水-蒸气给热系数测定实验

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1、贵州理工学院化工原理实验报告学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺(能源变换材料及工程方向)班级：能源162姓名学号实验组号3实验日期2018年6月8号指导教师张文娟成绩实验名称水-蒸气给热系数测定实验实验目的1-了解间壁式传热元件，掌握给热系数测定的实验方法；2.观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象，测定水在圆形直管内的强制对流给热系数;3.了解影响给热系数的因素和强化传热的途径；二、实验原理在工业生产过程中，大量情况下，冷、热流体系通过固体壁面(传热元件)进行热量交换，称为间壁式换热。如图(4-1)所示，间壁式传热过程由热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导

2、和固体壁面对冷流体的对流传热所组成。图5-1间壁式传热过程示总图间壁式传热元件，在传热过程达到稳态后，有(4-1)Q=叫Cp他一T2)=m2cp2(t2-t^)=GCjAf(T—Tw)w=(x2A2(tw—t)m式中：0—传热量，J/s；刃一热流体的质量流率，kg/s；cpl一热流体的比热，J/(kg-°C)；7；—热流体的进口温度，°C；t2—热流体的出口温度，°C；nh—冷流体的质量流率，kg/s；Cp2一冷流体的比热，J/(kg-°C)；右一冷流体的进口温度，°C；t2—冷流体的出口温度，°C；Q—热流体与固体壁面的对流传热系数，W/(m2-°C)；4—热流体

3、侧的对流传热面积，m2；(T-Tw—热流体与固体壁面的对数平均温差，°C;g—冷流体与固体壁面的对流传热系数，w/(m2-°C);A—冷流体侧的对流传热面积，m2；—固体壁面与冷流体的对数平均温差°C;热流体与固体壁面的对数平均温差可由式(4—2)计算,(4-2)式中：心―热流体进口处热流体侧的壁面温度，°C；人2—热流体出口处热流体侧的壁面温度°Co固体壁面与冷流体的对数平均温差可由式(4—3)计算,(4-3)式中：切一冷流体进口处冷流体侧的壁面温度，°C；血一冷流体出口处冷流体侧的壁面温度，°Co在本装置的套管换热器中，换热桶内通水蒸汽，内铜管管内通水，水蒸

4、气在铜管表面冷凝放热(4—4)而加热水，在传热过程达到稳定后，有如下关系式:VpC＞戸02—方1)=色力2(方w—乃)“式中：V一冷流体体积流量，m'/s；P一冷流体密度，kg/m3；Cp—冷流体比热，J/(kg・°C)；tlKt2—冷流体进、出口温度，°C；5—冷流体对内管内壁的对流给热系数，W/(m2-°C);A—内管的内壁传热面积，m2；内壁与流体间的对数平均温度差，参照式(4-3)可得，°C;当内管材料导热性能很好，即入值很大，且管壁厚度很薄时，可认为Twl=twl,Tw2=tw2,即为所测得的该点的壁温，则由式(4-1)可得：VpCP(t2-t,)(4—5

5、)若能测得被加热流体的人匕、切内管的换热面积A2,壁温九、切则可通过式(4—5)算得实测的冷流体在管内的对流给热系数a2o对于流体在圆形直管内作强制湍流对流传热时，传热准数经验式为，Nu=0.023Re08Prn(4-6)式中：Nu—努塞尔数，Nu=^-,无因次；Re—雷诺数，Re=叫无因次；Pr—普兰特数,A“Pu芈无因次；上式适用范围为：Re=1.0X104—1.2X105,Pr=0.7—120,管长与管内径之比L/dN60。当流体被加热时n=0.4,流体被冷却时n=0.3。cc—流体与固体壁面的对流传热系数，W/(m2-°C);d—换热管内径，m；A—流体的导

6、热系数，W/(m•°C);u—流体在管内流动的平均速度，m/s；p—流体的密度，kg/m3；A—流体的粘度，Pa•s；Q—流体的比热，J/(kg-°C)o故可由实验获取的数据点拟合出相关准数后，即可作出曲线，并与经验公式的曲线对比以验证实验效果。三、实验装i本实验装置由蒸汽发生器、玻璃转子流量计、套管换热器及温度传感器、温度显示仪表等构成。装置参数中：紫铜管规格12X2mm,即内径为弘叫长度为伽。—进水管路；2-蒸汽入口；3-玻璃转子流量计；4-冷流体进口温度；5-套管换热器；6-惰性气体；7-蒸汽进口压力表；8-蒸汽温度；9-蒸汽出口温度；10-冷流体出口温度；门

7、-水箱；12-水泵；13-旁路球阀；14,16-冷凝水排空阀；15-蒸汽进口调节球阀；17-流体流量调节阀水一汽体系：来自蒸汽发生器的水蒸气进入套管换热器，与来自水箱的水进行热交换，冷凝水经管道排入地沟。冷水经增压泵和转子流量计进入套管换热器内管（紫铜管），水流量可用阀门调节调节，热交换后进入下水道。注意本实验中，冷流体并非循环使用，实验过程中需要给水箱连续通水源。四、实验步骤1•手动操作（1）检查仪表、水泵、蒸汽发生器及测温点是否正常，检查进系统的蒸气调节阀是否关闭。（2）打开总电源开关、仪表电源开关（由教师启动蒸汽发生器和打开蒸气总阀）；（3）启动水泵；（4