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
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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