化工基础实验套管式液-液热交换实验

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1、实验六套管式液-液热交换实验化工组预习复习系统实验目的实验原理实验内容实验装置图实验数据记录思考题一、实验目的和内容了解套管式液-液热交换原理；掌握套管式液-液热交换实验的操作步骤；测定套管换热器中进行液—液热交换过程时，流体在圆管内作强制湍流时的传热膜系数；测定套管换热器中进行液—液热交换过程时，流体在圆管内作强制湍流时的总传热系数；建立求算传热系数的关联式以及实验数据的回归；建立计算传热系数的数学模型并进行数值计算；将模拟计算值与实验数据进行比较。若热流体在套管热交换器的管内流过，而冷流体在管间流过，设备

2、两端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，可由流体的热量衡算方程来表示：就整个热交换而论，由传热速率基本方程式经过数学处理，可得到计算式为：二、实验原理如果从冷、热流体给热来看，则平均温度差可按下式计算：若ΔT1和ΔT2分别为热交换器的两端冷、热流体之间的温度差，即和由(6-1)和(6-2)两式联立求解，可得传热总系数的计算式：由(6-1)和(6-3)两式联立求解，可得传热膜系数的计算式：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(如：管内径d，m；管内流速u，m·s-1；

3、流体密度ρ，Kg·m-3；流体粘度μ，Pa·s；定压比热容Cp，J·Kg-1·K-1；和流体导热系数λ，W·m-1·K-1)之间的关联式式中：上列关联式中的系数b和指数m和n的数值，需要通过实验来测定。依据实验数据，经最优参数估计回归后，可得到b，m和n的具体数值；根据给热系数的关联式，则给热系数、传热总系数就可由该式计算。可用因次分析的方法将关联式化成如下准数方程形式：流体在圆形直管内作强制对流时，传热膜系数α与各项影响因素之间的关联式式中：上列关联式中的系数b和指数m和n的数值，需要通过实验来测定。依据实

4、验数据，经最优参数估计回归后，可得到b，m和n的具体数值；根据给热系数的关联式，则给热系数、传热总系数就可由该式计算。可用因次分析的方法将关联式化成如下准数方程形式：由于实验设备已经被确定，所以管长l和管径d也已经被完全确定，因此本实验不涉及管长和管径；故此，在影响流体间壁式换热的10个因素中(压强可以看为常数)，当流体的流速u改变时，冷、热流体和管壁的进出口处温度亦会随之改变，因此冷、热流体的物性参数(热力学强度变量)密度ρ、粘度μ、冷、热流体的恒压热容Cp、冷、热流体的热膨胀系数β和冷、热流体导热系数λ=

5、λ也会改变。三、实验内容本实验主要是在改变流体流速的情况下，测量冷、热流体的进出口温度t1、t2、T1、T2、Tw1和Tw2。进而计算出冷、热流体的定性温度T定和t定，再计算冷、热流体的物性参数密度、粘度、冷、热流体的恒压热容、冷、热流体的热膨胀系数和冷、热流体导热系数，以及无因次准数：雷诺准数、普兰特准数、格拉晓夫准数和努塞尔准数；由于是强制对流，所以格拉晓夫准数与常数项一起收敛成了新的常数b。然后依据最优参数估计的方法回归，确定给热系数准数关联式中的系数b和指数m与n的数值。四、实验设备为了进一步了解“套

6、管式液-液热交换实验”的原理，请看以下实验装置图。辅助工作系统为了协助主实验系统正常工作，有五个辅助工作系统：①电动力工作系统②冷却水系统③加热系统④热水循环系统⑤温度测量系统。①电动力工作系统：电源、电源线、电动机和水泵②冷却水系统：将冷水由上水导管接入高位恒位水槽，经高位恒位水槽出水口流入冷、热流体换热系统的冷水管入口进入换热器套管夹层，在经过换热后，经冷水回水管，流入污水排放管。③加热系统：四组电加热器、贝克曼温度计和控制加热开关。④热水循环系统：热水储槽、循环水泵、循环管路、转子流量计和流量控制阀门。

7、⑤温度测量系统：贝克曼温度计、冷井、测温线路和测温开关。五、实验数据记录序号流量流速冷流体温度热流体温度管壁温度密度粘度热容导热系数qVu进口出口平均温度进口出口平均温度进口出口ρμCpλm3·s-1m·s-1℃℃℃℃℃℃℃℃kg·m3kg·m-1·s-1J·kg-1·s-1w·m-1·K-112345678910实验数据处理序号流量流速努塞尔特准数雷诺准数普兰特准数qVuNu=α·d/λRe=d·u·ρ/μPr=Cp·λ/μm3·s-1m·s-112345678910六、思考题本实验冷热流体的流向对传热效果

8、有影响否？传热膜系数计算值与测定值差异是何原因？为什么要待传热稳定之后再测取数据？影响传热膜系数的因素有哪些？