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实验讲义(化工原理) 作者： 日期：43 个人收集整理 勿做商业用途实验一、雷诺实验一、实验目的1. 了解管内流体质点的运动方式，认识不同流动形态的特点，掌握判别流型的准则.2. 观察圆直管内流体作层流、过渡流、湍流的流动型态.观察流体层流流动的速度分布。 二、实验内容1。 以红墨水为示踪剂，观察圆直玻璃管内水为工作流体时，流体作层流、过渡流、湍流时的各种流动型态.2. 观察流体在圆直玻璃管内作层流流动的速度分布。 三、实验装置实验装置流程如图11所示。图11 雷诺实验装置1 溢流管；2 墨水瓶;3 进水阀；4示踪剂注入管5水箱;6 水平玻璃管;7 流量调节阀 实验管道有效长度： L600 mm 外径： Do30 mm 内径： Di24.5 mm孔板流量计孔板内径： do9.0 mm 四、实验步骤 1。 实验前的准备工作 （1) 实验前应仔细调整示踪剂注入管4的位置，使其处于实验管道6的中心线上. (2) 向红墨水储瓶 2 中加入适量稀释过的红墨水,作为实验用的示踪剂。 (3) 关闭流量调节阀7，打开进水阀3,使水充满水槽并有一定的溢流，以保证水槽内的液位恒定. (4) 排除红墨水注入管4中的气泡,使红墨水全部充满细管道中。2. 雷诺实验过程 （1） 调节进水阀，维持尽可能小的溢流量。轻轻打开阀门7，让水缓慢流过实验管道。 (2） 缓慢且适量地打开红墨水流量调节阀，即可看到当前水流量下实验管内水的流动状况（层流流动如图12所示)。用体积法(秒表计量时间、量筒测量出水体积)可测得水的流量并计算出雷诺准数。因进水和溢流造成的震动,有时会使实验管道中的红墨水流束偏离管的中心线或发生不同程度的摆动；此时， 可暂时关闭进水阀3,过一会儿，即可看到红墨水流束会重新回到实验管道的中心线。 图1-2 层流流动示意图 （3） 逐步增大进水阀3和流量调节阀7的开度，在维持尽可能小的溢流量的情况下提高实验管道中的水流量，观察实验管道内水的流动状况(过渡流、湍流流动如图13所示）。同时,用体积法测定流量并计算出雷诺准数。图1-3 过渡流、湍流流动示意图3流体在圆管内流动速度分布演示实验首先将进口阀 3打开，关闭流量调节阀7。打开红墨水流量调节阀，使少量红墨水流入不流动的实验管入口端.再突然打开流量调节阀7，在实验管路中可以清晰地看到红墨水流动所形成的，如图14所示的速度分布。 图14 速度分布示意图4。 实验结束时的操作(1) 关闭红墨水流量调节阀,使红墨水停止流动.(2) 关闭进水阀 3，使自来水停止流入水槽. (3) 待实验管道冲洗干净，水中的红色消失时，关闭流量调节阀7。(4) 若日后较长时间不用，请将装置内各处的存水放净。五、注意事项做层流流动时,为了使层流状况能较快地形成，而且能够保持稳定。第一，水槽的溢流应尽可能的小。因为溢流大时，上水的流量也大,上水和溢流两者造成的震动都比较大,影响实验结果.第二,应尽量不要人为地使实验装置产生任何震动。为减小震动,若条件允许，可对实验架进行固定。实验二、流体流动阻力测定实验一、实验目的 学习直管摩擦阻力Pf、直管摩擦系数l的测定方法。 掌握不同流量下摩擦系数l与雷诺数Re之间关系及其变化规律. 学习压差传感器测量压差，流量计测量流量的方法。 掌握对数坐标系的使用方法。二、实验内容 测定既定管路内流体流动的摩擦阻力和直管摩擦系数l. 测定既定管路内流体流动的直管摩擦系数l与雷诺数Re之间关系曲线和关系式。三、实验原理流体在圆直管内流动时，由于流体的具有粘性和涡流的影响会产生摩擦阻力。流体在管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和摩擦系数有关，它们之间存在如下关系。 