清華大學化工實驗基礎傳熱系數(shù)實驗報告解讀

清華大學化工實驗基礎傳熱系數(shù)實驗報告解讀 清華大學化工實驗基礎-傳熱系數(shù)實驗報告解讀 化工基礎實驗報告 實驗名稱傳熱系數(shù)的測定 班級_ 姓名_ 學號_ 成績 實驗時間 同組成員 一.實驗預_ 實驗目的 掌握傳熱系數(shù)K、給熱系數(shù)a和導熱系數(shù) 入的測定方法； 比較保溫管、裸管、汽水套管的傳熱速率，并進行討論； 掌握熱電偶測溫原理及相關二次儀表的使用方法。 實驗原理 根據(jù)傳熱基本方程、牛頓冷卻定律及圓筒壁的熱傳導方程，已知傳熱設備的結構尺 寸，只要測得傳熱速率 Q以及各相關溫度，即可算出、 和了。 測定汽-水套管的傳熱系數(shù) 式中：一一傳熱面積，； ――冷、熱流體的平均溫差，； ——傳熱速率， W； 汽 式中：汽一一為冷凝液流量，kg/s, r為汽化潛熱 J/kg。 測定裸管的自然對流給熱系數(shù)[W/(m 2 16數(shù)值。汽-水套管一般記錄60 s時間 內的冷凝液量，裸管及保溫管一般記錄90s以上的冷凝液量。 （注：熱電偶溫度與電壓的關系：=0.0185+25.8123u-0.7416『+0.0375u3） 重復步驟（5）,直至數(shù)據(jù)重復性較好。注意：實驗前后需各記錄一個室溫值。 實驗結束，切斷加熱電源，關閉冷卻水閥。 實驗中注意觀察鍋爐水位，使液面不低于其1/2高度。 9.注意系統(tǒng)不凝氣及冷凝水的排放情況。 10 . 鍋爐水位靠冷凝回水維持，應保證冷凝回水暢通。 數(shù)據(jù)處理與討論 實驗中原始數(shù)據(jù)記錄見表1。 表1原始數(shù)據(jù)記錄 熱電偶數(shù)據(jù) 熱電偶編號 三組電壓示數(shù)/u 平均電壓/u 1 1.46 1.48 1.50 1.48 2 1.56 1.58 1.60 1.58 3 1.60 1.62 1.61 1.61 4 4.26 4.26 4.26 4.26 5 4.27 4.27 4.27 4.27 6 4.27 4.27 4.27 4.27 7 4.26 4.26 4.26 4.26 8 4.25 4.25 4.25 4.25 9 4.25 4.25 4.25 4.25 13 0.72 0.72 0.71 0.72 14 1.40 1.39 1.40 1.40 15 4.25 4.22 4.22 4.23 16 4.26 4.26 4.26 4.26 其他數(shù)據(jù) 室溫廠C 25.2（起始） 25.7 （結束） 25.5 （平均） 流量數(shù)據(jù) 管道 三組流量 平均流量（ml/s） 裸管(ml/90s) 4.0 3.8 4.4 0.045 保溫管(ml/90s) 3.4 3.2 3.8 0.039 水汽管(ml/min) 52 54 55 0.894 其他數(shù)據(jù) 室溫/ 25.2 （起始）；25.7 （結束）；25.5 （平均） 冷卻水流量 90 L/min 根據(jù)熱電偶電壓和溫度的數(shù)學關系，求算相關溫度。 表2相應溫度數(shù)據(jù) 管道 位置 平均電壓N 溫度/ C 保溫管 外壁 1.56 38.6 內壁1 4.27 99.6 裸管 管壁 4.25 99.2 汽-水管 冷卻水進口 0.72 18.2 △T1 =80.6 蒸汽出口 4.23 98.8 冷卻水出口 1.40 34.7 △T2 =64.7 蒸汽進口 4.26 99.4 △Tm =72.4 （1）測定汽-水套管的傳熱系數(shù) 汽-水套管的結構尺寸如下： 內管： 外管: 管長: 查表知 汽 則 汽 又知 根據(jù) 可求得 （2）計算裸管的自然對流給熱系數(shù) : 裸管的結構尺寸： 同理，可計算放熱量為： 汽 傳熱面積為： 內 壁溫取熱電偶⑦、⑧、⑨的平均值算，空氣溫度取實驗前后室溫的平均值算： 故裸管的自然對流給熱系數(shù)為： ） （3）計算保溫材料的導熱系數(shù) ■ 保溫管的結構尺寸如下： 內管： 外管: 管長: 放熱量為： 汽 保溫層厚度為： 保溫層內、外壁的面積分別為: 保溫層內外壁的平均面積為: 保溫層內壁溫取熱電偶④、⑤、⑥的平均值算： 保溫層外壁溫取熱電偶①、②、③的平均值算： 故保溫材料的導熱系數(shù)為： ） 綜上所算，結果如表3所示： 表3數(shù)據(jù)處理結果 系數(shù)名稱 傳熱系數(shù) 自然對流給熱系數(shù) 導熱系數(shù)入 計算值 （4）結果綜合分析 分析三種管的傳熱系數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)，傳熱速率越快的傳熱系數(shù)越大。汽水套管使用 冷卻水對蒸汽進行冷卻，速率最快；裸管通過空氣對流傳熱，傳熱速率較慢；保溫管由 于存在保溫層保溫，傳熱速率最慢。 