液液传热实验讲义

2．学会应用线性回归分析方法，确定关联式NuARePr中常数A、m的值；KoSotm传热（冷水—热水）综合实验讲义一、实验目的1．通过对冷水—热水简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数及总传热系数Ko的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。m0.4二、实验内容1．在套管式换热器中，测定5~6个不同流速下，管内冷水与管间热水之间的总传热系数Ko；流体与管壁面间对流传热系数o和i。2．将测定值同运用Ko与o，i之间关系式计算得出的i值进行比较；计算得出Nu1(实验)和Nu2(计算)的值3．对实验数据进行线性回归，求关联式Nu1(实验)=ARemPr0.4和Nu2(计算)=ARemPr0.4中常数A、m的值。三、实验原理1．总传热系数Ko的测定：由总传热速率方程式QKoSotm（1-1）Q（1-2）式中：Q——传热速率，W；So——换热管的外表面积，m2；tm——对数平均温度差，℃；Ko——基于管外表面积的总传热系数，W/(m2·℃)；由热量衡算式：QWCCP(t2t1)（1-3）1tmt2t1(T1t2)(T2t1)t2Tt2t1T2t1Si(twmtm)t1t2So(TmTwm)T1T2式中：WC——冷流体的质量流量，kg/s；CP——冷流体的定压比热，kJ/(kg·℃)；t1,t2——分别为冷流体进、出口温度，℃；SodoL（1-4）式中：do——传热管的外径，m；L——传热管的有效长度，m；（1-5）lnln1式中：T1，T2——分别为热流体进、出口温度，℃；2．对流传热系数i，o的测定对流传热系数i，o可以根据牛顿冷却定律来实验测定：QiSi(twmtm)（1-6）Q（1-7）式中：Si——换热管的内表面积，SidiLm2；tm——冷流体平均温度，tm℃；2twm——换热管内壁表面的平均温度，℃；同理：Q（1-8）式中：Tm——热流体平均温度，Tm℃；2Twm——换热管外壁表面的平均温度，℃；因为传热管为紫铜管，其导热系数很大，加上传热管壁很薄故认为Twmtwm，Twm用热电偶来测量。3．总传热系数计算式2oK1（1-9）dobdo1ididmo4、三个准数Pr（1-10）Nu（1-11）Re（1-12）冷流体在管内作强制湍流，准数关联式的形式为NuARemPrn其中：取冷流体的定性温度为定值，物性数据、Cp、、可根据冷流体定性温度查得。则普兰特准数Pr是常数，则关联式的形式简化为：NuARemPr0.4通过实验确定不同流量下的Re与Nu，然后用线性回归方法确定A和m的值。四、实验装置与流程实验流程图及基本结构参数：如图2-1所示，实验装置的主体是一根平行的套管换热器，内管为紫铜材质，外管为不锈钢管，两端用不锈钢法兰固定。实验的热流体在电加热釜内加热，其内有2根2.5KW螺旋形电加热器，用220伏电压加热；经热流体循环泵进入换热器的壳程。冷流体由离心泵抽出，由流量调节阀调节，经转子流量计进入换热器的管程。达到逆流换热的效果。东3-+FI6195111224318T89+-+-+-+-101772212013144116222315图2-1水-水热交换器流程及装备图实验装置：1—给水阀；2—高位槽；3—流量调节阀；4—转子流量计；5、7、17—铜－康铜热偶；6、19—热敏电阻温度传感器；8—二次仪表；9—热电偶冷端温度补偿器；10—热电偶接线板；11—加水口；12—电加热釜；13—液位计；14—加热釜电源；15—热水循环泵；16—泵电机电源；18—数字温度计；20—传热管；21—套管；22—高位槽溢流。23—离心泵；24—热水流量调节阀；五、注意事项1．由于采用热电偶测温，所以实验前要检查冰桶中是否有冰水混合物共存。检查热电偶的冷端，是否全部浸没在冰水混合物中。2．检查电加热釜中的水位是否在正常范围内。