化工传热综合实验

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

《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

实验报告

课程名称：过程工程原理实验（乙） 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称：传热综合实验 实验类型：工程实验 同组学生姓名：_张子宽、王浩、任欣 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得

横管对流传热系数的测定

1 实验目的：

1.1 掌握空气在普通和强化传热管内的对流传热系数的测定方法，了解影响传热系数的因素和强化传热的途径。

1.2 把测得的数据整理成Nu=BRen形式的准数方程式，并与教材中相应公式进行比较。 1.3 了解温度、加热功率、空气流量的自动控制原理和使用方法。

2 装置与流程：

其中：1—风机；2—蒸汽发生器；3—孔板流量计；4—压差传感器；5—普通套管换热器； 6

— 温度传感器

2.2 流程介绍：

实验装置由蒸汽发生器、孔板流量变送器、变频器、套管换热器及温度传感器、智能显示仪等构成。 空气—水蒸气换热流程：来自蒸汽发生器的水蒸气进入套管换热器，与被风机抽进的空气进行热交

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

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：化实1001 学 号：（小学号） 姓 名： 同 组 人：

实验日期：2012.12.6

传热膜系数测定实验

一、摘要

本实验以套管换热器为研究对象，以冷空气及热蒸汽为介质，冷空气走黄

铜管内，即管程，热蒸汽走环隙，即壳程，研究热蒸汽与冷空气之间的传热过程。通过测得的一系列温度及孔板压降数值，分别求得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及Nu，做出lg（Nu/Pr0.4）～lgRe的图像，分析出传热膜系数准数关联式Nu=ARemPr0.4中的A和m值。

关键词：对流传热 Nu Pr Re α A

二、目的及任务

1、掌握传热膜系数α及传热系数K的测定方法；

2、通过实验掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数A和指数m、n的方法； 3、通过实验提高对准数关系式的理解，并分析影响α的因素，了解工程上强化传热的措施。

三、基本原理

黄铜管内走冷空气，管外走100℃的热蒸汽，壁内侧热阻1/α远远大于壁阻、垢阻及外侧热阻，因此研究传热的关键问题是测算α，当流体无相变时对流传热准数关系式的一般形式为：

Nu A Rem PrnGrp

对于强制湍流有： Nu ARem

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

化学工程专业

实 验 讲 义

（试用版）

实验二 气固相催化宏观反应速率的测定

一、实验目的

气固相催化反应是在催化剂颗粒表面进行的非均相反应。如果消除了传递过程的影响，可测得本征反应速率，从而在分子尺度上考察化学反应的基本规律。如果存在传热、传质过程的阻力，则为宏观反应速率。测定工业催化剂颗粒的宏观反应速率，可与本征反应速率对比得到效率因子实验值，也可能直接用于工业反应器的操作优化和模拟研究，因而对工业反应器的操作与设计具有更大的实用价值。本实验目的有两项。

（1）了解宏观反应速率的测试方法。

（2）了解和掌握气固相催化反应实验研究方法。 二、实验原理

采用工业粒度的催化剂测试宏观反应速率时，反应物系经历外扩散、内扩散与表面反应三个主要步骤。对工业粒度的催化剂而言，外扩散阻力与工业反应器操作条件有很大的关系，线速度是调整外扩散传递阻力的有效手段。设计工业反应装置和实验室反应器时，一般选用足够高线速度，使反应过程排除颗粒外部传质阻力。本实验测定反应速率，实质上是在排除外部传质阻力后，包含内部传质阻力的宏观反应速率，，能表征工业催化剂的颗粒特性，便于应用于反应器设计与操作。催化剂颗粒通常制成多孔结构以增大其表面积，因此颗粒的内表面积远远大于外表

传热综合实验

一、实验目的

1学习总传热系数及对流传热系数的测定方法； 2学习用实验方法求取描述过程规律的经验公式； 3了解热电偶和电位计的使用，掌握测温基本技术； 4对比了解强化传热的途径；

5测定空气在圆形直管中作湍流流动时传热膜系数的准数方程式； 6测定冷凝传热膜系数。 二、 实验内容 实验4-1

①测定5-6个不同流速下简单套管换热器的对流传热系数 ②对

。

的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=AremPr0.4中常数A、m的值。

。

实验4-2

①测定5-6个不同流速下强化套管换热器的对流传热系数 ②对

的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=BRem中常数B、m的值。

③同一流量下，按实验一所得准数关联式求得Nu0，计算传热强化比Nu/Nu0。 三、实验原理：

1、换热器在工业生产中是经常使用的和换热设备。热流体借助于传热璧面，将热量传给冷体，以满足生产工艺的要求。影响换热器传热系数的参数有传热面积，平均温度差和传热系数三要素。为了合理选用和设计换热器，应对其性能有充分的了解，除查阅文献外，换热器性能实测是重要的途径。传热系数是一个重要的指标。

2、换热器是一种间壁式传热装置，冷热流体间的传热过程，由热流体对壁的对流传热，间壁的

化学工程专业

实 验 讲 义

（试用版）

实验二 气固相催化宏观反应速率的测定

一、实验目的

气固相催化反应是在催化剂颗粒表面进行的非均相反应。如果消除了传递过程的影响，可测得本征反应速率，从而在分子尺度上考察化学反应的基本规律。如果存在传热、传质过程的阻力，则为宏观反应速率。测定工业催化剂颗粒的宏观反应速率，可与本征反应速率对比得到效率因子实验值，也可能直接用于工业反应器的操作优化和模拟研究，因而对工业反应器的操作与设计具有更大的实用价值。本实验目的有两项。

（1）了解宏观反应速率的测试方法。

（2）了解和掌握气固相催化反应实验研究方法。 二、实验原理

采用工业粒度的催化剂测试宏观反应速率时，反应物系经历外扩散、内扩散与表面反应三个主要步骤。对工业粒度的催化剂而言，外扩散阻力与工业反应器操作条件有很大的关系，线速度是调整外扩散传递阻力的有效手段。设计工业反应装置和实验室反应器时，一般选用足够高线速度，使反应过程排除颗粒外部传质阻力。本实验测定反应速率，实质上是在排除外部传质阻力后，包含内部传质阻力的宏观反应速率，，能表征工业催化剂的颗粒特性，便于应用于反应器设计与操作。催化剂颗粒通常制成多孔结构以增大其表面积，因此颗粒的内表面积远远大于外表

图 2.对流传热系数和平均流量之间的关系曲线

表 1.总传热系数的测定数据序号12345678

空气进口空气出口空气流量温度/c0温度/C013.612108.886.86.4646.846.646.345.945.745.645.545.495.195.596.196.796.997.397.597.6进口壁温/C0点1105106106106106106106106点2106106106106106106106106点3106107107107107107107107出口壁温/C0点4107108108108108108109109点5106106106106106106107107点6108109109110110110110110 附表二

表 2.总传热系数K的处理过程及测定结果

序号12345678

t进46.846.646.345.945.745.645.545.4t出95.195.596.196.796.997.397.597.6t出-t进48.348.949.850.851.251.75252.2上62.662.863.163.563.763.863.964下Δtmtm比热容总传热系密度空气流量传热速率Q数K13.