清华大学化工实验基础-传热系数实验报告解读 - 图文 下载本文

内容发布更新时间 : 2024/12/23 9:04:08星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

化工基础实验报告

实验名称 传热系数的测定 班级 姓名 学号 成绩 实验时间 同组成员

一. 实验预习 1. 实验目的

a) 掌握传热系数K、给热系数α和导热系数λ的测定方法; b) 比较保温管、裸管、汽水套管的传热速率,并进行讨论; c) 掌握热电偶测温原理及相关二次仪表的使用方法。 2. 实验原理

根据传热基本方程、牛顿冷却定律及圆筒壁的热传导方程,已知传热设备的结构尺寸,只要测得传热速率Q以及各相关温度,即可算出 、 和 了。

(1)测定汽-水套管的传热系数

式中: ——传热面积, ;

——冷、热流体的平均温差, ; ——传热速率,W;

式中: 汽——为冷凝液流量,kg/s,

r——为汽化潜热J/kg。

(2)测定裸管的自然对流给热系数 [W/(m2· )]

式中: ——壁温和空气温度, 。 (3)测定保温材料的导热系数λ [W/(m· )]

式中: ——保温层两侧的温度, ;

b——保温层的厚度,m;

Am——保温层内外壁的平均面积,m2

3. 流程装置

该装置主体设备为“三根管”:汽水套管、裸管和保温管。这“三根管”与锅炉、汽包、高位槽、智能数字显示控制仪等组成整个测试系统。如下图:

4. 实验操作

工艺流程为:锅炉内加热的水蒸气送入汽包,然后在三根并联的紫铜管内同时冷凝,冷凝液由计量管或量筒收集。三根管外情况不同:一根管外用珍珠岩保温;一根为裸管;还有一根为套管式换热器,管外有来自高位槽的冷却水。可定性观察到三个设备冷凝速率的差异,并测定K、α和λ。 具体实验步骤如下:

1. 熟悉设备流程,检查各阀门的开关情况,排放汽包中的冷凝水。 2. 打开锅炉进水阀,加水至液面计高度的2/3。

3. 将电热棒接上电源,并将调压器从0调至220 V,满功率加热,待出口有蒸汽溢

出时,一定要关闭其中的两个加热阀,将加热功率调至适宜值。

4. 然后,打开套管换热器冷却水进口阀,调节冷却水流量为某一值,并记录。 5. 待过程稳定(即热电偶15和16的温度相近)后,记录汽水套管、裸管、保温管

单位时间内的冷凝液量及各相关热电偶1~16数值。汽-水套管一般记录60 s 时间内的冷凝液量,裸管及保温管一般记录90s以上的冷凝液量。

(注:热电偶温度与电压的关系: =0.0185+25.8123u?0.7416u2+0.0375u3) 6. 重复步骤(5),直至数据重复性较好。注意:实验前后需各记录一个室温值。 7. 实验结束,切断加热电源,关闭冷却水阀。

8. 实验中注意观察锅炉水位,使液面不低于其1/2高度。 9. 注意系统不凝气及冷凝水的排放情况。

10. 锅炉水位靠冷凝回水维持,应保证冷凝回水畅通。

5. 数据处理与讨论

实验中原始数据记录见表1。

表1原始数据记录

热电偶数据 三组电压示数/u 平均电压/u 1.46 1.48 1.50 1.48 1.56 1.58 1.60 1.58 1.60 1.62 1.61 1.61 4.26 4.26 4.26 4.26 4.27 4.27 4.27 4.27 4.27 4.27 4.27 4.27 4.26 4.26 4.26 4.26 4.25 4.25 4.25 4.25 4.25 4.25 4.25 4.25 0.72 0.72 0.71 0.72 1.40 1.39 1.40 1.40 4.25 4.22 4.22 4.23 4.26 4.26 4.26 4.26 25.2(起始) 25.7(结束) 25.5(平均) 流量数据 三组流量 平均流量(ml/s) 4.0 3.8 4.4 0.045 3.4 3.2 3.8 0.039 52 54 55 0.894 其他数据 25.2(起始);25.7(结束);25.5(平均) 90 L/min 热电偶编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 13 14 15 16 其他数据 室温/℃ 管道 裸管(ml/90s) 保温管(ml/90s) 水汽管(ml/min) 室温/ 冷却水流量

根据热电偶电压和温度的数学关系,求算相关温度。

表2 相应温度数据

管道 保温管 裸管 位置 外壁 内壁 管壁 冷却水进口 蒸汽出口 冷却水出口 蒸汽进口 平均电压/V 1.56 4.27 4.25 0.72 4.23 1.40 4.26 温度/℃ 38.6 99.6 99.2 18.2 98.8 34.7 99.4 △T1 =80.6 △T2 =64.7 △Tm =72.4 汽-水管

(1) 测定汽-水套管的传热系数 汽-水套管的结构尺寸如下:

内管: 外管: 管长:

查表知

又知

根据

可求得

(2)计算裸管的自然对流给热系数? 裸管的结构尺寸: 同理,可计算放热量为:

传热面积为:

壁温取热电偶⑦、⑧、⑨的平均值算,空气温度取实验前后室温的平均值算:

故裸管的自然对流给热系数为:

(3)计算保温材料的导热系数? 保温管的结构尺寸如下: