成都理工化工原理实验四 套管换热器液-液热交换系数及膜系数测定.

本科生实验报告
实验课程
学院名称
专业名称
学生姓名
学生学号
指导教师
实验地点
实验成绩
二〇年月二〇年月
填写说明
1、适用于本科生所有的实验报告(印制实验报告册除外;
2、专业填写为专业全称,有专业方向的用小括号标明;
3、格式要求:
1用A4纸双面打印(封面双面打印或在A4大小纸上用蓝黑色水笔书写。

2打印排版:正文用宋体小四号,1.5倍行距,页边距采取默认形式(上下
2.54cm,左右2.54cm,页眉1.5cm,页脚1.75cm。

字符间距为默认值(缩
放100%,间距:标准;页码用小五号字底端居中。

3具体要求:
题目(二号黑体居中;
摘要(“摘要”二字用小二号黑体居中,隔行书写摘要的文字部分,小4
号宋体;
关键词(隔行顶格书写“关键词”三字,提炼3-5个关键词,用分号隔开,小4号黑体;
正文部分采用三级标题;
第1章××(小二号黑体居中,段前0.5行
1.1×××××小三号黑体×××××(段前、段后0.5行
1.1.1小四号黑体(段前、段后0.5行
参考文献(黑体小二号居中,段前0.5行,参考文献用五号宋体,参照《参考文献著录规则(GB/T7714-2005》。

实验四套管换热器液-液热交换系数及膜系数测定
一、实验目的
1.加深对传热过程基本原理的理解;
2.了解传热过程的实验研究方法。

二、实验原理
冷热流体通过固体壁所进行的热交换过程,先由热流体把热量传递给固体壁面,然后由固体壁面的一侧传向另一侧,最后再由壁面把热量传给冷热流体。

热交换过程即给热---导热---给热三个串联过程组成。

若热流体在套管换热器的管内流过,而冷流体在管外流过,设备两端测试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,可由热流体的热量衡算方程表示:
(21T T C m Q P s -=(1就整个热交换而言,有传热速率基本方程经过数学处理,得计算式m
T KA Q ∆=(2
(
('222'111T T T T T T -=∆-=∆(3平均温度差可按下式计算:2
, 2 , 221
21212121T T ΔT T T T T ΔT T m m ∆+∆=<∆∆∆∆∆-∆=>∆∆(4由(1和(2联立,可得传热总系数计算式:m P s T A T T C m K ∆-=
(21(5
就固体壁面两侧的给热过程来说,给热速率基本方程为:
(
('''21T T A Q T T A Q W W W W -=-=αα(6根据热交换两端的边界条件,经数学推导,可得管内给热过程的速率计算式:'1W W T A Q ∆=α(7
热流体与管内面之间的平均温度差可按下式计算:
2
(( , 2
/(ln((( , 2221
1'22112211221
1'2211W W m W W W W W W m W W T T T T ΔT T T T T T T T T T T T T ΔT T T T T -+-=<-------=>--(8由(1和(7联立可得管内传热膜系数的计算式:'1211
m W P s T A T T C m ∆-=α(9
同理可得到管外给热过程的传热膜系数的公式。

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(管内径、流速、流体密度、流体黏度、定亚比热容和流体导热系数之间的关系可关联成如下准数式:
λ
μμρλ/Pr ; /Re ; /Nu ; Pr Re Nu n m p C du ad a ====上式中系数a 和指数m,n 的具体数值需要通过实验来测定,则传热膜系数可由上式计算。

例如:当流体在圆形直管内作强制湍流时,
50
/1 ,160~7.0Pr ,10000Re >=>d 则流体被冷却时,a 值可按下式计算:
3.08.03.00.8((023.0 ; Pr 0.023Re Nu λ
μμρλP C du d a ==流体被加热时,a 值可按下式计算:
4.08.04.00.8((023.0 ; Pr 0.023Re Nu λ
μμρλP C du d a ==当流体在套管环隙内作强制湍流时,上列各式中d 用当量直径de 替代即可。

