总传热系数的测定

昆明理工大学实验报告

课题名称：

化工原理实验

实验名称： 总传热系数的测定

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实验日期：

测定套管换热器中水—水物系在常用流速范围内的总传热系数K，分析强

实验内容： 化传热效果的途径。

总传热系数的测定

一、实验目的

1.了解换热器的结构，掌握换热器的操作方法。 2.掌握换热器总传热系数K的测定方法。

3.了解流体的流量和流向不同对总传热系数的影响

二、基本原理

在工业生产中，要完成加热或冷却任务，一般是通过换热器来实现的，即换热器必须在单位时间内完成传送一定的热量以满足工艺要求。换热器性能指标之一是传热系数K。通过对这一指标的实际测定，可对换热器操作、选用、及改进提供依据。

传热系数K值的测定可根据热量恒算式及传热速率方程式联立求解。 传热速率方程式：

Q=kS?tm （1）

通过换热器所传递的热量可由热量恒算式计算，即 Q=WhCph（T1－T2）=WcCpc（t2－t1）＋Q损 （2） 若实验设备保温良好，Q损可忽略不计，所以

Q=WhCph（T1－T2）=WcCpc（t2－t1） （3）

式中，Q为单位时间的传热量，W；K为总传热系数，W/(m2·℃)；?tm为传热对数平均温度差，℃；S为传热面积（这里基于外表面积），m2；Wh,Wc为热、冷流体的质量流量，kg/s；Cph,Cpc为热、冷流体的平均定压比热，J/(kg·℃)；T1,T2为热流体的进出口温度，℃；t1,t2为冷流体的进出口温度，℃。

?tm为换热器两端温度差的对数平均值，即

?tm??t2??t1?tln2?t1（4）

当

?t??t1?t2?2时，可以用算术平均温度差(2)代替对数平均温度差。由上式所计算出口

2?t1的传热系数K为测量值K测。

传热系数的计算值K计可用下式进行计算：

K计?11?0?1?i????RS?（5）

式中，?0为换热器管外侧流体对流传热系数，W/(m2·℃)；?i为换热器管内侧流体对流传热系数，W/(m2·℃)；?为管壁厚度，m；?——管壁的导热系数，W/(m2·℃)；RS为污垢热阻，m2·℃/W。

当管壁和垢层的热阻可以忽略不计时，上式可简化成：

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K计?11?0?1??i?0?i?0??i（6）

三、实验装置及流程

1．实验流程

本实验装置为一套管换热器，采用冷水—热水系统，流程如图所示。冷水经转子流量计计量后进入换热器的冷水流道，进行热交换后排入地沟。热水槽中的水被加热到预定温度后，由管道泵送至流量计计量，再进入换热器的热水流道，进行热交换后返回热水槽循环使用。在冷热水进、出口处都分别装有铜电阻测量温度。 实验装置设有逆流和并流两种流程，通过换向阀门改变冷水的流向，进而测得两流体逆流或并流流动时的总传热系数。 2．主要设备仪表规格

（1）套管换热器：内管为紫铜管，管径do=6mm；换热管长度l=1.075m； （2）测温装置：Cu50型铜电阻配以数字温度显示仪； （3）热水发生器：f219×6mm，材质为不锈钢；加热器功率：1kW，由智能程序控温仪控制并显示其中温度；

（4）流量计：LZB—15转子流量计，范围：0～160L/h；LZB—25转子流量计，范围：0～400L/h。

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总传热系数测定装置仿真界面

四、实验步骤

1．熟悉流程、管线，检查各阀门的开启位置，熟悉各阀门的作用。

2．将热水发生器水位约维持在其高度的2/3，把换向阀门组调配为逆流。

3．打开总电源开关，通过智能程序控温仪设定加热器温度，通电加热并启动管道泵，开启热水调节阀调节热水流量为定值。

4．当热水发生器温度接近设定值时开启冷水离心泵和出口阀，调节冷水阀使冷水流量为定值。实验过程中注意开启冷水槽上水阀勿使槽内水位下降太多。 5．待冷、热水温度稳定后，记录冷、热水的进出口温度。

6．调节冷水阀，改变冷水流量，测取6个数据。注意，每次流量改变后，须有一定的稳定时间，待有关参数都稳定后，再记录数据。

7．把换向阀门组调配为并流，调节冷水阀，改变冷水流量，待温度稳定后记录有关参数。

8．实验结束后，关闭调节阀门，关闭热水泵的电源开关并关闭冷水离心泵出口阀及离心泵，最后关闭总电源。

五、实验报告

1．整理原始数据记录表，将有关数据整理在数据处理表中。

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2．列出实验结果，写出典型数据的计算过程，分析和讨论实验现象。 解：

（1）逆流

T1=38.8℃，T2=36.6℃，t1=20.5℃，t2=27.2℃

△t1=T1-t2=38.8℃-27.2℃=11.6℃，△t2=T2-t1=36.6℃-20.5℃=16.1℃

?t??t211.6?16.1?t111.6??13.85℃ ??0.720?2，?tm逆?122?t216.1 并流

T1=40.3℃，T2=38.6℃，t1=21.4℃，t2=28.2℃

△t1=T1-t1=40.3℃-21.4℃=18.9℃，△t2=T2-t2=38.6℃-28.2℃=10.4℃

?t??t218.9?10.4?t118.9??14.65℃ ??1.82?2，?tm并?122?t210.4 （2）热负荷 水qm2=120L/h=119.76kg/h，cp2=4.183×103J/（kg·℃），t1逆=20.5℃，t2

逆=27.2℃，t1并=21.4℃，t2并=28.2℃

Q逆=qm2cp2（t2逆-t1逆）=119.76/3600×4.183×103×（27.2-20.5）=932.335W

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Q并=qm2cp2（t2并-t1并）=119.76/3600×4.183×103×（28.2-21.4）=946.250W （3）A=2.016903×10-2m2 k逆?Q逆932.335 ??3337.6W（/m2·℃）?2A?tm逆2.016903?10?13.85Q并946.2502 ??3202.4W（/m·℃）?2A?tm并2.016903?10?14.65 k并?六、思考题

1．影响传热系数K的因素有哪些？

答：传热系数的计算值K计可用下式进行计算：

K计?11?0?1?i????RS?（5）

式中，?0为换热器管外侧流体对流传热系数，W/(m2·℃)；?i为换热器管内侧流体对流传热系数，W/(m2·℃)；?为管壁厚度，m；?——管壁的导热系数，W/(m2·℃)；RS为污垢热阻，m2·℃/W。

2．在实验中哪些因素影响实验的稳定性？

答：换热器管外侧流体对流传热系数?0、换热器管内侧流体对流传热系数?i、管壁厚度?、管壁的导热系数?、污垢热阻RS。

3．根据实验结果分析如何强化传热？ 答：蒸汽冷凝时的对流传热强化措施 目的：减少冷凝液膜的厚度

水平管束：减少垂直方向上管数，采用错列；

垂直板或管：开纵向沟槽，或在壁外装金属丝。 液体沸腾时的对流传热强化措施

表面粗糙化：将表面腐蚀，烧结金属粒；加表面活性剂（乙醇、丙酮等）

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1izf.html