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![套管換熱器液---液熱交換系數(shù)及膜系數(shù)的測(cè)定_第2頁(yè)](http://file3.renrendoc.com/fileroot_temp3/2022-2/20/41c5a270-43e9-4d3b-87ab-6b412931e6f4/41c5a270-43e9-4d3b-87ab-6b412931e6f42.gif)
![套管換熱器液---液熱交換系數(shù)及膜系數(shù)的測(cè)定_第3頁(yè)](http://file3.renrendoc.com/fileroot_temp3/2022-2/20/41c5a270-43e9-4d3b-87ab-6b412931e6f4/41c5a270-43e9-4d3b-87ab-6b412931e6f43.gif)
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1、套管換熱器液-液熱交換系數(shù)及膜系數(shù)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 加深對(duì)傳熱過程基本原理的理解;2. 了解傳熱過程的實(shí)驗(yàn)研究方法。二、實(shí)驗(yàn)原理冷熱流體通過固體壁所進(jìn)行的熱交換過程, 先由熱流體把熱量傳遞給固體壁 面,然后由固體壁面的一側(cè)傳向另一側(cè), 最后再由壁面把熱量傳給冷熱流體。 熱 交換過程即給熱-導(dǎo)熱-給熱三個(gè)串聯(lián)過程組成。若熱流體在套管換熱器的管內(nèi)流過, 而冷流體在管外流過,設(shè)備兩端測(cè)試點(diǎn) 上的溫度如圖所示。則在單位時(shí)間內(nèi)熱流體向冷流體傳遞的熱量, 可由熱流體的 熱量衡算方程表示:(1)= ms CP (T- T2)(2)就整個(gè)熱交換而言,有傳熱速率基本方程經(jīng)過數(shù)學(xué)處理,得計(jì)算式Q 二 KA
2、Tm平均溫度差可按下式計(jì)算:汀_汀2In( " / :T2)汀2由(1)和(2)聯(lián)立,可得傳熱總系數(shù)計(jì)算式:msCp® -T2)Am(5)就固體壁面兩側(cè)的給熱過程來說,給熱速率基本方程為:Q - J1 A (T - TW ) '''(6)Q = - 2 Aw (Tw _T )根據(jù)熱交換兩端的邊界條件,經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo),可得管內(nèi)給熱過程的速率計(jì)算式:Q -:»AwlTw(7)熱流體與管內(nèi)面之間的平均溫度差可按下式計(jì)算:Ti Twi2 W 2T1 -'TW1T2 -TW2(T1 -'Twi) -'(T2 -'TW2)l
3、n(T1 'TW1 )/(T2 'TW2 )'(T1 'TW1) (T2 'TW2) Vn =由(1)和(7)聯(lián)立可得管內(nèi)傳熱膜系數(shù)的計(jì)算式:(9)ms CP (T1 - T2 )AW1 匚 Tm同理可得到管外給熱過程的傳熱膜系數(shù)的公式。流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流時(shí),傳熱膜系數(shù)a與各項(xiàng)影響因素(管內(nèi)徑、流速、流體密度、流體黏度、定亞比熱容和流體導(dǎo)熱系數(shù))之間的關(guān)系可關(guān)聯(lián)成 如下準(zhǔn)數(shù)式:Nu =aRemPrn ; Nu=ad/ ; Re = duJi ; Pr=Cp/上式中系數(shù)a和指數(shù)m,n的具體數(shù)值需要通過實(shí)驗(yàn)來測(cè)定,則傳熱膜系數(shù)可由上 式計(jì)算。例如:當(dāng)
4、流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí),Re 10000, P 0.7 160, 1/d50則流體被冷卻時(shí),a值可按下式計(jì)算:Nu = 0.023Re0'8 Pr0'3 ; a = 0.023(du-) 0'8(C)0'3d九流體被加熱時(shí),a值可按下式計(jì)算:0 8 0 4丸 du° 0 8 Cp» 0 4Nu =0.023Re - Pr -; a =0.023() - (M 'd 4 k當(dāng)流體在套管環(huán)隙內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí),上列各式中d用當(dāng)量直徑de替代即可。各項(xiàng)物性常數(shù)均取流體進(jìn)出口平均溫度下的數(shù)值。冷流體冷流體圖1套管熱交換器兩端測(cè)試點(diǎn)的溫度三、