特别是每个实验结束后，进行下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。3．调节流量后，应在流量计读数稳定后再读取实验数据。4六、实验报告1．传热实验的原始数据表、数据结果表（换热量、传热系数、各准数以及重要的中间计算结果）、准数关联式的回归过程、结果与具体的回归方差分析，并以其中一组数据的计算举例。2．在同一双对数坐标系中绘制Nu1/Pr^0.4~Re和Nu2/Pr^0.4~Re的关系图。3．对实验结果进行分析与讨论。七、实验步骤传热实验仿真主要设备介绍图如下图2-2所示：方仿真图2-2传热实验仿真设备介绍图⑴到“参数设置”界面设置套管长度、套管外径、套管内径，设置冷水进口温度。点“实验数据设置”记录到实验报表中。注意：参数设置好后在本实验中不可更改。⑵在“实验装置图”中，检查电加热釜液位计，若发现水量较少，打开注水阀VA103，补充水量至2/3处；⑶在“仪表面板一”中，打开电源总开关，启动冷水离心泵电源开关；⑷在“实验装置图”中，打开冷水给水阀VA101至最大；等待高位槽有溢流后，再打开流量调节阀VA102；5⑸在“仪表面板一”中，启动电加热釜开关，加热电加热釜中的水；启动热水循环泵电源开关；⑹在“实验装置图”中，打开热水给水阀VA104，设定阀门开度为50%，保持热水的流量固定不变；⑺通过调节流量调节阀VA102的开度，调节流量所需值，在“仪表面板一”界面查看流量，待数值稳定后，到“实验数据一”面板点击“实验数据记录一”和“实验数据二”面板点击“实验数据记录二”按钮，记录实验数据至“实验报表”。⑻回到“实验装置图”中，调节阀门VA102开度由小到大或由大到小，重复步骤7，记录6组实验数据。八、注意事项：所有错误操作提示以动画灯泡为标志：⑴若打开电源总开关、冷水离心泵开关，且高位槽液位没有恒定，就打开流量调节阀VA102时，出现提示：⑵若打开电源总开关、电加热釜开关，未打开注水阀VA103，但电加热釜液位较低时，出现提示：东方-322九、思考题1．间壁式换热器的传热机理是（）。A.热传导；B.对流给热；C.热辐射；答案：A、B62．本实验传热过程中冷热流体的接触方式是（）。A．直接接触式传热；B.间壁式传热；C.蓄热式传热；答案：B3．转子流量计的主要特点是()。A.恒截面,恒压差；B.变截面,变压差；C.恒流速,恒压差；D.变流速,恒压差；答案：C4．有关转子流量计，下面哪一种说法是错误的。A.转子流量计为变截面的流量计；B.通过转子流量计的流体压力降与流量无关；C.只能用于测定液体的流量；D.当所测流体的密度变化时需要校准；答案：D5．在多层壁中，温度差随热阻的变化是（）。A.热阻越大温度差越大；B.热阻越大温度差越小；C.温度差不随热阻的变化而变化；答案：A6．影响传热系数的主要因素有（）。A.液体的状态：流体在传热过程中是否有相变化。有相变化时传热系数比无相变化时小。B.流体的物理性质；C.流体的运动状况：层流、过渡流或湍流；D.流体对流的状况：自然对流、强制对流；E.传热表面的形状、位置及大小；答案：B、C、D、E7．在本实验中，换热器中流体流动的方向是（）。7A.并流；B.逆流；C.错流；D.折流；答案：B8．流体在管路中作稳态流动时,具有（）特点。A.呈平缓的滞流；B.呈匀速运动；C.在任何截面处流速，流量，压强等物理参数都相等；D.任一截面处的流速，流量，压强等物理参数不随时间而变化；答案：D9．离心泵为什么要在出口阀门关闭的情况下启动电机？A.防止离心泵里的液体漏掉；B.因为此时离心泵的功率最小，开机噪音小；C.因为此时离心泵的功率最小，即电机电流为最小；D.保证离心泵的压头稳定；答案：C10．由离心泵的特性曲线可知：流量增大则扬程（）。A.增大；B.不变；C.减少；D.在特定范围内增或减；答案：C十、参考文献[1]冷士良.化工单元过程及操作.北京：化学工业出版社，2002[2]张金利等.化工原理实验.天津：天津大学出版社，2005[3]杨祖荣.化工原理实验.北京：化学工业出版社，20048