各项物性常数均取流体进出口平均温度下的数值。

图1套管热交换器两端测试点的温度
三、实验装置及流程
1.恒温水槽
2.搅拌桨
3.循环水泵
4.转子流量计
5.冷水阀门
6.高位稳压水槽
7.冷阱
四、实验步骤
实验前准备工作
(1向恒温循环水槽中灌入蒸馏水或软水,直至溢流管有水溢出为止。

(2开启并调节通往高位稳压水槽的自来水阀门,使槽内充满水,并由溢流管有水流出。

(3将冰碎成细粒,放入冷阱中并掺入少许蒸馏水,使之成粥状。

将热电偶冷接触点插入冰水中,盖严盖子。

(4将恒温水槽的温度定为55℃,启动恒温水槽的电热器,等温度到达后即可开始实验。

(5实验前需要准备好热水转子流量计的流量标定曲线和热电偶分度表。

实验操作步骤
1.开启冷水阀门,测定冷水流量,实验过程中保持恒定。

2.启动循环水泵,开启并调节热水阀门使流量在60~250L·h-1范围内选取若干流量值(一般不少于6组数据进行实验测定。

3.每调节一次热水流量,待流量和温度都恒定后再通过开关依次测定各点温度。

实验注意事项:
(1.开始实验时,必须先向换热器通冷水,然后再启动热水泵。

停止实验时,必须先停热电器,待热交换器管内存留热水被冷却后,再停水泵并停止通冷水。

(2.启动恒温水槽的电热器之前,必须先启动循环泵使水流动。

(3.在启动循环泵之前,必须先将热水调节阀门关闭,待泵运行正常后,再徐徐开启调节阀。

(4.每改变一次热水流量,一定要等传热过程稳定之后,才能测数据。

每测一组数据最好
多重复几次。

当流量和各点温度数值恒定后，表明过程已达稳定状态。

实验内容： 1．测定套管换热器的传热总系数 K； 2．测定流体在圆管内作强制湍流时的传热膜系数 h。

五、实验记录 1．记录实验设备基本参数 (1内管基本参数：外径： d= mm；壁厚：δ= 测试段长：L= mm (2套管基本参数：外径：d’= 壁厚：δ’= mm； mm； mm； (3流体流通的横截面积内管横截面积：S= 环隙横截面积：S’= (4热交换面积：内管内壁表面积：AW= 内管外壁表面积：AW’= 平均热交换面积：A= 2．实验数据记录 mm mm 序号 1 2 3 4 5 6 7 冷水流量ms’ kg·s-1 热水流量 ms kg·s-1 温度测试截面Ⅰ T1 TW1 T1’ ℃℃℃测试截面Ⅱ T2 TW2
T2’ ℃℃℃备注
3．实验数据整理 (1总传热系数管内流速 u m·s-1 ΔT1 K 液体间温度差ΔT2 ΔTm K K 传热速率 Q W 总传热系数 K W·m-2·K-1 序号 1 2 3 4 5 6 7 备注 (2传热膜系数序号 1 2 3 4 5 6 7 (3传热膜系数的关联式管内流体平均温度 (T1+T2/2 K 1 2 3 4 5 6 7 流体密度ρ kg·m-3 流体黏度μ Pa·s 流体导热系数λ W·m-1·K-1 管内流速 u m·s-1 传热膜系数 a W·m-1·K-1 雷努赛诺尔准准数数 Re Nu 普兰特准数Pr 管内流速 u m·s-1 流体与壁面温差 T1-TW1 T2-TW2 ΔT’m K K K 传热速率 Q W·m-2·K-1 传热膜系数 a W·m-2·K-1 备注序号
水平管内传热膜系数的准数关联式：在实验测定温度范围内，Pr 数值变化不大，可取其平均值并将 Prn 视为定值与 a 项合并。

上式两边取对数，因此，可将 Nu 和 Re 实验数据，直接在双对数坐标纸上进行标绘，由实验曲线的斜率和截距估计参数 A 和 m，或者用最小二乘法进行线性回归，估计参数 A 和 m。

取 Pr 为定值，且 n=0.3，由 A 计算得到 a 值，列出： A= m= a=
学生实验心得学生（签名）：年月日指导教师评语成绩评定：指导教师（签名）：年月日。