气-气列管换热器传热系数测定.doc

. . 贵州理工学院化工原理实验报告 学院：化学工程学院 专业：化学工程与工艺（能源变换材料及工程方向） 班级：能源162 姓名 学号 实验组号 2 实班验日期 2018年6月22日 指导教师 张文娟 成绩 实验名称 气-气列管换热器传热系数测定 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。 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（5—2）计算， 并流： 逆流: （5－2） 列管换热器的换热面积可由式（6—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 ?℃)。 实验装置 热流体走管内，冷流体走管间。列管规格Ф12×2 mm ，即内径8mm，共13根列管，长1m，则换热面积共0.490m2。 1-风机2（冷流体管路，该风机为抽风机）；2-孔板流量计连接差压变送器；3-冷流体进口温度t1；4-并流传热形式进口闸阀f1；5-热流体进口温度T1；6-逆流出口温度t2；7-逆流传热形式出口闸阀f4；8-并流形式出口闸阀f2；9-并流出口温度t2’；10-热流体出口温度T2 ；11-逆流传热形式进口闸阀f3；12-玻璃转子流量计；13-风机1（热流体管路）；14-风机旁路阀 实验步骤 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。） 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70℃左右。） 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； 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。 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。 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。 同理，可进行冷热流体