hf = = = Re = 式中:管径，m ； 直管阻力引起的压强降，Pa； 管长，m; 管内平均流速，m / s； 流体的密度，kg / m3; 流体的粘度，Ns / m2。 摩擦系数与雷诺数Re之间有一定的关系，这个关系一般用曲线来表示。在实验装置中，直管段管长l和管径d都已固定.若水温一定，则水的密度和粘度也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降Pf与流速u（流量V）之间的关系。 根据实验数据和式62可以计算出不同流速（流量V）下的直管摩擦系数，用式6-3计算对应的Re，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系,绘出与Re的关系曲线。四、实验流程及主要设备参数： 1。实验流程图： 见图2-1 水泵8将储水槽9中的水抽出,送入实验系统，首先经玻璃转子流量计2测量流量,然后送入被测直管段5或6测量流体流动的光滑管或粗糙管的阻力，或经7测量局部阻力后回到储水槽, 水循环使用.被测直管段流体流动阻力p可根据其数值大小分别采用变送器18或空气水倒置型管10来测量。 2主要设备参数:被测光滑直管段：第一套 管径 d-0.01 (m） 管长 L1。6(m） 材料： 不锈钢管 第二套 管径 d0。095 （m） 管长 L-1。6(m) 材料: 不锈钢管 被测粗糙直管段:第一套 管径 d0.01 (m) 管长 L-1.6（m) 材料： 不锈钢管 第二套 管径 d0。0095 （m) 管长 L1.6（m） 材料： 不锈钢管 2.被测局部阻力直管段: 管径 d0.015(m) 管长 L1。2（m） 材料: 不锈钢管 3。压力传感器： 型号:LXWY 测量范围: 200 KPa 压力传感器与直流数字电压表连接方法见图2 4。直流数字压差表: 型号: PZ139 测量范围: 0 200 KPa 5.离心泵： 型号: WB70/055 流量: 8(m3h） 扬程： 12(m) 电机功率： 550(W） 6。玻璃转子流量计: 型号 测量范围 精度 LZB40 1001000（Lh） 1.5 LZB10 10100（Lh） 2。5图21五、实验方法 1。向储水槽内注水,直到水满为止。(有条件最好用蒸馏水,以保持流体清洁) 2。 直流数字表的使用方法请详细阅读使用说明书。 3.大流量状态下的压差测量系统，应先接电予热1015分钟，调好数字表的零点,方可启动泵做实验。 4。检查导压系统内有无气泡存在。 当流量为零时，若空气水倒置型管内两液柱的高度差不为零，则说明系统内有气泡存在,需赶净气泡方可测取数据。 赶气泡的方法: 将流量调至最大，把所有的阀门全部打开,排出导压管内的气泡,直至排净为止。 5。测取数据的顺序可从大流量至小流量，反之也可，一般测1520组数，建议当流量读数小于300Lh时,只用空气水倒置型管测压差P。6.局部阻力测定时关闭阀门3和4，全开或半开阀门7，用倒置U型管关测量远端、近端压差并能测出局部阻力系数。 7。待数据测量完毕，关闭流量调节阀,切断电源.六、实验注意事项： 1。利用压力传感器测大流量下P时,应切断空气水倒置型管闭阀门13、13否则影响测量数值。 2.若较长时间内不做实验，放掉系统内及储水槽内的水。 3.在实验过程中每调节一个流量之后应待流量和直管压降的数据稳定以后方可记录数据. 4。较长时间未做实验，启动离心泵之前应先盘轴转动否则易烧坏电机。七、数据处理：（1）Re的计算 在被测直管段的两取压口之间列柏努利方程式，可得： PfP （ 1 ） Pf L u2 hf ( 2 ) d 2 2d Pf ( 3 ) L u2 du Re （ 4 ） 符号意义: d管径 （m） L管长 (m) u流体流速 （ms） Pf直管阻力引起的压降 (Nm2) 流体密度 (Kgm3) 流体粘度 (Pa.s） 摩擦阻力系数 Re雷诺准数测得一系列流量下的Pf之后,根据实验数据和式(1），(3)计算出不同流速下的值。用式（4）计算出Re值,从而整理出Re之间的关系, 在双对数坐标纸上绘出Re曲线。(2）。局部阻力的计算：Hf局=P局/=(2P近P远）/=（u2/2） 实验三、 流量计性能测定实验一、实验目的 了解几种常用流量计的构造、工作原理和主要特点。 掌握流量计的标定方法。 了解节流式流量计流量系数C随雷诺数Re的变化规律，流量系数C的确定方法。 学习合理选择坐标系的方法。二、实验内容 通过实验室实物和图像,了解孔板、文丘里及涡轮流量计的构造及工作原理. 测定节流式流量计(孔板或文丘里）的流量标定曲线。 测定节流式流量计的雷诺数Re和流量系数C的关系。三、实验原理流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差,它与流量的关系为: 式中：被测流体(水）的体积流量，m3/s； 流量系数，无因次； 流量计节流孔截面积，m2； 流量计上、下游两取压口之间的压强差,Pa ; 被测流体(水）的密度，kgm3 . 用涡轮流量计和转子流量计作为标准流量计来测量流量VS。每一个流量在压差计上都有一对应的读数,将压差计读数P和流量Vs绘制成一条曲线，即流量标定曲线。同时用式68整理数据可进一步得到C-Re关系曲线。四、主要设备参数： 1. 设备参数 （1).离心泵： 型号: 70/055 转速 2800 转分， 流量 20-120 Lmin, 扬程 1913。5(2).贮水槽:550400*450(3）。试验管路: 内径 d26.0 2。 流量测量: （1).涡轮流量计：25，最大流量 10m3/h(2）。孔板流量计:孔板孔径15,(3）。 文丘里流量计：喉径15，(4）。 转子流量计：LZB25 (0。25-2.5m3/h）（5)铜电阻温度计（6）.差压变送器（0-200kPa)五、 实验流程： 实验流程示意图如下图： 用离心泵3将贮水槽8的水直接送到实验管路中,经涡轮流量计计量后分别进入到转子流量计、孔板流量计、文丘里流量计,最后返回贮水槽8。测量孔板流量计时把9、11阀门打开；10、12阀门关闭。测量文丘里流量计时把9、10阀门打开；11、12阀门关闭。测量转子流量计时把12、10、11阀门打开；9阀门关闭。流量由调节阀10、11、12来调节水的流量。温度由铜电阻温度计测量。六、实验方法及步骤1。启动离心泵前， 关闭泵流量调节阀2.启动离心泵.3。按流量从小到大的顺序进行实验.用流量调节阀调某一流量,待稳定后，读取涡轮频率数,并分别记录流量、压强差。4。实验结束后，关闭泵出口流量调节阀9、12后,停泵.七、注意事项： 阀门12在离心泵启动前应关闭，避免由于压力大将转子流量计的玻璃管打碎. 实验四、 离心泵性能测定实验一、实验目的：1、熟悉离心泵的结构与操作方法，了解压力、流量的测量方法.2、掌握离心泵特性曲线、管路特性曲线的测定方法、表示方法，加深对离心泵性能的了解。二、实验内容： 1、熟悉离心泵的结构与操作。2、手动（或计算机自动采集数据和过程控制）测定某型号离心泵在一定转速下,Q（流量）与H（扬程)、N（轴功率）、h（效率）之间的特性曲线以及特定管路条件下的管路特性曲线.三、 实验原理：A、离心泵性能的测定：离心泵是最常见的液体输送设备。对于一定型号的泵在一定的转速下，离心泵的扬程H、轴功率N及效率均随流量Q的改变而改变。通常通过实验测出QH、QN及Q关系，并用曲线表示之,称为特性曲线。特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用泵的重要依据。本实验中使用的即为测定离心泵特性曲线的装置，具体测定方法如下： 1、H的测定: 在泵的吸入口和压出口之间以1N流体为基准列柏努利方程 （1-1）上式中是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力(不包括泵体内部的流动阻力所引起的压头损失),当所选的两截面很接近泵体时，与柏努利方程中其它项比较，值很小，故可忽略。