北京化工大学:《化工原理》课程教学资源(实验指导)04 传热实验

化工原理实验 传热膜系数 测定实验 101&103实验室
1 化工原理实验 传热膜系数 测定实验 101&103实验室

、 复习 确定a的方法: 1、数学解析,列方程,联立求解 2、因次分析,考察变量对结果的影响,看不清本质 3、数学模型,复杂过程一物理模型一数学模型一实验
2 一、复习 确定α的方法: 1、数学解析,列方程,联立求解 2、因次分析,考察变量对结果的影响,看不清本质 3、数学模型,复杂过程—物理模型—数学模型—实验

二、实验目的 在套管式换热器中发生:壳程蒸汽冷凝对流传热、铜管壁 传导传热、铜管内强制对流传热。 总传热方程 Q=K·A·△tm 总传热系数 1 1 1 1 十 十 X 入/d a1数量级: 104 WWm2℃) /d数量级: 104 WWm2.℃) a2数量级: 102 WWm2.℃) 关键因素a2,如何确定? (进一步确定K) 3
3 二、实验目的 在套管式换热器中发生:壳程蒸汽冷凝对流传热、铜管壁 传导传热、铜管内强制对流传热。 总传热方程 总传热系数 m Q K At 1 2 1 / 1 1 1 K d α1 数量级: 104 W/(m2•℃) λ/d数量级: 104 W/(m2•℃) α2 数量级: 10 2 W/(m2•℃) 关键因素α2,如何确定?(进一步确定K)

通过实验要达到以下目的: 1、测定管内壁与空气的对流传热膜系数α2: 2、测定用因次分析法求a2时,关联式Nu=ARemPrn 中的参数; 3、分析影响α,的因素,了解工程上强化传热的措施
4 通过实验要达到以下目的: 1、测定管内壁与空气的对流传热膜系数α2; 2、测定用因次分析法求α2时,关联式Nu=ARemPrn 中的参数; 3、分析影响α2的因素,了解工程上强化传热的措施

三、实验原理 温度 (一)确定对流传热膜系数α2: [℃] 气膜 液膜 Q=02·A·△tm 铜管壁 Q=p',Cp(-)/3600 100 99 tw A一铜管内壁表面积, 空气 水蒸汽 A=πX0.02X1.25m2 55 △tm一推动力, An=-)-么2-) Q 1n- tw.2 距离 (4w2-t人) 5
5 三、实验原理 (一)确定对流传热膜系数α2 : 3600 Q V C t t s p 出 入 A—铜管内壁表面积 , A=π×0.02×1.25 m2 Δtm—推动力 , ,1 ,2 ,1 , 2 ln w w m w w t t t t t t t t t 出 入 出 入 - m Q At 气膜 液膜 2

Vg一空气流量,Vs=26.2△P.54m3h(AP/kPa); Cp一空气比热,t=(t,+t)/2 (二)确定强制对流传热膜系数a,关联式中的A、m、n: 2=f(d,u,P,4,元,Cp) 7个变量,4个基本因次(长度、时间、质量、温度)=>3个准数, Nu ad Re=dup Pr= Nu =A.Re.Pr" 空气被加热,n=0.4A、m根据实验数据作图确定
6 Vs—空气流量,Vs=26.2ΔP0.54 m3 /h (ΔP/kPa) ; Cp—空气比热, t t t ( ) 2 入 出 Re Pr m n Nu A Re du Pr C p (二)确定强制对流传热膜系数α2关联式中的A、m、n: ( , , , , , ) 2 p f d u c 7个变量,4个基本因次(长度、时间、质量、温度)=>3个准数, 空气被加热,n=0.4 A、m根据实验数据作图确定 d Nu 2

(三)强化传热: 强化传热就是力求换热器的传热速率Q尽可能大,由Q=KA△t 可知,增大K、A、△t均可使Q增大。本实验中a2对K的影响最大, 故在套管内加入螺旋式混合器,不但增大空气湍动程度,而且可以 破坏层流底层的作用,增大了α2,进而增大总传热系数K,提高传 热速率。 >
7 (三)强化传热: 强化传热就是力求换热器的传热速率Q尽可能大,由Q=KAΔ tm 可知,增大K、A、Δ tm均可使Q增大。本实验中α 2对K的影响最大, 故在套管内加入螺旋式混合器,不但增大空气湍动程度,而且可以 破坏层流底层的作用,增大了α 2,进而增大总传热系数K,提高传 热速率

四、实验流程图 ①
8 四、实验流程图

五、操作步骤 1、检查蒸汽发生器水位高度,启动加热器; 2、启动数据采集与控制软件,学会使用; 3、铜管表面出现液滴时,启动风机50Hz,预热10分钟; 4、间隔4Hz由大到小改变空气流量,孔板压降最小值大于 0.1kPa,每个点稳定约2分钟后记录数据; 5、加入静态混合器进行强化传热实验,方法同4,注意空 气出口温度计对中; 6、实验结束后,关闭加热,停风机,整理现场。 9
9 五、操作步骤 1、检查蒸汽发生器水位高度,启动加热器; 2、启动数据采集与控制软件,学会使用; 3、铜管表面出现液滴时,启动风机50Hz,预热10分钟; 4、间隔4Hz由大到小改变空气流量,孔板压降最小值大于 0.1kPa,每个点稳定约2分钟后记录数据; 5、加入静态混合器进行强化传热实验,方法同4,注意空 气出口温度计对中; 6、实验结束后,关闭加热,停风机,整理现场

六、实验数据表格 序 空气入口 空气出口 壁温1 壁温2 孔板压降 温度/℃ 温度/℃ 1℃ /℃ /kPa Re Nu Pr 10
10 六、实验数据表格 序 号 空气入口 温度/℃ 空气出口 温度/℃ 壁温1 /℃ 壁温2 /℃ 孔板压降 /kPa Re Nu Pr
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