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化工传热综合实验装置实验指导书

  
化工传热综合实验装置实验指导书
 

传热在工程技术领域中的应用十分广泛,在动力、化工、制冷、建筑、机械制造、新能源和宇航等工程中,都占有十分重要的地位。因此,了解传热过程的基本原理及传热设备(即换热器)的结构性能具有极其重要的意义。
换热器是由各种不同的传热元件组成的换热设备,冷热流体借助换热器中的传热元件进行热量交换而完成加热或冷却任务。换热器的传热系数是衡量换热器的换热效果好坏的标准,不同传热元件组成的换热器的性能存在着较大的差异。确定换热器换热性能(主要是指传热系数)的有效途径是通过实验进行测定。
一、设备性能与主要技术参数
1、本化工传热综合实验装置主要由套管换热器、蒸发器、风机、智能温控仪表、热球风速仪、开关指示灯、不锈钢框架等组成。
2、套管换热:换热段长度为1000mm换热面积为0.142m2。换热器外部都包有保温层,并用不锈钢皮包好,外表美观,可以减少实验的热损失,也可以防止实验者的意外烫伤。
3、热流体通过的紫铜管为φ20×1.5mm,长为1000mm。冷流体通过的不锈钢管为φ57×1mm。
二、蒸发器为不锈钢制成,最大加热功率为2.0KW。其上装有液位计,正常液位要维持在2/3处,最多加至液位计所能指示的范围最高处。必要时加水,以免电热管干烧(加水时需注意水位超过液位计指示时仍往蒸发器内加水,液位计将无法显示
概述
1、液位)。其表面也包有保温层。
2、风机为旋涡风机,输入功率为550W,转速为2800/min,风压为13.5KPa,风量为95m3/h。
3、温度仪表:本装置上配置一块AI-518温度控制仪表,四块AI-501温度显示仪;AI-518温度控制仪表用于控制蒸发器温度,AI-501温度显示仪可以直接显示所对应各点的温度。
4、热球风速仪,用来测量风速,再通过管道截面积求得体积流量。详细操作步骤与注意事项请参阅热球风速仪使用说明书。柜体在其面板可以控制整个实验的全过程。仪表开关下部都有对应的标识。
5、开关、指示灯按下开关指示灯亮表明对应的工作正在运行,关闭时则按开关上箭头的方向旋转即可。
三、实验目的
1、熟悉传热实验的实验方案设计及流程设计。
2、了解换热器的基本构造与操作原理。
3、掌握热量衡算与传热系数K及对流传热膜系数α的测定方法。
4、掌握热电偶的测温原理及电位差计的使用。
四、实验原理
传热实验是在实验室条件下的教学实验,用仪表考察冷热流体在套管式换热器中的传热过程,其理论基础是传热基本方程牛顿冷却定律及热量平衡关系。
由传热基本方程得:
式中K——传热系数(
A——换热器的传热面积(
——平均温度差(K)
Q——传热量(W)
由上式可得,由实验测定Q、A、即可求得K值。

由传热系数K亦可确定换热面内外两侧的对流传热膜系数。
对薄壁圆管(小于2),传热系数K与传热膜系数之间有如下关系:

式中K——传热系数()
——加热管外壁面的对流传热膜系数(
——加热管内壁面的对流传热膜系数(
δ——加热管壁厚(m)
λ——加热管的导热系数(w/mK)
——加热管外壁面的污垢热阻(
*——加热管内壁面的污垢热阻(
实验室条件下考虑忽略污垢热阻,则

若有,则有K≈
实验中冷流体采用空气,热流体采用水蒸汽。通过测取冷热流体在换热器进出口的流量及温度变化来进行总传热系数K对流传热膜系数与相关准数关系的测定。
五、实验流程图

六、实验操作步骤
1、实验前应熟悉实验流程,做好实验的准备工作。
2、检查电源连接是否正确,风机、加热装置工作是否正常,设备密封是否良好。
3、检查蒸汽发生器内水位是否符合要求,必要时加水。以免热管烧坏。
4、检查热电偶接触是否良好,看热电偶插入处有无脱落?
5、实验正常操作前应打通冷却水,排除换热器内的不凝性气体。稍开放空阀排不凝性气体。
6、启动电源开关后,电源指示灯亮;打开蒸汽发生器加热开关。将蒸汽发生器加热温度仪表设定至所需温度值,然后调节电流表旋钮,顺时针旋转,电流表显示数值将逐步加大;大约85摄氏度左右时把两个调节旋钮调小一点(防止热惯性所造成的温度不稳定现象)。
7、由于热电偶测量时存在一定的误差,故蒸汽温度显示90度左右时蒸发器内的水已经沸腾。此时可以打开风机开关调节风量调节阀,开始进行传热实验。
8、在实验过程中热流体出口温度有可能高于蒸汽温度,原因是一方面换热器内部结垢严重,另一方面是传热过程中给的热量大,导致热流体出口温度高于蒸汽温度。
9、读取实验数据时应待操作稳定后才开始进行,一组实验数据应连续进行测定,两组数据间应有一定的稳定时间,每组实验数据的测温点应始终保持不变,以减少系统误差。各组实验数据间操作状态的改变,通过调节风机出口阀的开度,开大阀门则增加冷流体进料量,调小反之。
10、实验完毕,应先关掉蒸发器开关,将电流表调至零,停止加热;风机继续工作一段时间,待蒸发器温度降至50度以下再关掉所有电源开关,结束实验。
七、注意事项
1、蒸发器加水一般加到液位计的2/3即可,假若水位超过了此高度那么不管再加多少水液位计的指示都不会改变。液位最少时也不能低于蒸汽发生器的1/2否则电热管极易烧坏!
2、实验操作时应注意安全,不能开蒸发器上灌水阀门,防止触电和烫伤。
3、测量时应逐步加大气相流量,记录数据。否则实验数值误差较大。
八、实验数据整理及要求
1、测定有关数据并进行数据处理,整理出相关经验公式,绘出相应实验图表及曲线。
2、将原始数据列成表格并进行实验数据处理
3、根据实验结果对测定的K、值进行分析讨论。

序号 气体流量V(m3/h) 气体入口T(℃) 气体出口T(℃) 蒸汽入口T(℃) 蒸汽出口T(℃) (℃)
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2            
3            
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