6.思考題： （1）觀察并比較三根傳熱管的傳熱速率，說明原因。 答：汽水套管利用冷卻水湍流，通過強制對流，使內壁直接與蒸汽進行熱傳導， 套管外二在實驗涉及的材料中最大，故對于實驗組測出的K值最大。裸管管壁與 空氣直接接觸，空氣的傳熱能力比較差，且實驗處于自然對流，裸管的熱阻相對于汽水 套管較大，其傳熱速率相對小。保溫管因為外包保溫材料，對流速度極大下降，且自身 傳熱性能不高，使導熱散失大大降低、有很好的保溫效果。因此三根管傳熱速率由大到 小：汽水套管、裸管、保溫管。實際實驗結果與此分析一致。 2）在測定傳熱系數(shù) K時，按現(xiàn)實驗流程，用管內冷凝液測定傳熱速率與用管外冷 卻水測定傳熱速率那種方法更準確？為什么？如果改變流程，使蒸汽走環(huán)隙，冷卻水走 管內，那種方法更準確？ 答：用管外冷卻水測定傳熱速率的方法更準確。如采用管內通冷凝水，則水蒸汽不 僅會與內管冷凝水進行熱交換，還將與管外空氣進行熱傳導。由于蒸汽的溫度遠高于空 氣的溫度，這種情況下的熱交換相較于冷卻水在管外時與空氣的熱交換更為顯著，引入 的誤差較大，所以用管外冷卻水測定 K更準確。改變流程時分析同上，且使用內管冷卻 水時將會引入更大的誤差。 3） 汽包上裝有不凝汽排放口和冷凝液排放口，注意兩口的安裝位置特點并分析其 作用。 答：不凝氣排放口在氣包遠離進氣口一端的上側；冷凝液排放口在偏向進氣口一端 的下側，并連有一根長管使部分冷凝液回流至水槽。設置不凝氣排放口的主要目的是為 了防止蒸汽從排放口直接排放到大氣中，造成損失，同時可以保證氣包內的氣壓為一個 大氣壓。冷凝液排放口則主要使氣包中的液體盡量排凈，防止冷凝液進入三根待測管中， 造成實驗誤差，同時可以使蒸汽可以順利進入三根傳熱管，另外起著回流循環(huán)的作用。 4） 若將汽-水套管的冷卻水給水出口，入口調換，則調換前后：tm值是否相同？ 答：調換前后相同。因為在汽-水套管中，咼溫流體水蒸氣在傳熱過程中發(fā)生 了相變而保持溫度不變，嚴格意義上沒有并流或逆流之分，因此只要進出口溫度相同， 其平均溫度必然相等。 5）在間壁兩側流體的對流給熱系數(shù)相差較大時，壁溫接近哪側溫度？欲提高K 值，應從哪側入手？ 答：壁溫接近 大的那側溫度，因為 也接近。忽略套管厚和其他熱阻，K 答：壁溫接近 大的那側溫度，因為 也接近。 忽略套管厚和其他熱阻， K 由此式可分析得，K的大小受到較小 以增大K值。 大對應的熱阻較小，熱交換充分，因此溫度 1 1：i1■ 值的影響較大，因此，可通過提高較小的值 4 4、我所學到的任何有價值的知識都是由自學中得來的——達爾文 7.小結與自評 通過本次實驗，我和同學們一起達成了實驗目的：學_了傳熱系數(shù)K、給熱系數(shù)a和 導熱系數(shù)入的測定方法；并參考計算結果，比較了保溫管、裸管、汽水套管的傳熱速率， 也展開了相應的討論； 此外，我們也通過本次實驗熟悉了熱電偶測溫原理及相關二次儀 表的使用方法。 在實驗中，我們組成員之間不斷進行討論，共同認識、分析著所面對的新設備， 相互答 疑解惑，共同進步；通過實驗，我們不僅收獲了書本知識外的經(jīng)驗，也對采集有效的實驗數(shù) 據(jù)有了更加明確的認識；同時，看到實驗室里數(shù)字化的設備，我也感到現(xiàn)在科研條件相比以 前的簡化和進步。 最后，感謝老師們?yōu)榻ㄔO優(yōu)秀的化工實驗基地所付出的辛勤勞動！ 二.指導教師批閱意見 實驗報告評分表 實驗預_ 實驗記錄 結果及討論 自評 總分 實驗原理 10 預_思考 10 實驗現(xiàn)象 10 原始數(shù)據(jù) 10 計算舉例 15 數(shù)據(jù)圖表 15 結果討論 20 10 指導教師批閱意見 讀書的好處 1、行萬里路，讀萬卷書。 2、書山有路勤為徑，學海無涯苦作舟。 3、讀書破萬卷，下筆如有神。 20 20、讀書給人以快樂、給人以光彩、給人以才干培根 5、少壯不努力，老大徒悲傷。 6、 黑發(fā)不知勤學早，白首方悔讀書遲。一一顏真卿 7、寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來。 8、讀書要三到：心到、眼到、口到 9、玉不琢、不成器，人不學、不知義。 10、 一日無書，百事荒廢。一一陳壽 11、書是人類進步的階梯。 12、一日不讀口生，一日不寫手生。 13、 我撲在書上，就像饑餓的人撲在面包上。 　高爾基 14、 書到用時方恨少、事非經(jīng)過不知難。一一陸游 15、 讀一本好書，就如同和一個高尚的人在交談一一歌德 16、 讀一切好書，就是和許多高尚的人談話。 　笛卡兒 17、學_永遠不晚。一一高爾基 ――劉向18、少而好學，如日出之陽；壯而好學，如日中之光；志而好學，如炳燭之光。 ――劉向 19、 學而不思則惘，思而不學則殆。一一孔子