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时间:2019-06-21
《水-蒸汽给热系数测定实验》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
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(
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