上相交，得到1-2换热器温度校正因子。
总传热系数为438.69±
15%btu/ft2s。
换热效率为79±
效率损失是由于上述讨论的误差。
Cohen-Coon控制常数分别如下：
Kc=0.18767±
0.13049s-1,τd=82.358±
10.1612s,以及τi=9.915±
0.681s。
对于未来的实验，这些值可以为更先进的实验设计控制器。
操作空间温度在60-140华氏度之间，螺纹深度在3000到3825厘米之间，流量在0.4503到0.6099mA之间。
温度变化与水流量和蒸汽压力的预期是，温度升高则蒸汽压力升高，水流量减小。
未来，流量校正因子可以用来获得更加准确的校正因子。
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