5、實(shí)驗(yàn)裝置及流程1恒溫水槽2.攪拌槳7.冷阱3 循環(huán)水泵4.轉(zhuǎn)子流量計(jì)5 冷水閥門6.高位穩(wěn)壓水槽四、實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作(1)向恒溫循環(huán)水槽中灌入蒸餾水或軟水,直至溢流管有水溢出為止。(2)開啟并調(diào)節(jié)通往高位穩(wěn)壓水槽的自來水閥門,使槽內(nèi)充滿水,并由溢流管 有水流出。(3)將冰碎成細(xì)粒,放入冷阱中并摻入少許蒸餾水,使之成粥狀。將熱電偶冷 接觸點(diǎn)插入冰水中,蓋嚴(yán)蓋子。(4)將恒溫水槽的溫度定為55E,啟動(dòng)恒溫水槽的電熱器,等溫度到達(dá)后即可 開始實(shí)驗(yàn)。(5)實(shí)驗(yàn)前需要準(zhǔn)備好熱水轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量標(biāo)定曲線和熱電偶分度表。實(shí)驗(yàn)操作步驟1 開啟冷水閥門,測(cè)定冷水流量,實(shí)驗(yàn)過程中保持恒定。2 啟動(dòng)循環(huán)水泵,
6、開啟并調(diào)節(jié)熱水閥門使流量在 60250Lh-1范圍內(nèi)選取若干流 量值(一般不少于 6 組數(shù)據(jù))進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定。3每調(diào)節(jié)一次熱水流量, 待流量和溫度都恒定后再通過開關(guān)依次測(cè)定各點(diǎn)溫度。 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng):(1)開始實(shí)驗(yàn)時(shí),必須先向換熱器通冷水,然后再啟動(dòng)熱水泵。停止實(shí)驗(yàn)時(shí), 必須先停熱電器,待熱交換器管內(nèi)存留熱水被冷卻后,再停水泵并停止通冷水。(2)啟動(dòng)恒溫水槽的電熱器之前,必須先啟動(dòng)循環(huán)泵使水流動(dòng)。(3)在啟動(dòng)循環(huán)泵之前,必須先將熱水調(diào)節(jié)閥門關(guān)閉,待泵運(yùn)行正常后,再徐 徐開啟調(diào)節(jié)閥。( 4)每改變一次熱水流量,一定要等傳熱過程穩(wěn)定之后,才能測(cè)數(shù)據(jù)。每測(cè)一 組數(shù)據(jù)最好多重復(fù)幾次。 當(dāng)流量和各點(diǎn)溫度數(shù)值
7、恒定后, 表明過程已達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:1測(cè)定套管換熱器的傳熱總系數(shù) K; 2測(cè)定流體在圓管內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí)的傳熱膜系數(shù) h。五、實(shí)驗(yàn)記錄 1記錄實(shí)驗(yàn)設(shè)備基本參數(shù)(1)內(nèi)管基本參數(shù):外徑: d= mm;壁厚:(=mm;測(cè)試段長(zhǎng): L=mm(2)套管基本參數(shù):外徑: d'=mm;壁厚:S=mm;(3)流體流通的橫截面積內(nèi)管橫截面積: S=mm環(huán)隙橫截面積: S'=mm(4)熱交換面積: 內(nèi)管內(nèi)壁表面積: AW= 內(nèi)管外壁表面積: AW'= 平均熱交換面積: A=2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄序 號(hào)冷水流量熱水流量溫度備注測(cè)試截面I測(cè)試截面nmsmsTiTwiTiT2Tw2T2kg s
8、-1kg s-CCcCCC12345673 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理(1)總傳熱系數(shù)序 號(hào)管內(nèi)流速液體間 溫度差傳熱速率總傳熱系數(shù)備 注uAT iAT2AT mQKm-sKKKWW-m K1234567(2)傳熱膜系數(shù)序 號(hào)管內(nèi)流速流體與壁面溫差傳熱速率傳熱膜系數(shù)備 注uT1-T W1T 2-T W2AT mQa-1 m-sKKK-2 -1W- m 2 K 1-2-1W- m 2 K 11234567(3)傳熱膜系數(shù)的關(guān)聯(lián)式序 號(hào)管內(nèi)流體 平均溫度流體 密度流體 黏度流體導(dǎo)熱 系數(shù)管內(nèi) 流速傳熱膜系 數(shù)雷 諾 準(zhǔn) 數(shù)努賽 爾準(zhǔn) 數(shù)普蘭 特準(zhǔn) 數(shù)(T1+T2)/2 :P入uaReNuPr 1Kkg m-3Pa sW- m-1 K-1-1 m sW- m-1 K-11234567然后,按如下方法和步驟估計(jì)參數(shù): 水平管內(nèi)傳熱膜系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式:在實(shí)驗(yàn)測(cè)定溫度范圍內(nèi), 項(xiàng)合并。Nu =aRemPrnPr數(shù)值變化不大,可取其平均值并將Prn視為定值與a上式兩邊取對(duì)數(shù),
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