于是上式变为: （1-2） 将测得的高差和的值以及计算所得的u入，u出代入式12即可求得H的值。 2、 N的测定: 功率表测得的功率为电动机的输入功率。由于泵由电动机直接带动,传动效率可视为1。0,所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。即： 泵的轴功率N电动机的输出功率,kw 电动机的输出功率电动机的输入功率电动机的效率。 泵的轴功率功率表的读数电动机效率，kw. 3、的测定 式中： 泵的效率，； N 泵的轴功率，kw Ne 泵的有效功率，kw ， H 泵的压头，m Q 泵的流量，m3/s , 水的密度，kg/m3B、管路特性曲线的测定： 在特定的管路条件下，应用变频调速器改变电机的频率，相应改变了泵的转速(流量）。分别测量泵的扬程、流量，即可得到管路特性曲线.四、实验流程及设备主要技术参数：1、实验流程：水泵将储水槽中的水抽出，送入实验系统，由出口调节阀控制流量，经涡轮流量计计量流量后经流回储水槽循环使用。2、主要仪器设备一览表：流量公式：Q=F/K3600/1000,其中F为频率数，K为涡轮流量计仪表常数.泵入口，出口测压点间的距离（Z2-Z1)=0。180米泵入口,出口管内径d1、d2=0.050米序号 名称规格型号 1储水箱不锈钢 450500550 2离心泵WB 70/055 3出口调节阀铜质截止阀，通径404变频调速器NS五、实验操作：实验前，向储水槽加入蒸馏水，合上电源总开关。实验操作：将出口调节阀关到零位。1、按照变频调速器说明设定（Fn11为0；Fn10为0）后在并设定变频调速器的频率（50）。2、启动离心泵;改变流量调节阀的位置,分别记录稳定后各流量下的流量、泵进出口压力和电机输入功率值，测8-10组数据（流量调节阀的位置从零位到最大)。处理数据后可以得到离心泵特性曲线。3、将流量调节阀放在任何一位置，改变变频调速器的频率以改变泵的流量，分别记录稳定后各频率下的流量、泵进出口压力值，测810组数据，处理数据后可得到管路特性曲线。4、把流量调至零位后，停泵。六、 使用实验设备应注意的事项： 1。 实验前应检查水槽水位，流量调节阀关闭到零位。2。 注意变频调速器的使用方法。严格按照实验操作中给出的变频器参数进行调节，在计算机自动控制时不要手动改变变频器的频率.变频器其它参数不要改动。七、 附录 1、数据处理方法:计算举例：测量频率(流量）138HZ、电机输入功率0。65(Kw) 泵出口处压强P2=0。132（MPa）、泵入口处压强P1=0.012（MPa), 液体温度17.5 液体密度=1000。8kg/（m3） 、泵进口高度=0。18米流量公式：Q=F/K3600/1000,其中仪表常数K=76。724, F=138 Q=138/76。7243600/1000 =6.48M3/H泵的扬程 =14。9（m）泵的轴功率轴电电 =65060 =0。390（Kw)泵的效率： =67.5%实验五、 搅拌器性能测定 搅拌是重要的化工单元操作之一,它常用于互溶液体的混合、不互溶液体的分散和接触、气液接触、固体颗粒在液体中的悬浮、强化传热及化学反应等过程。一、 实验目的 掌握搅拌功率曲线的测定方法. 了解影响搅拌功率的因素及其关联方法.二、 实验内容 用水溶液，测定液相搅拌功率曲线. 用水溶液和空气，测定气液相搅拌功率并与液相搅拌功率比较。三、 实验原理 搅拌过程中要输入能量才能达到混合的目的，即通过搅拌器把能量输入到被搅拌的流体中去。因此搅拌釜内单位体积流体的能耗成为判断搅拌过程好坏的依据之一。 由于搅拌釜内液体运动状态十分复杂，搅拌功率目前尚不能由理论得出.只能由实验获得它和多变量之间的关系，以此作为搅拌操作放大过程中确定搅拌规律的依据。 