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

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1、实验套管换热器液-液热交换系数及膜系数测定一、实验目的1.加深对传热过程基木原理的理解；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，然后由阀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。热交换过程即给热一导热一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：_Q=msC；(Tl-T2)(1)就整个热交换

2、而言，有传热速率基本方程经过数学处理，得计算式Q=論TmAT'=(T「T;)AT2=(T2-T2)平均温度差可按下式计算：(2)(3)△nAT,L>2,A7；-Ar2ln(Ar,/A72)A7；+A7；(4)AT；2由(1)和(2)联立，可得传热总^计算式msCp(T]—OAT(5)就固体壁面两侧的给热过程来说，给热速率基本方程为(6)Q=a~Tw)Q=a2Aw{Tw-T)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:Q-ocxA]VTW(7)热流体与管内面之间的平均温度差可按下

3、式计算:T-TW2J,=(TlU-(『2UH，in~(T}-Tin)/(T2-TiV2)丁1-丁…i<2jr=(C-乃[1)+([-UH，’”_2由(1)和(7)联立可得管内传热膜系数的计算式：ax(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ot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:Nu=“ReniPrn;Nu=/A;Rq=dup/jU;Pr=CpJu/又上式中系数a和指数m,n的具体数值

4、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，^=O.O23-(^)O8(^)()3dju2Re>10000,Pr=0.7〜160，l/d>50则流体被冷却时，a值可按下式计算：Nu=O.O23Re08Pr03a=0.023-(dup^0.4流体被加热时，a值可按下式计算:Nu=O.O23RC08Pr04djU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门平均温度卞的数值冷流体冷流体图1套管热交换器W端测试点的温度三、实验

5、装罝及流程实验前准备工作(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°C,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

6、阀门使流量在60〜250L11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。实骑注意事项：(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。(1).启动恒温水槽的电热器之前，必须先启动循环泵使水流动。(2).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。(3).每改变一次热水流量，一定要等传热过程稳定之后

7、，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。实骑内容.•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.记录实验设备基木参数(1)内管基木参数：外径：d=mm;壁厚：8=mm；测试段长：L=mm(2)套管基本参数：外径：d=mm;壁厚：5=mm；(3)流体流通的横截面积内管横截面积：S=mm环隙横截面积、：S’=mm(4)热交换而积：内管内壁表面职：Aw=内管外壁表面积：Aw，=平均热交换面积：A=2.实验数据

8、记录序号水量冷流s度注备1T—nil截试测'ml截试测tSmsmT,Twl9T,【122Tw9【*211•skg-•skg-ococococococ1X2345671.实验数据整理(1)总传热系数序号速流内管液体间温度差率速热传数系热传总备注UAT,【12ATmAQK-S•rnKKKwK-•2rn'•W1▲23456(2)传热膜系数序号管内流速流体与壁面温差传热速率传热膜系数UTi-TwiT2-TV2ATmQa