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化工傳熱綜合實驗裝置實驗指導書

  
化工傳熱綜合實驗裝置實驗指導書
 

傳熱在工程技術領域中的應用十分廣泛,在動力、化工、制冷、建筑、機械制造、新能源和宇航等工程中,都占有十分重要的地位。因此,了解傳熱過程的基本原理及傳熱設備(即換熱器)的結構性能具有極其重要的意義。
換熱器是由各種不同的傳熱元件組成的換熱設備,冷熱流體借助換熱器中的傳熱元件進行熱量交換而完成加熱或冷卻任務。換熱器的傳熱系數是衡量換熱器的換熱效果好壞的標準,不同傳熱元件組成的換熱器的性能存在著較大的差異。確定換熱器換熱性能(主要是指傳熱系數)的有效途徑是通過實驗進行測定。
一、設備性能與主要技術參數
1、本化工傳熱綜合實驗裝置主要由套管換熱器、蒸發器、風機、智能溫控儀表、熱球風速儀、開關指示燈、不銹鋼框架等組成。
2、套管換熱:換熱段長度為1000mm換熱面積為0.142m2。換熱器外部都包有保溫層,并用不銹鋼皮包好,外表美觀,可以減少實驗的熱損失,也可以防止實驗者的意外燙傷。
3、熱流體通過的紫銅管為φ20×1.5mm,長為1000mm。冷流體通過的不銹鋼管為φ57×1mm。
二、蒸發器為不銹鋼制成,最大加熱功率為2.0KW。其上裝有液位計,正常液位要維持在2/3處,最多加至液位計所能指示的范圍最高處。必要時加水,以免電熱管干燒(加水時需注意水位超過液位計指示時仍往蒸發器內加水,液位計將無法顯示
概述
1、液位)。其表面也包有保溫層。
2、風機為旋渦風機,輸入功率為550W,轉速為2800/min,風壓為13.5KPa,風量為95m3/h。
3、溫度儀表:本裝置上配置一塊AI-518溫度控制儀表,四塊AI-501溫度顯示儀;AI-518溫度控制儀表用于控制蒸發器溫度,AI-501溫度顯示儀可以直接顯示所對應各點的溫度。
4、熱球風速儀,用來測量風速,再通過管道截面積求得體積流量。詳細操作步驟與注意事項請參閱熱球風速儀使用說明書。柜體在其面板可以控制整個實驗的全過程。儀表開關下部都有對應的標識。
5、開關、指示燈按下開關指示燈亮表明對應的工作正在運行,關閉時則按開關上箭頭的方向旋轉即可。
三、實驗目的
1、熟悉傳熱實驗的實驗方案設計及流程設計。
2、了解換熱器的基本構造與操作原理。
3、掌握熱量衡算與傳熱系數K及對流傳熱膜系數α的測定方法。
4、掌握熱電偶的測溫原理及電位差計的使用。
四、實驗原理
傳熱實驗是在實驗室條件下的教學實驗,用儀表考察冷熱流體在套管式換熱器中的傳熱過程,其理論基礎是傳熱基本方程牛頓冷卻定律及熱量平衡關系。
由傳熱基本方程得:
式中K——傳熱系數(
A——換熱器的傳熱面積(
——平均溫度差(K)
Q——傳熱量(W)
由上式可得,由實驗測定Q、A、即可求得K值。

由傳熱系數K亦可確定換熱面內外兩側的對流傳熱膜系數。
對薄壁圓管(小于2),傳熱系數K與傳熱膜系數之間有如下關系:

式中K——傳熱系數()
——加熱管外壁面的對流傳熱膜系數(
——加熱管內壁面的對流傳熱膜系數(
δ——加熱管壁厚(m)
λ——加熱管的導熱系數(w/mK)
——加熱管外壁面的污垢熱阻(
*——加熱管內壁面的污垢熱阻(
實驗室條件下考慮忽略污垢熱阻,則

若有,則有K≈;
實驗中冷流體采用空氣,熱流體采用水蒸汽。通過測取冷熱流體在換熱器進出口的流量及溫度變化來進行總傳熱系數K對流傳熱膜系數與相關準數關系的測定。
五、實驗流程圖

六、實驗操作步驟
1、實驗前應熟悉實驗流程,做好實驗的準備工作。
2、檢查電源連接是否正確,風機、加熱裝置工作是否正常,設備密封是否良好。
3、檢查蒸汽發生器內水位是否符合要求,必要時加水。以免熱管燒壞。
4、檢查熱電偶接觸是否良好,看熱電偶插入處有無脫落?
5、實驗正常操作前應打通冷卻水,排除換熱器內的不凝性氣體。稍開放空閥排不凝性氣體。
6、啟動電源開關后,電源指示燈亮;打開蒸汽發生器加熱開關。將蒸汽發生器加熱溫度儀表設定至所需溫度值,然后調節電流表旋鈕,順時針旋轉,電流表顯示數值將逐步加大;大約85攝氏度左右時把兩個調節旋鈕調小一點(防止熱慣性所造成的溫度不穩定現象)。
7、由于熱電偶測量時存在一定的誤差,故蒸汽溫度顯示90度左右時蒸發器內的水已經沸騰。此時可以打開風機開關調節風量調節閥,開始進行傳熱實驗。
8、在實驗過程中熱流體出口溫度有可能高于蒸汽溫度,原因是一方面換熱器內部結垢嚴重,另一方面是傳熱過程中給的熱量大,導致熱流體出口溫度高于蒸汽溫度。
9、讀取實驗數據時應待操作穩定后才開始進行,一組實驗數據應連續進行測定,兩組數據間應有一定的穩定時間,每組實驗數據的測溫點應始終保持不變,以減少系統誤差。各組實驗數據間操作狀態的改變,通過調節風機出口閥的開度,開大閥門則增加冷流體進料量,調小反之。
10、實驗完畢,應先關掉蒸發器開關,將電流表調至零,停止加熱;風機繼續工作一段時間,待蒸發器溫度降至50度以下再關掉所有電源開關,結束實驗。
七、注意事項
1、蒸發器加水一般加到液位計的2/3即可,假若水位超過了此高度那么不管再加多少水液位計的指示都不會改變。液位最少時也不能低于蒸汽發生器的1/2否則電熱管極易燒壞!
2、實驗操作時應注意安全,不能開蒸發器上灌水閥門,防止觸電和燙傷。
3、測量時應逐步加大氣相流量,記錄數據。否則實驗數值誤差較大。
八、實驗數據整理及要求
1、測定有關數據并進行數據處理,整理出相關經驗公式,繪出相應實驗圖表及曲線。
2、將原始數據列成表格并進行實驗數據處理
3、根據實驗結果對測定的K、值進行分析討論。

序號 氣體流量V(m3/h) 氣體入口T(℃) 氣體出口T(℃) 蒸汽入口T(℃) 蒸汽出口T(℃) (℃)
1            
2            
3            
4            
5            

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