液体搅拌功率消耗可表达为下列诸变量的函数： 式中：N搅拌功率，W； K无量纲系数； n搅拌转数，r/s； d搅拌器直径，m； 流体密度,kg/m3； 流体粘度，pas； g-重力加速度，m/s2； 由因次分析法可得下列无因次数群的关联式： 令 ， 称为功率准数 ; ， 称为搅拌雷诺准数 ， Fr称为搅拌佛鲁德准数则 ；令 ， 称为功率因数， 对于不打旋的系统重力影响极小，可忽略Fr的影响，即。 本实验中，搅拌功率采用下式得到： 式中:I搅拌电机的电枢电流,A； V-搅拌电机的电枢电压,V；R搅拌电机的内阻,28；n搅拌电机的转数，r/s； K0.00125。 当有气体通入时，在相同的转速下，搅拌功率会显著下降.因为,物系的粘度、密度发生改变。设Q为空气的体积流量,令Na=Q/nd3 通气准数。相同转速下，气液搅拌功率Ng/N与通气准数Na的关系可用下式描述： 当 Na 0。035时 Ng/N = a -bNa ； a， b为常数 当 Na 0.035时 Ng/N = a bNa ； a, b为常数通过测定Ng,在直角坐标纸上作Ng/N-Na曲线，确定常数a, b或 a, b四、主要设备参数:1。搅拌器: 型号: KDZ-1；功率： 160w 转速: 3200转/分2。搅拌釜内径280mm ;3.搅拌器直径100mm五、实验流程:本实验使用的是标准搅拌槽，其直径为280mm；搅拌浆为六片平直叶圆盘涡轮.装置流程见图。 多相搅拌实验装置流程图 1空压机;2流量计；3温度计;4电动机；5直流电流表；6电机调速器；7直流电压表，8-测速仪;9-挡板；10搅拌槽；11气体分布器六、实验方法 测定水溶液搅拌功率曲线打开总电源，各数字仪表显示“0”。打开搅拌调速开关，慢慢转动调速旋纽，电机开始转动。在转速约100400（r/min）之间， 取1012个点测试（实验中适宜的转速选择：低转速时搅拌器的转动要均匀；高转速时以流体不出现旋涡为宜).实验中每调一个转速,待数据显示基本稳定后方可读数,同时注意观察流型及搅拌情况。每调节一个转速记录以下数据：电机的电压（V）、电流（A）、转速n(r/min)。 测定气液搅拌功率开启空气压缩机，调节气体流量计的空气流量为定值（如300L/h)。在上述每一转速下记录以下数据:电机的电压（V）、电流（A）、转速n(r/min）。在某一转速下改变空气流量,重复操作 实验结束时一定把调速降为“0”，方可关闭搅拌调速。七、注意事项 电机调速一定是从“0”开始，调速过程要慢,否则易损坏电机。 不得随便移动实验装置。 本实验没有测气液混合后的密度和粘度。（无粘度计）八、实验数据记录与数据处理（一）数据计算1 液相搅拌功率: 水温: 密度： 粘度： 搅拌器直径:nIVNNpRe2 气液搅拌功率 气体流量Q = （注意：转速与前面一致)nIVNgNg/ NNa 转速n = ， 不通气时的I= ,V = N = 。QIVNgNg/ NNa（二）作图1 在对数坐标纸上可标绘出N与与的关系曲线.2在直角坐标纸上作Ng/N-Na曲线，确定常数a， b或 a, b思考题:搅拌功率受哪些因素的影响？如何提高实验结果准确性？实验六 恒压过滤常数测定 （板框过滤机）过滤是利用过滤介质进行液固混合系统的分离过程，过滤介质通常采用带有许多毛细孔的物质如滤布、毛织物、多孔陶瓷等。含有固体颗粒的悬浮液在一定压力差的作用下液体通过过滤介质,固体颗粒被截留在介质表面上,从而使液固两相分离。一、实验目的与内容 掌握恒压过滤常数、通过单位过滤面积虚拟滤液量、虚拟过滤时间的测定方法，加深对、的概念和影响因素的理解。 学习滤饼的压缩性指数s和物料常数的测定方法。 学习一类关系的实验确定方法。二、实验原理 恒压过滤常数、的测定方法： 在过滤过程中，由于固体颗粒不断地被截留在介质表面上，滤饼厚度增加，液体流过固体颗粒之间的孔道加长，而使流体阻力增加，故恒压过滤时，过滤速率逐渐下降。