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1、实验传热实验第1页，共19页，编辑于2022年，星期五间壁式换热器又叫表面式换热器，在这种换热器中，冷热两种流体被壁面隔开，在换热过程中，两种流体互不接触，热量由热流体通过壁面传给冷流体。间壁式换热器第2页，共19页，编辑于2022年，星期五一.过程分析 在间壁式的换热器中，总传热速率方程为：传热系数K与诸多因数有关（如冷、热流体的流动状况，流动介质，管子材质等),究竟哪些因数对K的影响起控制作用，从整体上难以分析和研究。因此，整个传热过程可分解为三个子传热过程。第3页，共19页，编辑于2022年，星期五a.热流体对固体面的对流传热，传热速率为：b.固体壁面的热传导，传热速率为：C.固体壁面对
2、冷流体的对流传热，传热速率为 Qh=hAhtmhQc=cActmc第4页，共19页，编辑于2022年，星期五过程的分解第5页，共19页，编辑于2022年，星期五第6页，共19页，编辑于2022年，星期五式中 tmh热流体与固体壁面的对数平均温差 tmc固体壁面与冷流体之间的对数平均温差 tm热流体与冷流体之间的对数平均温差 若已知C、h及、就可计算相应的K 若忽略固体壁面热传导的阻力，则 对流传热系数c、h目前还不能通过解析法得到其理论 计算式，用无因次分析法通过实验测定其。已知，影响的因素有=f(l,cp,u,g,T)由无因次化 对于强制对流第7页，共19页，编辑于2022年，星期五通过实验
3、可值，对于加热b=0.4两边取对数得：logNu=logA+alog Re该实验采用的实验方法论为：过程的合成与分解法描述对流给热的大小描述流体流动状态描述流体的物性第8页，共19页，编辑于2022年，星期五过程分解与合成方法过程分解与合成方法 过程分解与合成方法是研究处理复杂问题的一种有效方法，这一方法是将一个复杂的过程（或系统）分解为联系较少或相对独立的若干个子过程或子系统，分别研究各子过程本身特有的规律，再将各过程联系起来以考察各子过程之间的相互影响以及整体过程的规律。第9页，共19页，编辑于2022年，星期五 这一方法显见的优点是从简到繁，先考察局部，再研究整体。同样用黑箱法作实验研究
4、，在过程分解之后就可大幅度减少实验次数。例如，一个包含8个变量，各变量之间相互关联的过程，若每个变量改变4个水平进行实验，总实验次数为 48=65536（次）假如通过对过程的新发现可将整个过程分解为两个相对独立的子过程，每个过程分别包括3个和5个变量，如果每个变量仍改变4个水平作实验，则总的实验次数为 43+45=1088（次）第10页，共19页，编辑于2022年，星期五 可见，在将过程分解之后，可使实验次数大幅度减少，总的实验工作量仅为原来的1.66%。如果在子过程的实验研究中，再辅以因次分析方法的指导组织实验，可使实验工作量进一步降低。应当注意的是在应用过程分解的方法研究工程问题时，对每个
5、子过程所得的结论只适用于局部。譬如通过实验研究得到了某一子过程的最优设计或操作参数，但子过程的最优并不等于整个过程的最优，通常整个过程在相当程度上受制于关键子过程的影响。在化学工程中，一般将这些关键子过程称为控制过程或控制步骤。第11页，共19页，编辑于2022年，星期五二.实验环节 1.实验体系：热流体为蒸气 冷流体为空气 2.实验设备：套管式换热器 3.实验内容 a.改变冷流体流量，测定冷、热流体的对流传热 系数C、h及K b.确定实验系统的Nu与Re之间的关系第12页，共19页，编辑于2022年，星期五4.实验原理 总传热速率方程为：Q=KAtm 冷流体的对流传热方程为：Qc=cActm
6、c 热流体的对流传热方程为：Qh=hAhtmh 由热量衡算得 Qc=WCpc(t2-t1)Qh=GCph(T1-T2)第13页，共19页，编辑于2022年，星期五 tmh热流体与固体壁面的对数平均温差 tmc固体壁面与冷流体之间的对数平均温差 tm热流体与冷流体之间的对数平均温差 当热损失忽略不计时 Q=Qc=Qh=Qc=Qh由此 可知，只要测定T1、T2、tw1、tw2、W(G)、d、l即可计算出c、h、K第14页，共19页，编辑于2022年，星期五实验流程图注意流体走向注意流体走向：液体液体 下进上出；下进上出；蒸汽蒸汽 上进下出；上进下出；气体气体 无特殊要求。无特殊要求。第15页，共1
7、9页，编辑于2022年，星期五6.操作步骤 (1)正确切换阀门正确切换阀门；开启不凝性气体排放阀；开启不凝性气体排放阀);(2)先开风机开关先开风机开关,后开加热开关；后开加热开关；(3)当下壁温大于当下壁温大于80时时,及时关闭及时关闭不凝性气体排放阀不凝性气体排放阀;(4)改变气体流量后改变气体流量后,须稳定须稳定3-5分钟再读取数据分钟再读取数据;(5)实验结束时实验结束时,关闭加热开关关闭加热开关;(6)数据处理并打印数据数据处理并打印数据.实验布点：空气流量为20、18、12、10m3/h第16页，共19页，编辑于2022年，星期五数据处理根据测定和计算结果，在双对数坐标纸求出Nu和
8、Re之间的关系，并写出其关联式；分析冷流体流量的变化对c、h和K的影响；通过c和h的比较，指出过程控制步骤之所在，提出强化传热的措施；计算K，并与实验直接测得的K比较，两者有何差异，试分析原因所在；对实验数据和结果作误差分析，找出原因。第17页，共19页，编辑于2022年，星期五第18页，共19页，编辑于2022年，星期五系数系数 A，B 的图解求取的图解求取:由由 取对数取对数 成线性关系成线性关系 选用双对数纸选用双对数纸 标绘曲线，在图上标绘曲线，在图上 可得一根直线段，可得一根直线段，求其斜率求其斜率 b 和截距和截距 a，进而可得系数，进而可得系数 A 和和 B。*求斜率求斜率 b;求求a54321123451.4第19页，共19页，编辑于2022年，星期五