大学生研究性学习和创新性实验计划项目.doc

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1、大学生研究性学习和创新性实验计划项目结题报告书项目名称含不凝性气体的蒸汽冷凝试验研究项目主持人罗谷所在学校及院系湘潭大学机械工程学院项目级别□国家级□省级■校级立项年份2011年指导老师彭德其填表日期2013-3-25湘潭大学教务处制一、基本情况项目名称含不凝性气体的蒸汽冷凝试验研究立项时间2011年7月完成时间2013年3月项目主要研究人员序号姓名学号专业班级所在院（系）项目中的分工1罗谷201050152110过控2班机械工程学院方案设计、总结2曾军201050141410过控1班机械工程学院数据处理、分析3杨娟201050020210金材2班机械工程

2、学院数据采集4彭世雄201050062510机设4班机械工程学院实验台建设、资料整理二、研究成果简介项目成果类型□产品□系统软件□论文□专利þ其它（注：请在相应成果复选框内打“√”，其它请具体说明）项目成果名称含不凝性气体的蒸汽冷凝试验装置以及研究报告一、项目研究的目的、意义蒸汽冷凝传热过程广泛存在于石油、化工、电力等行业中。有机混合蒸汽、空气—蒸汽混合气等非共沸工质的冷凝在工业生产中占有重要的比例。由于沸点不同，冷凝过程中不凝性气体的存在会导致冷凝换热系数大幅下降，直接影响到换热效率和设备的产能。本项目的研究，主要为实现冷凝设备高效率、低耗能，高收益，低

3、污染运行，为工厂提高产量、节能、减排提供技术支持。本项目的研究目的主要包括：1）机理研究：可以确定不凝性气体严重影响设备换热性能的临界浓度，为不凝性气体的监测、清除方案提供实验基础。2）减少设备能耗：当加热蒸汽内混有空气时，空气会聚积在冷凝液膜表面附近。由于空气的热阻很高，阻碍了传热的进行，如当不凝性气体含量达到1%时，冷凝传热系数将下降60%,这样必然会增加蒸汽耗量。因此，研究此项目有利于降耗。3）降低设备成本：由传热方程Q=K*A*ΔT,当传热系数提高时，将会大幅度的减少换热面积，从而降低设备成本。4）形成显著的经济效益：通过简便经济的方法将不凝性气体

4、分离并排除可提高设备传热效率、降低设备的运行成本和功耗。因此，含不凝性气体的蒸汽冷凝传热强化技术有重大经济效益和社会效益。二、研究成果的主要内容、重要观点或对策建议1、实验装置及流程在不凝性气体（空气）存在下的蒸汽冷凝试验中，我们采用水平管换热器作为换热设备，采取气液两相逆流操作，其中管内是自右向左流动的冷却水，管外是自上而下的待冷冷凝混合气。实验流程如图;图一实验流程1-蒸汽锅炉2-混合室3、7-转子流量计4-空气压缩机5-冷却水箱6-水泵8-台秤9-接液器10-换热器t、T：热电偶f：阀门P精密压力表整个实验系统由冷却水系统和冷凝工质系统构成，其包含蒸

5、汽锅炉、实验段、空气压缩机、水泵、水箱及测量控制仪表等。实验工质采用水蒸气与空气的混合物。（1）冷凝工质系统（一回路）：冷凝工质系统采用闭路系统。实验前，先对系统进行充气和排气，液体工质在蒸发室受热蒸发后进入实验段的混合室f2与空气混合，然后在冷凝管上换热，冷凝水由于重力作用离开冷凝管经疏水阀流入接液器。（2）冷却水系统（二回路）：冷却水用自来水，冷却水系统采用开路系统，以控制进口水温。实验时，调节冷却水阀门，让其匀速流入水池，冷却水通过过滤阀后由水泵抽出，由水泵抽出的冷却水一部分在液体转子流量计与阀门的调节后进入实验段，自实验段换热后流出的冷却水回流进冷

6、却水箱。实验装置如图图二实验装置2、实验设备及仪器水泵1HF65-40-200；n：1450r/min；Q：12.5/h；H：12.5m；N：1.5kw空气压缩机输入功率：3HP液体流量计玻璃转子流量计：LZB-80F；量程1~10/hLZB-25F；量程0.1~1/h气体流量计玻璃转子流量计：LZB-10F；量程0.16~1.6/h蒸汽锅炉LDR0.063-0.7；功率30Kw精密压力表YB-150A；精度等级0.4级；0~0.6MPa换热器钢管内径Φ管＝38mm3、实验原理本实验采用冷却水与空气-水蒸气混合气体进行换热，改变冷却水流量，冷却水进口温度等

7、操作变量研究不凝性气体对传热系数K值的影响。水蒸气冷凝放出的汽化潜热被冷却水吸收，故可根据冷却水流量、进出口温度以及蒸汽的温度等条件计算出传热系数K。冷却水流量由7-玻璃转子流量计测出，温度均采用温度传感器进行测量，蒸汽流量通秤取冷凝水质量换算出再与3-玻璃转子流量计测得的空气流量在同等条件下计算出空气体积含量。具体计算公式如下：1）热量衡算Q=若误差控制在5%范围内则实验数据可靠其中质量流量由下式求得W=式中：V—冷流体在套管内的平均体积流量，；—冷流体的定压比热，kJ/(kg.℃)；ρ—冷流体的密度，；—冷流体的进口温度，；—冷流体的出口温度，。和ρ可

8、根据定性温度查得，=为冷流体进出口平均温度。2）换热器稳定传热时的