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1、清華大學(xué)化工實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)傳熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告解讀
清華大學(xué)化工實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)-傳熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告解讀
化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告
實(shí)驗(yàn)名稱傳熱系數(shù)的測(cè)定
班級(jí)_ 姓名_ 學(xué)號(hào)_ 成績(jī)
實(shí)驗(yàn)時(shí)間 同組成員
一.實(shí)驗(yàn)預(yù)_
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?
掌握傳熱系數(shù)K、給熱系數(shù)a和導(dǎo)熱系數(shù) 入的測(cè)定
2、方法;
比較保溫管、裸管、汽水套管的傳熱速率,并進(jìn)行討論;
掌握熱電偶測(cè)溫原理及相關(guān)二次儀表的使用方法。
實(shí)驗(yàn)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(dǎo)方程,已知傳熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺
寸,只要測(cè)得傳熱速率 Q以及各相關(guān)溫度,即可算出、 和了。
測(cè)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(cè)定裸管的自然對(duì)流給熱系數(shù)[W/(m 2 16數(shù)值。汽-水套管一般記錄60 s時(shí)間
內(nèi)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
3、電偶溫度與電壓的關(guān)系:=0.0185+25.8123u-0.7416『+0.0375u3)
重復(fù)步驟(5),直至數(shù)據(jù)重復(fù)性較好。注意:實(shí)驗(yàn)前后需各記錄一個(gè)室溫值。
實(shí)驗(yàn)結(jié)束,切斷加熱電源,關(guān)閉冷卻水閥。
實(shí)驗(yàn)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(yīng)保證冷凝回水暢通。
數(shù)據(jù)處理與討論
實(shí)驗(yàn)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(hào)
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.
4、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
5、.26
其他數(shù)據(jù)
室溫廠C
25.2(起始)
25.7 (結(jié)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(jié)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(xué)關(guān)系,求算相關(guān)溫度。
表2相應(yīng)溫度數(shù)據(jù)
管道
位置
平均電壓N
溫度/ C
保溫管
外
6、壁
1.56
38.6
內(nèi)壁1
4.27
99.6
裸管
管壁
4.25
99.2
汽-水管
冷卻水進(jìn)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(jìn)口
4.26
99.4
△Tm =72.4
(1)測(cè)定汽-水套管的傳熱系數(shù)
汽-水套管的結(jié)構(gòu)尺寸如下:
內(nèi)管:
外管:
管長(zhǎng):
查表知
汽
則
汽
又知
根據(jù)
可求得
(2)計(jì)算裸管的自然對(duì)流給熱系數(shù) :
裸管的結(jié)構(gòu)尺寸: 同理,可計(jì)算放熱量為:
汽
傳熱面積為:
內(nèi)
壁溫取熱電
7、偶⑦、⑧、⑨的平均值算,空氣溫度取實(shí)驗(yàn)前后室溫的平均值算: 故裸管的自然對(duì)流給熱系數(shù)為:
)
(3)計(jì)算保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù) ■ 保溫管的結(jié)構(gòu)尺寸如下:
內(nèi)管: 外管: 管長(zhǎng): 放熱量為:
汽
保溫層厚度為:
保溫層內(nèi)、外壁的面積分別為:
保溫層內(nèi)外壁的平均面積為:
保溫層內(nèi)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(dǎo)熱系數(shù)為:
)
綜上所算,結(jié)果如表3所示:
表3數(shù)據(jù)處理結(jié)果
系數(shù)名稱
傳熱系數(shù)
自然對(duì)流給熱系數(shù)
導(dǎo)熱系數(shù)入
計(jì)算值
(4)結(jié)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
8、的傳熱系數(shù)越大。汽水套管使用 冷卻水對(duì)蒸汽進(jìn)行冷卻,速率最快;裸管通過空氣對(duì)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(qiáng)制對(duì)流,使內(nèi)壁直接與蒸汽進(jìn)行熱傳導(dǎo),
套管外二在實(shí)驗(yàn)涉及的材料中最大,故對(duì)于實(shí)驗(yàn)組測(cè)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(shí)驗(yàn)處于自然對(duì)流,裸管的熱阻相對(duì)于汽水 套管較大,其傳熱速率相對(duì)小。保溫管因?yàn)橥獍夭牧?,?duì)流速度極大下降,且自身 傳熱性能不高,使導(dǎo)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 ?。浩?/p>
9、水套管、裸管、保溫管。實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果與此分析一致。
2)在測(cè)定傳熱系數(shù) K時(shí),按現(xiàn)實(shí)驗(yàn)流程,用管內(nèi)冷凝液測(cè)定傳熱速率與用管外冷
卻水測(cè)定傳熱速率那種方法更準(zhǔn)確?為什么?如果改變流程,使蒸汽走環(huán)隙,冷卻水走
管內(nèi),那種方法更準(zhǔn)確?
