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浙江大学化工原理(过程控制)实验报告_传热综合实验2

一、实验目的

(1)本实验旨在通过实际操作，让学生深入理解化工原理中传热过程的基本原理和影响因素。通过实验，学生能够掌握传热系数、热阻、传热面积等关键参数的计算方法，并学会如何在实际工程中应用这些知识。此外，实验还旨在培养学生对实验数据的分析和处理能力，提高学生解决实际工程问题的能力。

(2)通过本次实验，学生将学习如何搭建传热实验装置，了解实验装置的各个组成部分及其功能。通过实际操作，学生能够掌握实验仪器的使用方法，提高实验技能。同时，实验过程中对实验数据的记录和分析，有助于学生理解传热过程中的热量传递规律，为后续课程的学习打下坚实的基础。

(3)本实验还着重于培养学生的团队协作能力和创新思维。在实验过程中，学生需要分工合作，共同完成实验任务。通过讨论和交流，学生可以学会如何与他人合作，提高沟通能力。同时，实验过程中遇到的问题和挑战，将激发学生的创新思维，培养他们独立思考和解决问题的能力。

二、实验原理

(1)传热是热能从高温区域传递到低温区域的过程，根据传热的方式，传热可以分为三种基本类型：传导、对流和辐射。在化工过程中，这三种传热方式往往同时存在，但其中传导和对流是主要的传热方式。传导传热是通过物质内部的分子或原子的振动和碰撞来实现热能的传递，对流传热则是通过流体流动将热量从一个地方带到另一个地方。

(2)本实验主要研究的是传导和对流传热。传导传热的基本原理是热量通过物质内部的分子或原子的振动和碰撞传递，其速率与物质的导热系数、温度梯度以及传热面积有关。对流传热则是流体在流动过程中，由于流体的温度差异造成的密度差异，从而产生流动，使得热量得以传递。对流传热的速率与流体的流速、流体的导热系数、流体的温度差以及流体的流动特性有关。

(3)在本实验中，我们将通过实验装置模拟实际化工过程中的传热过程，通过测量不同条件下的传热速率，验证传热基本原理，并分析影响传热效率的各种因素。实验过程中，我们将使用传热系数、热阻、传热面积等参数来描述和计算传热过程，从而加深对传热原理的理解和应用。同时，实验还将涉及到实验误差的分析和处理，以及实验结果的数据处理和图表绘制等技能。

三、实验装置与仪器

(1)实验装置采用实验室标准传热综合实验装置，该装置主要由热源、传热介质、加热和冷却系统、温度测量系统、压力测量系统、流量测量系统、数据采集系统等组成。其中，热源采用电加热器，加热功率为2000W，能够提供稳定的加热条件。传热介质为水，通过泵循环流动，流速范围为0.5～2.0m/s。加热和冷却系统包括加热器、冷却器和温度控制系统，能够实现对传热过程的精确控制。温度测量系统采用铂电阻温度计，测量精度为±0.1℃。压力测量系统采用压力传感器，量程为0～1MPa。流量测量系统采用电磁流量计，量程为0～10m3/h。数据采集系统采用数据采集卡，能够实时采集各参数的测量值，并将数据传输至计算机进行后续处理。

(2)实验装置中，传热管为不锈钢材质，内径为10mm，外径为12mm，长度为1m。传热管两侧分别连接加热器和冷却器，加热器与冷却器之间通过泵循环传热介质。实验过程中，通过调节加热器功率和冷却器温度，可以控制传热介质的进出口温度差。传热管两侧设置有温度测量点，用于实时监测传热管壁面的温度分布。实验装置还配备有保温层，以减少热量损失，提高实验结果的准确性。例如，在实验中，当加热器功率为1000W，传热介质流速为1.0m/s时，传热管壁面温度分布均匀，平均温度为60℃。

(3)实验装置中的数据采集系统采用高精度数据采集卡，能够实时采集各参数的测量值，并将数据传输至计算机进行后续处理。计算机软件采用自主研发的传热综合实验数据处理软件，具有数据采集、处理、分析、绘图等功能。该软件能够根据实验数据计算传热系数、热阻、传热面积等参数，并对实验结果进行误差分析。例如，在实验中，当加热器功率为1200W，传热介质流速为1.5m/s时，通过软件计算得出传热系数为25.0W/(m2·K)，热阻为0.04K/W，传热面积为0.8m2。此外，软件还能够根据实验数据绘制温度、压力、流量等参数随时间变化的曲线图，为实验结果分析提供直观的依据。

四、实验步骤与结果分析

(1)实验步骤首先进行装置的组装和调试，确保各部件连接正确，系统运行稳定。随后，开启泵使传热介质循环流动，调节加热器功率至预定值，并记录初始温度。接着，通过温度控制器调整冷却器温度，使得传热介质进出口温度差保持在设定范围内。在实验过程中，每隔一定时间记录一次传热介质的进出口温度、流速和压力等参数。例如，在本次实验中，设定加热器功率为1000W，冷却器温度设定为20℃，实验持续进行30分钟。

(2)实验结束后，将采集到的数据输入计算机