《化工原理实验》指导书

化工原理实验指导书

实验三、对流给热系数测定

一、实验目的

1． 观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象； 2． 测定空气在圆直管内强制对流给热系数； 3． 掌握热电阻测温的方法。

二、基本原理

在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以空气或水，水蒸气冷凝放热以加热空气或水，在传热过程达到稳定后，有如下公式：

VρCP(t2-t1)=α0A0(T-TW)m=αiAi(tw-t)m (T?Tw)m?(T1?Tw1)?(T2?Tw2)

T?Tln1w1T2?Tw2(tw?t)m?(tw1?t1)?(tw2?t2)

tw?t1ln1tw2?t2V：被加热流体体积流量，m3/s

A0、Ai：内管的外壁、内壁的传热面积，m2 ρ：被加热流体密度，kg/m3

(T-TW)m：水蒸气与外壁间的对数平均温度差，℃ CP：被加热流体平均比热，J/(kg℃) (tw-t)m：内壁与流体间的对数平均温度差，℃

αi、α0：水蒸气对内管外壁的流量给热系数和流体对内管内壁的对流给热系数W/(m2℃) t2、t1：被加热流体进、出口温度，℃ T1、T2：蒸汽进、出口温度，℃

Tw1、Tw2、tw1、tw2：外壁和内壁上进、出口温度，℃Tw2

当内管材料导热性能很好，即λ值很大，且管壁厚度很薄时，可认为Tw1＝tw1，Tw2＝tw2，即为所测得的该点的壁温。

则：??V?CP(t2?t1)

0A0(T?Tw)m?i?V?CP(t2?t1) A0(tw?t)m若能测得被加热流体的V、t2、t1，内管的换热面积A0或Ai，以及水蒸气温度T，壁温

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Tw1、Tw2，即可计算实测的水蒸气（平均）冷凝给热系数和实测的流体在管内的（平均）冷凝给热系数。

三、实验装置与流程

1．实验装置

实验装置如图1所示。

图1 水蒸气～空气换热流程图

来自蒸汽发生器的水蒸气进入玻璃套管换热器，与来自风机（水泵）的风（水）进行热交换，冷凝水经疏水器排入地沟。冷空气（水）经孔板（转子）流量计进入套管换热器内管（紫铜管），热交换后排出装置外。

2．设备与仪表规格

（1）紫铜管规格：直径φ21×2.8mm，长度L=1000mm （2）外套玻璃管规格：直径φ100×5mm，长度L=1000mm （3）压力表规格：0～0.1MPa

四、实验步骤与注意事项

（一）实验步骤

1．打开总电源空气开关，打开仪表及巡检仪电源开关，给仪表上电。

2．打开仪表台上的风机（水泵）电源开关，让风机（水泵）工作，同时打开阀4，让套管换热器里冲有一定量的空气。

3．打开阀1，注意只开一定的开度，开的太大会让换热桶里的蒸汽跑掉，关的太小会

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使换热玻璃管里的蒸汽压力集聚而产生玻璃管炸裂。

4．在做实验前，应将蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水排除，否则夹带冷凝水的蒸汽会损坏压力表及压力变送器。具体排除冷凝水的方法是：关闭蒸汽进口阀门3，打开装置下面的排冷凝水阀门2，让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走，当听到蒸汽响时关闭冷凝水排除阀2，可进行实验。

5．刚开始通入蒸汽时，要仔细调节阀3的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐加热，由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，以防止玻璃管因突然受热、受压而爆裂。

6．当一切准备好后，打开蒸汽进口阀3，蒸汽压力调到0.01Mpa，并保持蒸汽压力不变。 （可通过调节排不凝性气体阀以及阀3来实现。）

5．控制柜处于手动控制状态的时候，可通过调节空气的进口阀4手动调节空气流流量，改变冷流体的流量到一定值，等稳定后记录实验数值；改变不同流量，记录不同流量下的实验数值。当控制柜处于自动控制状态时，也可以通过改变流量控制仪表的设定值，来获得不同的流量。

6．记录3到5组实验数据，完成实验，关闭蒸汽进口阀3与空气进口阀4，关闭仪表电源和风机(泵)的电源。

7．关闭蒸汽发生器。

8．打开实验软件，把实验数据输入，进行实验数据处理。 （二）注意事项

1．先打开排冷凝水的阀1，注意只开一定的开度，开的太大会让换热桶里的蒸汽跑掉，关的太小会使换热玻璃管里的蒸汽压力集聚而产生玻璃管炸裂。

2．一定要在套管换热器内管输以一定量的空气后，方可开启蒸汽阀门，且必须在排除蒸汽管线上原先积存的凝结水后，方可把蒸汽通入套管换热器中。

3．刚开始通入蒸汽时，要仔细调节阀3的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐加热，由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，以防止玻璃管因突然受热、受压而爆裂。

3．操作过程中，蒸汽压力一般控制在0.05MPa（表压）以下，否则可能造成玻璃管爆裂和填料损坏。

4.定各参数时，必须是在稳定传热状态下，随时注意惰气的排空和压力表读数的调整。

五、实验数据处理

1.打开计算机，运行化工原理数据处理软件“CE2000.exe”。

2.输入密码，系统默认密码为“1111”按“确定”按钮之后，选择“教师”，输入“工

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号” 、“姓名”按“确定”按钮进入“CE2000化工原理实验系统测控系统”。或者选择“学生”输入“学院”、“系别”、“学号”、“班级”。并按“确定”按钮进入“CE2000化工原理实验系统测控系统”。

3.选择“实验三、给热系数测定实验”并单击既可进入给热系数测定实验. 4.数据处理软件分为手动输入和和自动采集。

5．手动输入时：打开“新建”按钮，输入实验装置好、实验温度、实验次数。出现数据库表，把测得的数据输入表格。数据输完后，按“保存”即可存入access数据库。 8.打开“打开”按钮，输入“姓名”和“学号”,按“开始处理”按钮，如果您在同一“姓名”和“学号”下输入了多组数据，则处理软件自动为每组数据编号，打开时，自动出现一个“批次”对话框，选择正确的“批次”即可出现“实验原始记录数据表”。 9.单击“显示数据列表”按钮即可出现“实验原始记录数据表”和“实验数据处理成果表”。

10.单击“图形显示计算结果”按钮即可显示“对流传热关联曲线”。 11.单击“自动数据处理”按钮，上述三张表将依次排列。

12.单击“参数设置”下的二级菜单“装置参数设置”即可查看和修改“对流传热的系统参数”

13.单击“文件”下的二级菜单“打印原始数据”即可打印测得的一张原始数据表，打开“文件”下的二级菜单“打印计算结果”即可打印数据处理结果，打开“文件”下的二级菜单“打印图形”即可打印对流传热关联曲线。

14.单击“返回到实验项目选择菜单”按钮即可返回“CE2000化工原理实验系统测控系统”。按“文件”下的二级菜单“退出系统”即可退出化工原理数据处理软件。

六、实验报告

1．将冷流体给热系数的实验值与理论值列表比较，计算各点误差，并分析讨论。 2．说明蒸汽冷凝给热系数的实验值和冷流体给热系数实验值的变化规律。 3．按冷流体给热系数的模型式：Nu/Pr0.4?ARem。确定式中常数A及m。

七、思考题

1．实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响?

2．蒸汽冷凝过程中，若存在不冷凝气体，对传热有何影响、应采取什么措施？ 3．实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响？如何及时排走冷凝水？

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