化工原理传热实验误差分析

《化工原理实验》（传热、干燥 、蒸发）（总分100分）

一 选择题（每空2分，共30分）

1 对蒸汽-空气体系的传热实验，你认为 A 方案对强化传热在工程中是可行的。

A提高空气的流速 B 提高蒸汽的压强 C 采用过热蒸汽以提高传热温差 D 在蒸汽侧管壁上加装翅片

2在干燥实验中，提高空气的进口温度则干燥速率____A____；若提高进口空气的湿度则干燥速率_____B_______

A提高 B 降低 C 不变 D 不确定

3换热器中冷热流体一般为逆流流动，这主要是为了 B

A减少流动阻力 B减少冷却剂用量 C提高传热系数

4在换热器上输水器的作用是排放冷凝液，截留蒸汽，当其发生阻塞，会导致 C

A 不凝性气体增多 B被加热流体的流量增大 C 换热器的总传热系数减小 D 冷流体出口温度上升 5 湿空气经预热后，空气的焓增大，而 A

A

4.1 概述

传热是指由于温度差引起的能量转移，又称热传递。由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在时，热就必然从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。无论在能源、宇航、化工、动力、冶金、机械、建筑等工业部门，还是在农业、环境保护等其他部门中都涉及到许多有关传热的问题。 应予指出，热力学和传热学两门学科既有区别又有联系。热力学不研究引起传热的机理和传热的快慢，它仅研究物质的平衡状态，确定系统由一种平衡状态变到另一种平衡状态所需的总能量；而传热学研究能量的传递速率，因此可以认为传热学是热力学的扩展。热力学(能量守恒定律)和传热学(传热速宰方程)两者的结合，才可能解决传热问题：

化学工业与传热的关系尤为密切；这是因为化工生产中的很多过程和单元操作，都需要进行加热和冷却。

例如：①化学反应通常要在一定的温度下进行，为了达到并保持一定的温度，就需要向反应器输入或从它输出热；

②在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热：③化工设备的保温，生产过程中热能的合理利用以及废热的回收等

都涉及传热的问题。

由此可见，传热过程普遍地存在于化工生产中，且具有极其重要的作用。

化工生产中对传热过程

北京化工大学 化工原理实验报告

实验名称：传热膜系数测定实验 班级：化工1305班 姓名：张玮航

学号：2013011132序号： 11 同组人：宋雅楠、陈一帆、陈骏

设备型号：XGB型旋涡气泵及ASCOM5320型压力传感器第4套 实验日期： 2015-12-17

北京化工大学化工原理流体阻力实验

一、实验摘要

首先，本实验让空气走内管，蒸汽走环隙，采用由XGB型漩涡气泵风机、ASCOM5320型压力传感器、孔板流量计、蒸汽发生器等组成的自动化程度较高的装置，由人工智能仪来读取所有温度和压差等参数，用计算机软件实现数据的在线采集与控制。

其次，由所得数据分别求得了正常条件和加入静态混合器后的强化条件下的对流传热膜系数α，再通过作图，使用图解法确定了传热膜系数准数关系式Nu?ARemPrn（n=0.4）中的系数A和指数m后，在双对数坐标纸中作出了Nu/Pr0.4?Re的关系曲线。

最后，整理出了流体在圆管内做强制湍流流动的传热膜系数准数半经验关联式，并与公认的关联式进行了比较。

关键词：传热膜系数K、雷诺数Re、努赛尔准数Nu、普朗特数Pr、图解法

二、实验目的

1、掌握传热膜系数α及传热系数K的测定方法： （1

第四章 《传热》练习题

一、选择题

1、关于传热系数K，下述说法中错误的是（ ） A、传热过程中总传热系数K实际是个平均值； B、总传热系数K随着所取的传热面不同而异； C、总传热系数K可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关；