随着过滤进行，若得到相同的滤液量，则过滤时间增加。 恒压过滤方程 式中：单位过滤面积获得的滤液体积，m3 / m2； -单位过滤面积上的虚拟滤液体积，m3 / m2; 实际过滤时间，s; 虚拟过滤时间,s； 过滤常数，m2/s。 将式6-9进行微分可得： 这是一个直线方程式，于普通坐标上标绘的关系，可得直线.其斜率为，截距为，从而求出、。至于可由下式求出： 当各数据点的时间间隔不大时，可用增量之比来代替。 在本实验装置中,若在计量瓶中收集的滤液量达到100ml时作为恒压过滤时间的零点。那么,在此之前从真空吸滤器出口到计量瓶之间的管线中已有的滤液再加上计量瓶中100ml滤液，这两部分滤液可视为常量（用表示）,这些滤液对应的滤饼视为过滤介质以外的另一层过滤介质。在整理数据时,应考虑进去，则方程式610变为： （各套为200ml） 过滤常数的定义式： 两边取对数 因,故与的关系在对数坐标上标绘时应是一条直线，直线的斜率为,由此可得滤饼的压缩性指数,然后代入式6-12求物料特性常数。三、主要设备参数：1.旋涡泵: 型号： 2.搅拌器： 型号： KDZ-1 ； 功率: 160w 转速： 3200转/分；3.过滤板: 规格： 160*180*11（mm)。4.滤布：型号 工业用；过滤面积0.0475m2。5。计量桶：第1套 长282mm、宽325mm。 图一 恒压过滤实验流示意图1调速器;2电动搅拌器;3、4、6、11、14阀门;5、7压力表8板框过滤机; 9压紧装置;10滤浆槽;12旋涡泵；13-计量桶 。四、实验流程：流程图： (见图一) 如图一所示，滤浆槽内配有一定浓度的轻质碳酸钙悬浮液（浓度在2-4%左右），用电动搅拌器进行均匀搅拌(浆液不出现旋涡为好).启动旋涡泵，调节阀门3使压力表5指示在规定值。滤液在计量桶内计量。过滤、洗涤管路如图二示： 五. 实验方法及步骤：1。系统接上电源,打开搅拌器电源开关,启动电动搅拌器2.将滤液槽10内浆液搅拌均匀。 2。板框过滤机板、框排列顺序为:固定头-非洗涤板-框-洗涤板-框-非洗涤板可动头.用压紧装置压紧后待用。3。使阀门3处于全开、阀4、6、11处于全关状态。启动旋涡泵12，调节阀门3使压力表5达到规定值。4。待压力表5稳定后，打开过滤入口阀6过滤开始。当计量桶13内见到第一滴液体时按表计时。记录滤液每增加高度20mm时所用的时间。当计量桶13读数为160 mm时停止计时,并立即关闭入口阀6。 5。打开阀门3使压力表5指示值下降。开启压紧装置卸下过滤框内的滤饼并放回滤浆槽内，将滤布清洗干净.放出计量桶内的滤液并倒回槽内，以保证滤浆浓度恒定。6.改变压力,从（2）开始重复上述实验。7。每组实验结束后应用洗水管路对滤饼进行洗涤，测定洗涤时间和洗水量. 8.实验结束时阀门11接上自来水、阀门4接通下水,关闭阀门3对泵及滤浆进出口管进行冲洗. 六、注意事项： 1)过滤板与框之间的密封垫应注意放正，过滤板与框的滤液进出口对齐。用摇柄把过滤设备压紧,以免漏液。 2）计量桶的流液管口应贴桶壁,否则液面波动影响读数。 3)实验结束时关闭阀门3.用阀门11、4接通自来水对泵及滤浆进出口管进行冲洗。切忌将自来水灌入储料槽中. 4）电动搅拌器为无级调速。使用时首先接上系统电源，打开调速器开关，调速钮一定由小到大缓慢调节，切勿反方向调节或调节过快损坏电机.5)启动搅拌前，用手旋转一下搅拌轴以保证顺利启动搅拌器。实验七 化工传热综合实验一、实验目的： 通过对空气水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m的值。 通过对管程内部插有螺旋线圈的空气-水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu=BRem中常数B、m的值和强化比Nu/Nu0，了解强化传热的基本理论和基本方式。3。 