化工基础实验 套管式—液热交换实验.pptVIP

实验六 套管式液-液热交换实验 化工组 一、实验目的和内容 了解套管式液-液热交换原理； 掌握套管式液-液热交换实验的操作步骤； 测定套管换热器中进行液—液热交换过程时，流 体在圆管内作强制湍流时的传热膜系数； 测定套管换热器中进行液—液热交换过程时，流体在圆管内作强制湍流时的总传热系数； 建立求算传热系数的关联式以及实验数据的回归；建立计算传热系数的数学模型并进行数值计算； 将模拟计算值与实验数据进行比较。 六、思考题 本实验冷热流体的流向对传热效果有影响否？ 传热膜系数计算值与测定值差异是何原因？ 为什么要待传热稳定之后再测取数据？ 影响传热膜系数的因素有哪些？ * 预习复习系统 实验目的 实验原理 实验内容 实验装置图 实验数据记录 思考题 若热流体在套管热交换器的管内流过，而冷流体在管间流过，设备两端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，可由流体的热量衡算方程来表示： 就整个热交换而论，由传热速率基本方程式经过数学处理，可得到计算式为： 二、实验原理 如果从冷、热流体给热来看， 则平均温度差可按下式计算： 若ΔT1和ΔT2分别为热交换器的两端冷、热流体之间的温度差，即 和 由(6-1)和(6-2)两式联立求解，可得传热总系数的计算式： 由(6-1)和(6-3)两式联立求解，可得传热膜系数的计算式： 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(如：管内径d，m；管内流速u，m·s-1；流体密度ρ，Kg·m-3；流体粘度μ，Pa·s；定压比热容Cp，J·Kg-1·K-1 ；和流体导热系数λ，W·m-1·K-1)之间的关联式 式中： 上列关联式中的系数 b 和指数 m和 n的数值，需要通过实验来测定。依据实验数据，经最优参数估计回归后，可得到 b，m和 n 的具体数值；根据给热系数的关联式，则给热系数、传热总系数就可由该式计算。 可用因次分析的方法将关联式化成如下准数方程形式： 流体在圆形直管内作强制对流时，传热膜系数α与各项影响因素之间的关联式 式中： 上列关联式中的系数 b 和指数 m和 n的数值，需要通过实验来测定。依据实验数据，经最优参数估计回归后，可得到 b，m和 n 的具体数值；根据给热系数的关联式，则给热系数、传热总系数就可由该式计算。 可用因次分析的方法将关联式化成如下准数方程形式： 由于实验设备已经被确定，所以管长 l 和管径 d 也已经被完全确定，因此本实验不涉及管长和管径；故此，在影响流体间壁式换热的10个因素中(压强可以看为常数)，当流体的流速 u 改变时，冷、热流体和管壁的进出口处温度亦会随之改变，因此冷、热流体的物性参数 (热力学强度变量) 密度ρ、粘度μ、冷、热流体的恒压热容Cp 、冷、热流体的热膨胀系数β和冷、热流体导热系数λ= λ 也会改变。 三、实验内容 本实验主要是在改变流体流速的情况下，测量冷、热流体的进出口温度t1、t2、 T1 、T2 、Tw1和Tw2 。进而计算出冷、热流体的定性温度T定和 t定，再计算冷、热流体的物性参数密度、粘度、冷、热流体的恒压热容、冷、热流体的热膨胀系数和冷、热流体导热系数，以及无因次准数：雷诺准数、普兰特准数、格拉晓夫准数和努塞尔准数；由于是强制对流，所以格拉晓夫准数与常数项一起收敛成了新的常数 b。然后依据最优参数估计的方法回归，确定给热系数准数关联式中的系数 b 和指数 m与 n的数值。 四、实验设备 为了进一步了解“套管式液-液热交换实验”的原理，请看以下实验装置图。 辅助工作系统 为了协助主实验系统正常工作，有五个辅助工作系统：①电动力工作系统②冷却水系统③加热系统④热水循环系统⑤温度测量系统。 ①电动力工作系统： 电源、电源线、电动机和水泵 ②冷却水系统： 将冷水由上水导管接入高位恒位水槽，经高位恒位水槽出水口流入冷、热流体换热系统的冷水管入口进入换热器套管夹层，在经过换热后，经冷水回水管，流入污水排放管。 ③加热系统： 四组电加热器、贝克曼温度计和控制加热开关。 ④热水循环系统： 热水储槽、循环水泵、循环管路、转子流量计和流量控制阀门。 ⑤温度测量系统： 贝克曼温度计、冷井、测温线路和测温开关。 五、实验数据记录 ℃ 进口 管壁温度 ℃ 出口 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 w·m -1·K -1 J·kg-1·s -1 kg ·m -1·s -1 kg ·m3 ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ m·s -1 m3·s -1 λ C