第二篇：实验报告一
实验名称：套管传热实验
实验目的：
(1)通过实验，加深对传热理论的理解，提高研究和解决传热实际问题的能力；
(2)学习并掌握传热系数和对流传热系数的测定方法；
(3)测定空气在圆形直管中作强制湍流传热的K值；整理出传热膜系数准数关系式，并将其在双对数坐标上绘出；
(4)用作图法回归处理求得Nu/Pr0.4～Re之间的关系式。
实验仪器与用具：
(1)装置及流程
实验装置由一个套管换热器(有4套装置为3套管，2套装置为2套管)、罗茨鼓风机、转子流量计、冷凝管收集器及7.5KW电蒸汽发生器所组成。
图7.4-1 套管传热实验装置流程图
1-旁通阀 2 –气体缓冲罐 3-进气阀 4-转子流量计 5-套管换热器 6.7.13-不凝性气体排除阀 7.10-压力表 8-蒸汽分布器 11-蒸汽进气阀 12.22-温度计 14-电蒸汽发生器 15-进水阀 16-电蒸汽发生器排污阀17.19.21-冷凝水排除阀 18-内套管冷凝水收集器 20-外套管冷凝水收集器 23-罗茨风机或漩涡气泵
(2)数据测量
空气温度——用水银温度计测得空气进、出换热器的温度:t1、t2；
蒸汽压力——用弹簧压力计(7)、(10)测得；
空气流量——用转子流量计测得进入换热器前的流量，对流量计示数进行校正。
实验原理：
在工业生产中，间壁换热是经常使用的换热方式。热流体借助于传热壁面，将热量传递给冷热体，以满足生产工艺的要求。影响换热器传热速率的参数有传热面积、平均温度差和传热系数三要素。为了合理选用或设计换热器，应对其性能有充分的了解。除了查阅文献外，换热器性能实测是重要的途径之一。传热系数是度量换热器性能的重要指标。为了提高能量的利用率，提高换热器的传热系数以强化传热过程，在生产实践中是经常遇到的问题。
冷热液体间的传热过程是由热流体对壁面的对流传热、间壁的热传导、以及壁面对冷流体的对流传热这三个传热子过程组成。如7.4-1所示。在忽略了换热管内外两侧的污垢热阻后，以冷流体一侧传热面积为基准的传热系数计算式为：
(7.4-1)
式中：
——以冷流体一侧传热面积为基准的总传热系数，
；
——冷流体测的对流传热系数，；
——热流体测的对流传热系数，；
——换热管材料的导热系数，；
——冷流体测的传热面积，
；
——换热管的壁厚，
；
——换热管的对数平均面积，；
传热系数可借助于传热速率方程式和热量衡算方程式求取。热量衡算方程式：
(7.4-2)
式中：
——传热量，
；
——冷流体的质量流率，
；
——冷流体的比热容，
——冷流体的进口温度，℃；
——冷流体的进口温度，℃；
传热速率方程式：
(7.4-3)
(7.4-4)
式中：
——冷热流体的对数平均温差，℃；
——热流体的进口温度，℃；
——热流体的出口温度，℃；
当流体在圆形直管内作强制湍流对流传热时，如果满足条件：
～
，
~120，管长与管子的内径之比为
≥60，则传热准数经验式为：
(7.4-5)
(7.4-6)
(7.4-7)
(7.4-8)
式中：
——努赛尔准数，描述对流传热系数的大小；
——雷诺准数，表征流体流动状态；
——普朗特准数，表征流体物性的影响；
——流体与固体壁面的对流传热系数，；
——流体的导热系数，；
——流体的比热容，；
——流体在管内流动的平均速度，
；
——换热管的内径，；
——流体的粘度，
；
——流体的密度，
。
实验操作步骤：
(1)打开阀(15)向电热蒸汽发生器(14)灌水到液位计玻璃管4/5处，维持液位恒定，否则电加热器露出水面，将被烧坏。
(2)检查罗茨风机旁路管阀门(1)是否打开，只有打开阀门(1)，才能启动罗茨风机，调节流量主要用阀(1)，阀(3)辅助调节流量，任何情况下，不得同时关闭阀门(1)和阀门(3)，否则，罗茨风机出口风压不断升高而发生事故。（注：如果使用的是漩涡气泵，则不存在旁路之说）
(3)检查其他阀门启闭是否正常，检查完毕可合闸供电，使电蒸汽发生启升温，当不凝气排出阀(6)、(9)、(13)有水汽冒出，关闭(6)、(9)、(13)阀门，当压力表(10)表压上升到0.08[MPa]时，打开阀门(6)、(9)、(13)放不凝性气体，然后关掉这些阀门。压力表(10)由调压器控制在0.08～0.1[MPa]。压力表(7)由针形阀(11)控制在0.05或0.06[MPa]之间的任一值，并维持这一恒值。
(4)空气进、出口温度在改变空气流量后，要稳定一段时间再读数，然后记录其空气流量、温度和压强。
(5)当电蒸汽发生器因供气过剩而使蒸汽压超过0.1[MPa]时，过压继电器自动跳闸而停止加热，此时应相应调小电加热器的电压和电流，过3到5分钟，待蒸汽压下降到0.08[MPa]时，再手动开启电加热器。
(6)在整个操作过程中，要注意冷凝水收集器的液位。发现积液过多，应及时排除，但排除液时要保证传热套管内的蒸汽压维持恒定。
注意事项：
(1) 在打开不凝性气体阀门时，不要站在放空的方向上；
(2)要注意蒸汽总压力的大小，当压力小于0.08MPa时，要及时开启加热开关。
(3)要及时排除冷凝水收集器中的液体。
实验原始记录表：
表7.4-1 套管传热实验原始数据表
大气压强___________________[hPa] 加热饱和蒸汽压强___________[KPa]
不锈钢外套管_____Ф60×25__[mm] 不锈钢中套管___Ф42×2.5__ [mm]
紫铜内管__Ф19×2__[mm] 传热管内有效长度____1100___[mm]
数据处理：
(1)饱和蒸汽绝对压强：
[ KPa]
P表－－实验时加热饱和蒸汽压强 [MPa](表压)，
Pa ——实验时的大气压强 [KPa]
(2)饱和蒸汽的温度：
根据计算得到的P饱[KPa]，结合《化工原理》教材中的附录，查得加热饱和蒸汽温度T [℃]
(3)实验中的CCl4柱高度差：
[mmCCl4]
i——实验数据第i组
R右i——U型差压计右侧的指示高度 [mmCCl4]
R左i——U型差压计左侧的指示高度 [mmCCl4]
(4)空气的压力Pi：
[Pa]
(5)空气的实际密度
：
[kg/m3]
M——空气的摩尔质量数，[kg/mol]
(6)空气的定性温度
:
t1i——空气的进口温度，
t2i——空气的出口温度，
(7)空气的物性常数：
由上面计算的定性温度，查《化工原理》教材，得到空气的物性常数.
(空气的定压比热容)
(空气的导热系数)
(空气的粘度)
则空气的普兰德准数
为：
(8)气的实际体积流量
：
[m3/h]
(9)空气的实际质量流量
(10)传热量：
[w]
(11)传热过程中的对数平均温差
其中：
进口温差：
出口温差：
(12)传热系数Ki：
[w/m2.k]
实验数据处理：
套管传热实验数据处理表
大气压强___________[KPa] 加热饱和蒸汽温度__111.79___[℃]
不锈钢外套管__Ф60×25__[mm] 不锈钢中套管___Ф42×2.5__ [mm]
紫铜内管__Ф19×2__[mm] 传热管内有效长度____1100___[mm]