求取简单套管换热器、强化套管换热器的总传热系数Ko。4。 了解热电偶温度计的使用.二、 实验内容： 测定56个不同空气流速下简单套管换热器的对流传热系数。 对的实验数据进行线性回归,求关联式Nu=ARemPr0。4中常数A、m的值。 测定56个不同空气流速下强化套管换热器的对流传热系数。 对的实验数据进行线性回归,求关联式Nu=BRem中常数B、m的值. 同一流量下，按实验一所得准数关联式求得Nu0,计算传热强化比Nu/Nu0。6。 在同一流量下分别求取一次简单套管换热器、强化套管换热器的总传热系数Ko。三、实验原理:1对流传热系数的测定对流传热系数可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定 （6-14）式中：管内流体对流传热系数,W/(m2); Qi-管内传热速率，W； Si管内换热面积：m2； -管内流体空气与管内壁面的平均温差，。 平均温差由下式确定： (615）式中：ti1，ti2-冷流体空气的入口、出口温度，； tw壁面平均温度，。 因为传热管为紫铜管，其导热系数很大,而管壁又薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用tw 来表示。 管内换热面积： （616）式中：di传热管内径，m； Li传热管测量段的实际长度，m. 由热量衡算式：其中质量流量由下式求得： 式中:Vi冷流体在套管内的平均体积流量，m3 / h； cpi-冷流体的定压比热，kJ / （kg)； i-冷流体的密度,kg /m3. cpi和i可根据定性温度tm查得，为冷流体进出口平均温度. 对流传热系数准数关联式的实验确定流体在管内作强制湍流时，处于被加热状态，准数关联式的形式为。 （619） 其中: ， ， 物性数据I、 cpi、I、I可根据定性温度tm查得.经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pri变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为: （6-20)图6-3 螺旋线圈强化管内部结构这样通过实验确定不同流量下的Rei与，然后用线性回归方法确定A和m的值. 强化比的确定强化传热能减小传热面积，以减小换热器的体积和重量；提高现有换热器的换热能力；使换热器能在较低温差下工作。强化传热的方法有多种，本实验装置是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。螺旋线圈的结构图如图63所示，螺旋线圈由直径1mm钢丝按一定节距绕成.将金属螺旋线圈插入并固定在管内，流体一面由于螺旋线圈的作用而发生旋转，一面还周期性地受到线圈的螺旋金属丝的扰动，因而可以使传热强化。由于绕制线圈的金属丝直径很细，流体旋流强度也较弱,所以阻力较小，有利于节省能源。螺旋线圈是以线圈节距H与管内径d的比值技术参数，且节距与管内径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素.科学家通过实验研究总结了形式为的经验公式,其中B和m的值因螺旋丝尺寸不同而不同.在本实验中，测定不同流量下的Rei与，用线性回归方法可确定B和m的值。单纯研究强化效果(不考虑阻力的影响），可以用强化比的概念作为评判准则,它的形式是:，其中Nu是强化管的努塞尔准数，Nu0是普通管的努塞尔准数，显然,强化比1,而且它的值越大，强化效果越好。需要说明的是,如果评判强化方式的真正效果和经济效益，则必须考虑阻力因素，只有强化比较高，且阻力系数较小的强化方式，才是最佳的强化方法.4. 换热器总传热系数Ko的确定实验中若忽略换热器的热损失，在定态传热过程中，空气升温获得的热量与对流传递的热量及换热器的总传热量均相等： （621）即以外表面为基准的总传热系数： （6