D、要提高K值，应从降低最大热阻着手； 答案：C

2、揭示了物体辐射能力与吸收率之间关系的定律是（ A、斯蒂芬-波尔兹曼定律； C、折射定律； B、克希霍夫定律； D、普郎克定律； 答案：B

）。

3、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（ ），走壳程的有（ ）。

A、高压流体； B、蒸汽； C、易结垢的流体；

D、腐蚀性流体； E、粘度大的流体； 体；

答案：A、C、D；B、E、F

4、影响对流传热系数的因素有( )。 A、产生对流的原因； B、流体的流动状况； C、流体的物性； D、流体有无相变； E、壁面的几何因素；

答案:A、B、C、D、E

F、被冷却的流 5、某套管换热器，管间用饱和水蒸气将湍流流动的空气加

热至指定温度，若需进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径增加一倍（管长、流动状态及其他条件均不

一、选择题

1、关于传热系数K，下述说法中错误的是（ ） A、传热过程中总传热系数K实际是个平均值； B、总传热系数K随着所取的传热面不同而异；

C、总传热系数K可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关； D、要提高K值，应从降低最大热阻着手； C

2、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（ ），走壳程的有（ ）。 A、高压流体； B、蒸汽； C、易结垢的流体； D、腐蚀性流体； E、粘度大的流体； F、被冷却的流体； A、C、D；B、E、F

3、影响对流传热系数的因素有( )。 A、产生对流的原因； B、流体的流动状况； C、流体的物性； D、流体有无相变； E、壁面的几何因素； A、B、C、D、E

4、对下述几组换热介质，通常在列管式换热器中K值从大到小正确的排列顺序应是（ ）。

A、②>④>③>①；B、③>④>②>①；C、③>②>①>④；D、②>③>④>①； 冷流体 热流体 ① 水 气 体 ②水沸腾 水蒸气冷凝 ③ 水

传热

概念：

1、传热的三种基本方式

2、如何测定及如何提高对流传热的总传热系数K 4、如何强化传热

计算公式

（1）热量衡算（有相变、无相变）K的计算、平均温度差、总传热速率方程、传热面积的计算（判别是否合用）（例4－8）

（2）流体在圆形管内作强制湍流流动时α计算式（公式、条件），粘度μ对α的影响。 （3）实验测K (例4－9)

（4）换热器操作型问题（求流体出口温度，例4－10）

二 实验题（10）

1．利用过热蒸汽进行传热实验的过程中，若运行一段时间后，传热膜系数下降，可能的原因是什么？如何解决？

2. 蒸汽冷凝传热时，为什么要排放不凝性气体？内管壁温接近于哪一侧流体的温度？ 3. 为了提高换热器的总传热系数K，应提高空气侧，还是水侧的?和S？为什么？ 换热器中冷热流体的流动方向有几种，当选择流向时应如何考虑？

4．阐述液体沸腾曲线的基本形状，一般沸腾应处于什么状态才能达到较好的换热效果？

1、（4分）换热器中冷热流体的流动方向有：逆流，并流，折流和错流。 （1分）

当采用逆流时，在传热量和总换热系数一定的情况下，换热器的传热面积较小，另外，采

用逆流还可以节省加热介质或冷却介质的用量。通常，换热器尽可能采用

习 题

1. 如附图所示。某工业炉的炉壁由耐火砖λ1=1.3W/（m·K）、绝热层λ2=0.18W/（m·K）及普通砖λ3=0.93W/（m·K）三层组成。炉膛壁内壁温度1100oC，普通砖层厚12cm，其外表面温度为50 oC。通过炉壁的热损失为1200W/m2，绝热材料的耐热温度为900 oC。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。

设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。

已知：λ1=1.3W/m·K，λ2=0.18W/m·K，λ3=0.93W/m·K，T1＝1100 oC，T2＝900 oC，T4

＝50oC，?3＝12cm，q＝1200W/m2，Rc＝0

求： ?1＝？?2＝？ 解： ∵q???T?

