化工原理传热综合实验.docx

1、化工原理传热综合实验实验时间 2020 年 5 月 14 日传热综合实验(一)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 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=ARmePr0.4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

2、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 ?= ? ? ?Tm ( 1-1 )所以对于总传热系数 ?= ? ? (?2-T1)/(? ?Tm) (1-2)式中： Q 热量 (W)；S 传热面积 (m2) ；Tm 冷热流体的平均温差 ( ) ； ?= ?w-TmK 总传热系数 (W/(m2 ) ；CP 比热容 (J/(kg K) ；W 空气质量流量 (kg/s) ；T=T2

3、-T1 冷物流温度差 ( )。换热器的面积： ?= ? ( 1-3)式中： di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? =?36001-4)1-5）2 ?1= ?0? ?0 2 ?1体积流量 ?1式中： c 0 孔板流量计孔流系数， c0=0.65；A0 孔的面积， m2；d 0 孔板孔径， m；? -?- 孔板两端压差， Pa；流速? =?1 273+?273+?1?1 空气入口温度（即流量计处温度）下密度，? 传热管内平均体积流量， m3/h ；? 空气定性温度，；?=?1+?2?=? ?di24m/s雷诺准数 ?=? du? 其中 平均粘度， Pa s

4、（ 1-6 ）kg/m3；（ 1-7 ）（ 1-8 ）1-9）1-10 ）传热准数 ?ui= ?id?i?普朗特准数 ?ri= ?p?i?（ 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

5、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。表一孔板孔径 （m）孔板流量计孔流系数 C0管长（ m）管径（ mm）0.020.650.9020.00表二流量计压差 P（kPa）0.330.180.470.861.52.33冷物流进口温度 T136.6537.1838.1739.5741.8244.73冷物流进口均密度t1（kg/m3）1.14021.138311.134771.129781.121741.11135冷物流出口温度 T2

6、72.9973.0173.0673.1273.2173.34壁面温度 Tw100100100100100100空气定性温度 Tm54.8255.09555.61556.34557.51559.035平均密度 tm(kg/m3)1.077091.076191.074471.072061.06821.06318平均导热系数 tm*100( W/m K)2.863742.865662.86932.874412.88262.89324平均比热 CpJ/kg/ k100510051005100510051005平均粘度 tm*100000(Pa s)1.98411.985481.988081.99173

7、1.997572.00517冷物流温度差 t36.3435.8334.8933.5531.3928.61平均温度差 tm( )45.1844.90544.38543.65542.48540.965体积流量 Vt1m3/h12.031928.8935414.3933819.5128925.8623232.38323平均体积流量 Vmm3/h12.737949.4072115.2003120.5601127.1516533.8412平均流速 um/s11.268538.3220213.4468418.1883524.0195129.93737传热速率 Qw139.176101.2616159.08

8、76206.4761254.2234287.4445对流传热系数 W/m2 40.8768329.9232847.5619162.7617279.4033893.11081雷诺数 Re12234.539021.5614534.919580.0425688.831746.8传热准数 Nu28.5478620.88433.1522143.6692155.0914164.36428Pr0.697040.696980.696880.696730.69650.69619Nu/(Pr0.4)32.9815824.1282338.3045350.4602463.6672674.39659P=0.03kPa时

9、，冷物流进口温度 T1=36.65，此温度气体的密度 T1=1.1402g/m3另外，冷物流出口温度 T2=72.99 壁面温度 Tw=100 ?= 36.65+272.99 = 54.82此温度气体的平均密度 Tm =1.077 kg/m3平均导热系数 Tm*100=2.86374 W/m K Tm=2.86374 10-2W/m K平均比热容 Cp=1005 J/( kg K)平均粘度 Tm* 100000 =1.9841 Pa s Tm=1.98 10-5 Pa s冷物流温度差 T=T2-T1=72.99-36.65=36.34 冷热物流间平均温度差 Tm=Tw-Tm=100-54.82

10、=45.18 体积流量12.03?3/?对流传热系数CpVm ? ?= ? ? (?2-T1)/(? ?Tm)=2 1 3600 dl Tm1005 12.73 1.077 36.343600 0.90 ? 0.02 45.1840.8768 W/(m2雷诺准数 ?=? du? =0.02 11.26 1.0771.98 10-53698.2传热准数 ?ui= ?id?i?40.88 0.022.86 10-228.55普朗特准数 ?ri=?pi? 1005 1.98 10-5 ? = 2.86 10-20.70(三 )、绘图)4 .0 /r(P uN80706050403020?0. 4 =

11、28.5470.700.432.98Nu/(Pr0.4)其线性拟合方程 y = a + b*x绘图 Nu/(Pr0.4)权重 不加权截距 5.69463 1.52298斜率 0.00221 7.47078E-残差平方和 8.31826Pearsons r 0.99773R平方 (COD) 0.99547调整后 R平 0.994335000 10000 15000 20000 25000 3000035000雷诺数 Re1.91.8方程 绘图权重 截距 斜率 残差平方和y = a + b*xlog(Nu/(Pr0.4)不加权-2.14626 0.09040.89498 0.021333.8228

12、4E-4log(Nu/(Pr0.4) 其线性拟合1.71.61.5Pearsons rR平方 (COD)调整后 R平方0.998870.997730.997171.41.33.9 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5log( 雷诺数 Re)五、实验结果与讨论1)从图一 Pr0.4) 与雷诺数 Re 的关系曲线的线性拟合直线可求出关联式Nu=ARmePr0.4 中常数 A的值，即 A=0.00221 7.47078E -52)lgNu/(Pr0.4) 与 lgRe 的关系曲线(即 lgNu/(Pr0.4)=lgA+mlgRe )的线性拟合直线可求出关联式 Nu=ARePr0.4 中常数 m 的值，即 m=0.89498 0.021333)理论值 m=0.8 A=0.0023 一定误差，可能原因有 : 实验系统在修正数据小数位时的省略，还有就是每个人都是固定一个旁路调节阀，而改变另外一个的开度，而数据在相同开度时不一样，可见其他调节阀开度会影响实验。实验中并没有给出全部的密度等对比数据， (也不可能列举) 所以做线性回归总是有误差。4)实验即使有误差，但是其值也基本接近理论值0.0023 0.00210.0023100% = 8.7%0.895 - 0.80.8100% = 11.9%可见实验在一定的情况下能验证准数方程