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本科实验报告

过程工程原理（乙）实验 李林泽 控制系

自动化 3110103950

杨国成

2013年10月29日

一、实验目的

1. 掌握空气在普通和强化传热管内的对流传热系数的测定方法，了解影响传热系数的因素

和强化传热的途径。

n

2. 把测得的数据整理成Nu=BRe形式的准数方程式，并与教材中相应公式进行比较。 3. 了解温度、加热功率、空气流量的自动控制原理和使用方法。

二、实验装置与流程

本实验装置流程如图所示，实验装置由正气发生器、孔板流量变送器、变频器、套管换热器及温度传感器、智能显示仪表等构成。装置参数如表所示：

1—风机 2—蒸汽发生器 3—孔板流量计 4—压差传感器 5—普通套管换热器 6—强化套管换热器 t1,t2,t2’,T1,T,T’,Tw1,Tw2,Tw1’,Tw2’—温度传感器

空气—水蒸气换热流程：来自蒸汽发生器的水蒸气进入套管换热器，与被风机抽进的空气进行热交换，冷凝水经排出阀排入盛水装置。空气经孔板流量计进入套管换热器的内管（紫铜管），流量通过变频器调节电机转速达到自动控制，热交换后从风机出口排出。

注意：本实验中，普通和强化实验通过管路上的切换阀门进行切换。

三、实验原理

在工业生产过程中，大量情况下，采用间壁式换热方

式进行换热。所谓间壁式换热，就是冷、热两种流体之间 T

有一固体壁面，两流体分别在固体壁面的两侧流动，两流

体不直接接触，通过固体壁面（传热元件）进行热量交换。

本装置主要研究汽—气综合换热，包括普通管和加强 管。其中，水蒸汽和空气通过紫铜管间接换热，空气走紫

铜管内，水蒸汽走紫铜管外，采用逆流换热。所谓加强管，

t

是在紫铜管内加了弹簧，增大了绝对粗糙度，进而增大了

空气流动的湍流程度，使换热效果更明显。

1. 空气在传热管内对流传热系数的测定

如图所示，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。

间壁式传热元件，在传热过程达到稳态后，有

Q m1cp1 T1 T2 m2cp2 t2 t1

1A1 T TW M 2A2 tW t m （1） KA tm

式中： Q － 传热量，W；

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，℃；

1 － 热流体与固体壁面的对流传热系数，W / (m2 ℃)；

A1 － 热流体侧的对流传热面积，m2；

T TW m－ 热流体与固体壁面的对数平均温差，℃；

2 － 冷流体与固体壁面的对流传热系数，W / (m2 ℃)；

A2 － 冷流体侧的对流传热面积，m2；

tW t m － 固体壁面与冷流体的对数平均温差，℃；

K — 以传热面积A为基准的总传热系数，W/( m2 ℃) A — 传热面积，m2；

tm — 冷、热流体的对数平均温差，℃

热流体与固体壁面的对数平均温差可由式（2）计算，

T TT1 TW1 T2 TW2

W m

lnT1

TW1T2 TW2

式中：TW1 － 热流体进口处热流体侧的壁面温度，℃；

TW2 － 热流体出口处热流体侧的壁面温度，℃。 固体壁面与冷流体的对数平均温差可由式（3）计算，

t1 t1 tW2 t2

W t tWm

lntW1 t1

tW2 t2

式中：tW1 － 冷流体进口处冷流体侧的壁面温度，℃；

tW2 － 冷流体出口处冷流体侧的壁面温度，℃。 热、冷流体间的对数平均温差可由式（4）计算：

t T1 t2 T2 t1

m

lnT1 t2T2 t1

冷流体（空气）质量流量m2可由式（5）计算：

m2 V' 0

2）

3）

（4）

（5） （ （

式中： V’——空气实际体积流量，m3/s; ρ0——空气在孔板处的密度，kg/m3。本实验中ρ0即为空气在进口温度下对应的密度。 注意：空气在无纸记录仪上显示的体积流量，与空气流过孔板时的密度有关，考虑到实际过程中，空气的进口温度不是定值，为了处理上的方便，无纸记录仪上显示的体积流量是将孔板处的空气密度ρ0当作1kg/m3时的读数，因此，如空气实际密度不等于该值，则空气的实际体积流量应按下式进行校正

V'

V

（6）

式中： V——无纸记录仪上显示的空气体积流量，m3/s。

在本装置的套管换热器中，换热桶内通水蒸汽，紫铜管内通空气，水蒸气在紫铜管表面冷凝放热而加热空气。当内管材料导热性能很好，即λ值很大，且管壁厚度很薄时，可认为Tw1＝tw1，Tw2＝tw2，即为所测得的该点的壁温，在传热过程达到稳定后，由式（1）可得：

m2CP2(t2 t1) 2A2(tW t)m （7）

即

m2CP2(t2 t1) （8）

2

A2(tw t)m

1

实验中测定出紫铜管的壁温tw1，tw2；冷流体的进出口温度t1、t2，并查取t平均=2(t1 t2)

下冷流体对应的Cp2、试验用紫铜管的长度l、内径d2，A2=πd2l和冷流体的质量流量m2，即可计 …… 此处隐藏：5923字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……