∴?1＝?1T1?T21100?900?1.3??0.22m q1200 又∵q??2T2?T3?2??3T3?T4?3??2?3??2?3T2?T4

∴

?2T2?T4?3900?500.12?????0.579m2?K/W ?2q?312000.93得：∴?2?0.579?2?0.579?0.18?0.10m

习题1附图 习

化工原理天津大学第二版

传热习题及答案 一、选择题：

1、关于传热系数K下述说法中错误的是（ ）C A、传热过程中总传热系数K实际是个平均值； B、总传热系数K随着所取的传热面不同而异；

C、总传热系数K可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关； D、要提高K值，应从降低最大热阻着手；

2、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（ ），走壳程的有（ ）。Ａ、Ｃ、Ｄ；Ｂ、Ｅ、Ｆ

Ａ、高压流体； Ｂ、蒸汽； Ｃ、易结垢的流体； Ｄ、腐蚀性流体； Ｅ、粘度大的流体； Ｆ、被冷却的流体； 3、影响对流传热系数的因素有( )。A、B、C、D、E

A、产生对流的原因；B、流体的流动状况；C、流体的物性；D、流体有无相变；E、壁面的几何因素；

4、某套管换热器，管间用饱和水蒸气将湍流流动的空气加热至指定温度，若需进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径增加一倍（管长、流动状态及其他条件均不变），你认为此措施是：A

A、不可行的；B、可行的；C、可能行，也可能不行；D、视具体情况而定； 解：原因是：流量不变 du 常数 当管径增大时，a. u l/d， u综合以上结果， A 1/d根据

1.82

0.8

2

/d

0.2

1/d

1.8

化工传热综合实验装置

说明书

天津大学化工基础实验中心

2011．7

强化传热又被学术界称为第二代传热技术，它能减小初设计的传热面积，从而减小换热器的体积和重量，提高现有换热器换热能力，减小换热阻力，降低换热器动力消耗，使换热器在较低温差下就可以工作，从而有效地利用能源，节省资金。强化传热的方法有多种，本实验装置采用的是在换热器内管插入螺旋线圈

的方法来达到强化传热的目的。

螺旋线圈内部结构如图-1所示，线圈由直径3mm以下的铜丝和钢丝按一定节距绕成。在普通套管换热器内将金属螺旋线圈插入并固定，即构成强化传热管。靠近管壁区域，流体一方面受到螺旋线圈的作用而发生旋转，一方面还周期性地受到线圈螺旋金属丝的扰动，使湍流程度增大，减小层流内层厚度，从而达到强化传热的

目的。由于绕制线圈的金属丝直径很细，流体旋流强度较弱，所以流动阻力小，有利于节省能源。螺旋线圈以线圈节距H与管内径d的比值为技术参数，另外，管长与管径之比（管径比）是影响传热效果和阻力系数的重要因素。强化传热的机理较为复杂，经过多年实验研究，人们总结出了Nu?BRe的经验公式，其中B和m值的大小因螺旋丝尺寸不同而变化。

按照实验方法操作，确定不同流量下Rei与Nu的数值，再通过线性回归最终确

传热

【当前章节】传热过程分析与计算【当前难度】1

1、在一列管换热器中，用水冷凝某有机蒸汽，蒸汽温度为50℃，凝液在饱和温度下排出，水温由25℃升至40℃，此时该换热器的平均传热温差为（C）。 A.25℃ B.10℃ C.16.4℃ D.17.5℃

2、在一列管式换热器中用温度为t1的冷却水将某一热流体由温度T1降至T2。有人认为采出逆流可以比并流节省冷却水的用量。此说法（A）* A.有道理，可以实现

B.有道理，但实际上不能实现 C.没道量，不可能实现 D.不好说

3、对一个换热器而言，其传热单元数越多，说明该换热器的传热能力（A） A.越强 B.越弱

C.传热能力与传热单元数无关 D.不好说

4、在设计和选择换热器时，压强很高的流体应安排其走哪程（A） A.管程 B.壳程

C.如何安排无关紧要 D.不好说

5、在设计和选择换热器时，作为加热介质的饱和蒸汽应安排其走哪程（B） A.管程 B.壳程

C.如何安排无关紧要 D.不好说

6、利用水在逆流操作的套管换热器中冷却某物料，要求热流体温度T1、T2及流量qm1不变。今因冷却水进口温度t1增高，为保证完成生产任务，提高冷却水的流量qm2，问总传热系数K、总传热速率Q、平均传热温