答:用管外冷卻水測(cè)定傳熱速率的方法更準(zhǔn)確。如采用管內(nèi)通冷凝水,則水蒸汽不 僅會(huì)與內(nèi)管冷凝水進(jìn)行熱交換,還將與管外空氣進(jìn)行熱傳導(dǎo)。由于蒸汽的溫度遠(yuǎn)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(shí)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(cè)定 K更準(zhǔn)確。改變流程時(shí)分析同上,且使用內(nèi)管冷卻 水時(shí)將會(huì)引入更大的誤差。
3) 汽包上裝有不凝汽排
10、放口和冷凝液排放口,注意兩口的安裝位置特點(diǎn)并分析其 作用。
答:不凝氣排放口在氣包遠(yuǎn)離進(jìn)氣口一端的上側(cè);冷凝液排放口在偏向進(jìn)氣口一端
的下側(cè),并連有一根長(zhǎng)管使部分冷凝液回流至水槽。設(shè)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(shí)可以保證氣包內(nèi)的氣壓為一個(gè) 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(jìn)入三根待測(cè)管中,
造成實(shí)驗(yàn)誤差,同時(shí)可以使蒸汽可以順利進(jìn)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(diào)換,則調(diào)換前后:tm值是否相同?
答:調(diào)換前后相同。因?yàn)樵谄?水套管中,咼溫流體水蒸氣在傳熱過程中
11、發(fā)生
了相變而保持溫度不變,嚴(yán)格意義上沒有并流或逆流之分,因此只要進(jìn)出口溫度相同, 其平均溫度必然相等。
5)在間壁兩側(cè)流體的對(duì)流給熱系數(shù)相差較大時(shí),壁溫接近哪側(cè)溫度?欲提高K
值,應(yīng)從哪側(cè)入手?
答:壁溫接近 大的那側(cè)溫度,因?yàn)?也接近。忽略套管厚和其他熱阻,K
答:壁溫接近 大的那側(cè)溫度,因?yàn)?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(duì)應(yīng)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(xué)到的任何有價(jià)值的知識(shí)都是由自學(xué)中得來的——達(dá)爾文
7.小結(jié)與自評(píng)
通過本
12、次實(shí)驗(yàn),我和同學(xué)們一起達(dá)成了實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)_了傳熱系數(shù)K、給熱系數(shù)a和
導(dǎo)熱系數(shù)入的測(cè)定方法;并參考計(jì)算結(jié)果,比較了保溫管、裸管、汽水套管的傳熱速率, 也展開了相應(yīng)的討論; 此外,我們也通過本次實(shí)驗(yàn)熟悉了熱電偶測(cè)溫原理及相關(guān)二次儀 表的使用方法。
在實(shí)驗(yàn)中,我們組成員之間不斷進(jìn)行討論,共同認(rèn)識(shí)、分析著所面對(duì)的新設(shè)備, 相互答
疑解惑,共同進(jìn)步;通過實(shí)驗(yàn),我們不僅收獲了書本知識(shí)外的經(jīng)驗(yàn),也對(duì)采集有效的實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)有了更加明確的認(rèn)識(shí);同時(shí),看到實(shí)驗(yàn)室里數(shù)字化的設(shè)備,我也感到現(xiàn)在科研條件相比以
前的簡(jiǎn)化和進(jìn)步。
最后,感謝老師們?yōu)榻ㄔO(shè)優(yōu)秀的化工實(shí)驗(yàn)基地所付出的辛勤勞動(dòng)!
二.指導(dǎo)教師批閱意見
13、
實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)分表
實(shí)驗(yàn)預(yù)_
實(shí)驗(yàn)記錄
結(jié)果及討論
自評(píng)
總分
實(shí)驗(yàn)原理
10
預(yù)_思考
10
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
10
原始數(shù)據(jù)
10
計(jì)算舉例
15
數(shù)據(jù)圖表
15
結(jié)果討論
20
10
指導(dǎo)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(xué)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(xué)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(xué)、不知義。
10、 一日無書,百事荒廢。一一陳壽
11、書是人類進(jìn)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(shí)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(gè)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(xué)_永遠(yuǎn)不晚。一一高爾基
――劉向18、少而好學(xué),如日出之陽;壯而好學(xué),如日中之光;志而好學(xué),如炳燭之光。
――劉向
19、 學(xué)而不思則惘,思而不學(xué)則殆。一一孔子