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气-气列管换热器实验.doc

上传人:丰**** 文档编号:3309829 上传时间:2024-07-01 格式:DOC 页数:7 大小:268.04KB
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. ****化工原理实验报告 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 气-气列管换热器实验 一、实验目的 1.测定列管式换热器的总传热系数。 2.考察流体流速对总传热系数的影响。 3.比较并流流动传热和逆流流动传热的特点。 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(5-1)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。 达到传热稳定时,有 (5-1) 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,℃; K - 以传热面积A为基准的总给热系数,W / (m2 ∙℃); - 冷热流体的对数平均温差,℃; 热、冷流体间的对数平均温差可由式(4—2)计算, (5-2) 列管换热器的换热面积可由式(4—3)算得, (5—3) 其中,d为列管直径(因本实验为冷热气体强制对流换热,故各列管本身的导热忽略,所以d取列管内径),L为列管长度,n为列管根数,以上参数取决于列管的设计,详见下文附表。 由此可得换热器的总给热系数, (5—4) 在本实验装置中,为了尽可能提高换热效率,采用热流体走管内、冷流体走管间形式,但是热流体热量仍会有部分损失,所以Q应以冷流体实际获得的热能测算,即 (5—5) 则冷流体质量流量m2已经转换为密度和体积等可测算的量,其中为冷流体的进口体积流量,所以也应取冷流体的进口密度,即需更具冷流体的进口温度(而非定性温度)查表确定。 除查表外,对于在0~100℃之间,空气的各物性与温度的关系有如下拟合公式。 (1)空气的密度与温度的关系式: (2)空气的比热与温度的关系式:60℃以下 J / (kg ∙℃), 70℃以上J / (kg ∙℃)。 三、实验装置 四、实验步骤 1、 打开总电源开关、仪表开关,待各仪表温度自检显示正常后进行下步操作。 2、 打开热流体风机的出口旁路,启动热流体风机,再调节旁路阀门到适合的实验流量。(一般取热流体流量60~80 m3/h,整个实验过程中保持恒定。 3、 开启加热开关,通过C1000仪表调节,使加热电压到一恒定值。(例如在室温20℃左右,热流体风量70 m3/h ,一般调加热电压150V,经约30min后,热流体进口温度可恒定在82℃左右。) a) 待热流体在恒定流量下的进口温度相对不变后,启动风机2,通过C1000仪表调节风量; b) 打开相应的闸阀,如7、11打开为逆流换热的形式,4,8打开为并流换热的形式。 c) 然后以冷流体流量作为实验的主变量,调节风机旁路,从10~60 m3/h流量范围内,选取5到6个点作为工作点进行实验数据的测定。 d) 待某一流量下的热流体和逆流的冷流体换热的四个温度相对恒定后,可认为换热过程基本平衡了,抄录冷热流体的流量和温度,即完成逆流换热下一组数据的测定。之后,改变一个冷流体的风量,待换热平衡后抄录一组实验数据。 e) 同理,可进行冷热流体的并流换热实验。注意:热流体流量在整个实验过程中最好保持不变,但在一次换热过程中,必须待热流体进出口温度相对恒定后方可认为换热过程平衡。 f) 实验结束,应先关闭加热器,待各温度显示至室温左右,再关闭风机和其他电源。 五、原始数据记录 表1. 气-气列管换热器传热系数测定实验原始数据记录表 换热方式:并流传热 序号 热流体 冷流体 流量 进口温度 出口温度 流量 进口温度 出口温度 1 50 72.3 64.9 10.2 25.7 51.5 2 50 72.3 64 20 25.5 50.4 3 50 72.1 61.5 30.1 25.7 47.9 4 50 72.1 59.3 40 25.9 45.6 5 50 72.4 56.9 50 25.9 43.1 6 50 72.4 55.4 60 26.2 41.6 换热方式:逆流传热 序号 热流体 冷流体 流量 进口温度 出口温度 流量 进口温度 出口温度 1 50 73.8 58.8 10.2 25.9 50.9 2 50 73 56.6 20.3 25.7 48.4 3 50 74.1 54.2 30.1 26 45.7 4 50 73.4 53.2 40.2 26.5 43.7 5 50 73.1 52.4 50.1 26.3 42 6 50 73.2 53.3 59.8 26.6 40.5 表2.气-气列管换热器传热系数测定数据处理表 换热方式:并流传热 序号 Q △t1 △t2 △tm K 1 86.87698701 46.6 13.4 26.63787136 6.65593624 2 164.5155813 46.8 13.6 26.86489702 12.4975757 3 220.5994082 46.4 13.6 26.72686368 16.8445830 4 259.967086 46.2 13.7 26.73612102 19.8437564 5 283.720438 46.5 13.8 26.91837193 21.5102635 6 304.526587 46.2 13.8 26.81428414 23.1773045 换热方式:逆流传热 序号 Q △t1 △t2 △tm K 1 152.1271636 22.9 32.9 27.59871218 11.24920602 2 152.1271636 24.6 30.9 27.63039848 11.23630553 3 195.5593318 28.4 28.2 28.29988221 14.10255612 4 227.6507356 29.7 26.7 28.17338416 16.4905052 5 259.1459161 31.1 26.1 28.52700715 18.53924646 6 273.5800108 32.7 26.7 29.59871359 18.86320332 六、数据处理 在并流传热中:T1=72.3 0C,T2=64.9 0C,t1=25.7 OC,t2=51.5 0C,Δt1=T1-t2=46.6 0C,Δt2=T2-t2=13.4 0C,A=0.49m2 Δtm= Q= K= 在逆流传热中:T1=73.8 0C,T2=58.8 0C,t1=25.9 0C,t2=50.9 0C,Δt1=T1-t2=22.9 0C,Δt2=T2-t1=32.9 0C,A=0.49m2 Δtm= Q= K= 七、实验结果及讨论 通过本次实验的学习和操作,对实验数据进行测量分析,传热系数的值和冷热流体的温度,传热面积还有流量有关,其中一值改变,则传热系数改变。两流体进、出口温度各自相同的情况下,逆流传热的平均温度差最大,并流传热的平均温度差最小,其他流动方向的平均温度差介于逆流与并流两者之间,就传热推动力而言,逆流优于并流和其他流动方式。传热系数K与热量Q成正比,与对数平均温差Δtm,传热面积A成反比。就实验而言,强化了我们在课本上学到的理论知识,锻炼了我们的操作能力,也提高了我们学习的兴趣。 误差:在实验过程中对实验仪器实验仪器不精确,操作人员操作失误,在温度和流量没有稳定的时候对数据进行收集,读数误差。 八、思考题 1.实验中哪些因素影响实验的稳定性? 答:冷空气和热空气的走向,冷热流体流量和温度的稳定性,实验器材保温和传热效果对实验的影响。 2.影响传热系数K的因素有那些?如何强化传热过程? 答:流体的流动形态、流体的物性、流体有无相变和加热面的几何形状、尺寸、相对位置等因素有关。强化传热:采用传热系数高的材料,采用特型管,采用小径管,增加相同体积内容纳管数,提高换热器内气体流速主要有结构形式、换热面积、污垢、流动及强化换热措施、表面传热系数。可以通过强化换热方式(风速、结构形式等)减小它将有效提高散热器的换热性能。 指导教师意见 签名: 年 月 日 7 / 7
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