环境工程原理传热、过滤实验讲义(学生)

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1、实验五传热实验 一、实验目的1．测定单壳程双管程列管式换热器的总传热系数K；2．学会传热过程的调节方法。二、基本原理1．传热速率方程式工业上大量存在的传热过程（指间壁式传热过程）都是由固体内部的导热及冷热流体与固体表面间的给热组合而成。传热过程的基本数学描述是传热速率方程式和热量衡算式。图2-9传热界面温度分布图热流密度q是反映具体传热过程速率大小的特征量。对q的计算，需要引入壁面温度，而在实际计算时，壁温往往是未知的。为实用方便，希望能避开壁温，直接根据冷﹑热流体的温度进行传热速率的计算。在间壁式换热器中，热量序贯地由热流体传给壁面左侧、再由壁面左侧传导至壁面右侧、最

2、后由壁面右侧传给冷流体（参见图2-9）。在定态条件下，并忽略壁面内外面积的差异，则各环节的热流密度相等，即（2-7）串联过程的推动力和阻力具有加和性。上式（2-7）通常写成：（2-8）（2-9）式中（2-10）（2-11）式（2-10）为传热过程总热阻的倒数，称为传热系数。比较式（2-7）和式（2-8）两式可知，给热系数同流体与壁面的温差相联系，而传热系数K则同冷、热流体的温差相联系。由于冷流体的温度差沿加热面是连续变化的，且此温度差与冷、热流体的温度成线性关系，故将（2-9）式中（T-t）的推动力用换热器两端温差的对数平均温差Δtm来表示，即传热速率方程为式2-11。

3、2．总传热速率常数的测定根据热量衡算方程式（2-12）（2-12）将式（2-11）和式（2-12）联立，则有（2-13）其中（2-14）若实验物系选定水与热空气，由式（2-13）、（2-14）可知，实验装置中需要确定的参数和安装的仪表有：A—由换热器的结构参数而定；qmc—测冷流体的流量计；t1、t2—测冷流体的进、出口温度计；T1、T2—测热流体的进、出口温度计；Cpc—由冷流体的进、出口平均温度决定。由此可得总传热系数测定的实验装置流程示意图如图2-10所示。图2-10总传热系数测定实验的流程图1—气源；2—气量阀；3—气体流量计；4—进气温度计；5—出气温度计；6

4、—进水温度计；7—换热器；8—出水温度计；9—水流量计；10—水调节阀；11—调压器；12—气体加热器3．传热过程的调节在换热器中，若热流体的流量qmh或进口温度T1发生变化，而要求出口温度T2保持原来数值不变，可通过调节冷却介质流量来达到目的。但是这种调节作用不能单纯地从热量衡算的观点理解为冷流体的流量大带走的热量多，流量小带走的热量小。根据传热基本方程式，可能来自△tm的变化，也可能来自K的变化，而多数是由两者共同引起的。如果αc》αh，调节qmc，K基本不变，调节作用主要靠△tm的变化。如果αc《αh或αc≈αh，调节qmc将使△tm和K皆有较大变化，此时过程调节

5、是两者共同作用的结果。三、传热实验装置图对应列管式换热实验装置流程示意图2-10的实际传热实验装置如图2-11所示。传热实验装置的主要参数见表2-10。 图2-11列管式传热实验装置图表2-10传热实验装置参数表管长管程数管径管数管壁厚换热器内径挡板数螺纹管增系数传热面积290mm210mm141mm70mm32.6140.4m2四、实验步骤1．首先熟悉冷、热流体的流向，了解实验装置。然后打开冷却水调节阀门；2．打开气量阀门，启动风机，关小气量阀门，使进换热器的空气流量恒定在实验值；3．打开加热电源，调节加热调压器调节电压，使空气进换热器温度恒定在实验值；4．待t2和T

6、2稳定不变10min，读取原始数据；5．调节可调控件，即气量阀、冷却水调节阀门或加热调压器，改变换热条件，待稳定后读取数据。重复测取4-6组数据。6．实验结束，关闭加热电源，待空气出口温度降为室温后，再关闭气量阀门和冷却水调节阀门。注意事项：加热电压不能过高，保持空气进口温度小于100℃，以免换热器的密封垫圈烧焦。五、原始数据记录与处理在表2-11中记录测取的原始实验数据。原始实验数据按传热原理进行处理，结果可填入表格2-12中。管长mm；管程数；管径mm；管数；壁厚mm；换热器内径mm；螺纹管增面系数Ψ=2.614；传热面积m2表2-11传热实验原始记录表序号水流量L

7、.h-1空气流量L.h-1水进口t1℃水出口t2℃空气进口T1℃空气出口T2℃1      2      3      4      5      6      表2-12传热实验结果数据表序号对数平均温差Δtm℃密度ρkg/m3质量流量Gkg/s雷诺数Re努基尔特数Nu总传热系数K123456六、思考题1．影响总传热系数K的因素有哪些？2．实验条件下，进一步地提高冷却水的用量，是否能达到有效强化传热过程的目的？恒压过滤常数测定实验装置（板框过滤机）一.实验设备的特点1.该实验设备由过滤板、过滤框组成的小型工业用板框过滤机，实验设备整体美