水-蒸汽给热系数测定实验

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1、****化工原理实验报告学院：化学工程学院专业：******班级：****姓名***学号***实验组号***实验日期*****指导教师*****成绩实验名称水-蒸汽给热系数测定实验一、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，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热所组成。间

2、壁式传热元件，在传热过程达到稳态后，有（6－1）式中：Q－传热量，J/s；m1－热流体的质量流率，kg/s；cp1－热流体的比热，J/(kg∙℃)；T1－热流体的进口温度，℃；T2－热流体的出口温度，℃；m2－冷流体的质量流率，kg/s；cp2－冷流体的比热，J/(kg∙℃)；t1－冷流体的进口温度，℃；t2－冷流体的出口温度，℃；a1－热流体与固体壁面的对流传热系数，W/(m2∙℃)；A1－热流体侧的对流传热面积，m2；－热流体与固体壁面的对数平均温差，℃；a2－冷流体与固体壁面的对流传热系数，W/(m2∙℃)；A2－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，℃

3、；热流体与固体壁面的对数平均温差可由式（6—2）计算，（6－2）式中：TW1－热流体进口处热流体侧的壁面温度，℃；TW2－热流体出口处热流体侧的壁面温度，℃。固体壁面与冷流体的对数平均温差可由式（6—3）计算，（6－3）式中：tW1－冷流体进口处冷流体侧的壁面温度，℃；tW2－冷流体出口处冷流体侧的壁面温度，℃。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，水蒸气在铜管表面冷凝放热而加热水，在传热过程达到稳定后，有如下关系式：（6—4）式中：V—冷流体体积流量，m3/s；Ρ—冷流体密度，kg/m3；CP—冷流体比热，J/(kg·℃)；t1、t2—冷流体进、出口温度，℃；α2

4、—冷流体对内管内壁的对流给热系数，W/(m2·℃)；A2—内管的内壁传热面积，m2；(tw－t)m—内壁与流体间的对数平均温度差，参照式（6－3）可得，℃；当内管材料导热性能很好，即λ值很大，且管壁厚度很薄时，可认为Tw1＝tw1，Tw2＝tw2，即为所测得的该点的壁温，则由式（6－1）可得：  （6—5）若能测得被加热流体的V、t1、t2，内管的换热面积A2，壁温tw1、tw2，则可通过式（6—5）算得实测的冷流体在管内的对流给热系数α2。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，（6－6）式中：Nu－努塞尔数，，无因次；Re－雷诺数，，无因次；Pr－普兰特数，，无

5、因次；上式适用范围为：Re＝1.0×104～1.2×105，Pr＝0.7～120，管长与管内径之比L/d≥60。当流体被加热时n＝0.4，流体被冷却时n＝0.3。a－流体与固体壁面的对流传热系数，W/(m2∙℃)；d－换热管内径，m；l－流体的导热系数，W/(m∙℃)；u－流体在管内流动的平均速度，m/s；r－流体的密度，kg/m3；m－流体的粘度，Pa∙s；cp－流体的比热，J/(kg∙℃)。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、实验装置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

6、数中：紫铜管规格12×2mm，即内径为8mm，长度为1m。1-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；11-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—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

7、续通水源。四、实验步骤1.首先确定所有阀门处于关闭状；2.打开蒸汽发生装置；3.打开排水阀，排除套管内的冷凝水，再打开水泵电源、仪表电源及总电源；4.打开并调节蒸汽调节阀和排气阀（慢慢打开，压力表指针若上下摆动剧烈，则调节排气阀使压力稳定在0.01），使压力稳定在0.01左右，打开水流量控制阀门，将水导入套管；5.缓慢调节蒸汽出口阀，将转子流量计的流量控制在指定流量处，当压力稳定时读取压力表读数、蒸汽温度、冷流体进出口温度及冷流体进出口的壁温（