1、南 京 工 业 大 学 化 工 原 理 实 验 报 告1实 验 四 、 对 流 给 热 系 数 测 定实 验 日 期 ： 2 0 1 6 .1 1 .1 9一 、 实 验 目 的1 、 观 察 水 蒸 气 在 水 平 管 外 壁 上 的 冷 凝 现 象 ；2 、 测 定 空 气 或 水 在 圆 形 直 壁 管 内 外 冷 凝 系 数 ；3 、 测 定 蒸 汽 在 水 平 管 外 冷 凝 给 热 系 数 ；4 、 掌 握 热 电 阻 测 温 方 法 。二 、 基 本 原 理在 套 管 换 热 器 中 ， 环 隙 通 以 水 蒸 气 ， 内 管 管 内 通 以 水 ， 水 蒸 气 冷 凝 放 热
2、以加 热 水 ， 在 传 热 过 程 达 到 稳 定 后 ， 有 如 下 关 系 式 ： mwiimw0012p t-tAT-TAt-tCV ）（）（）（ （ 4 -1 ）式 中 V 被 加 热 流 体 体 积 流 量 ， m3/s； 被 加 热 流 体 密 度 ， kg/m3；Cp 被 加 热 流 体 平 均 比 热 容 ， J/（ kg ） ；o， i 水 蒸 气 对 内 管 外 壁 的 冷 凝 给 热 系 数 和 流 体 对 内 管 内 壁的 对 流 发 给 热 系 数 ， W/（ m2 ） ；t1， t2 被 加 热 流 体 进 、 出 口 温 度 ， ；Ao， Ai 内 管 的 外
3、壁 、 内 壁 的 传 热 面 积 ， m2；（ T-Tw） m 水 蒸 气 与 外 壁 的 对 流 平 均 温 度 差 ， ；w22 w11 w22w11mw T-T T-Tln T-T-T-TT-T ）（）（）（ （ 4-2）T1， T2 蒸 汽 进 出 口 温 度 ， ；（ tw-t） m 内 壁 与 流 体 间 的 对 数 平 均 温 度 差 ， ；2w2 1w1 2w21w1mw t-t t-tln t-t-t-tt-t ）（）（）（ （ 4-3）Tw1， Tw2， tw1， tw2 外 壁 和 内 壁 上 进 出 口 温 度 ， 。由 式 （ 4-1） 、 （ 4-2） 、 （ 4
4、-3） 可 得 ： mwo TTA t)( )t(CV 12po （ 4-4）南 京 工 业 大 学 化 工 原 理 实 验 报 告2mwo ttA t)( )t(CV 12pi （ 4-5）在 水 平 管 外 ， 蒸 汽 冷 凝 给 热 系 数 ， 可 由 下 列 半 经 验 公 式 求 得 ：4132o g725.0 ）（ td ro （ 4-6）式 中 o 蒸 汽 在 水 平 管 外 的 冷 凝 给 热 系 数 ， W/（ m2 ） ； 水 的 热 导 率 ， W/（ m ） ；g 重 力 加 速 度 ， 9.81m/s2； 水 的 密 度 ， kg/m3；r 饱 和 蒸 汽 的 冷 凝
5、 潜 热 ， J/Kg； 水 的 粘 度 ， N s/m2；do 内 管 外 径 ， m； t 蒸 汽 的 饱 和 温 度 ts和 壁 温 tw之 差 ， ；式 中 ， 定 性 温 度 除 冷 凝 潜 热 为 蒸 汽 饱 和 温 度 外 ， 其 余 均 取 液 膜 温 度 ， 即 tm=（ ts+tw） /2， 其 中 ： tw=（ Tw1+Tw2） /2。流 体 在 直 管 内 强 制 对 流 时 的 给 热 系 数 ， 可 按 下 列 半 经 验 公 式 求 得 ：湍 流 时 ： 4.08.0 PrRe023.0 ii d （ 4-7）式 中 i 流 体 在 直 管 内 强 制 对 流 时
6、 的 给 热 系 数 ， W/（ m2 ） ； 流 体 的 热 导 率 ， W/（ m ） ；di 内 管 内 径 ， m；Re 流 体 在 管 内 的 雷 诺 数 ， 无 量 纲 ；Pr 流 体 的 普 兰 特 常 数 ， 无 量 纲 。式 中 ， 定 性 温 度 均 为 流 体 的 平 均 温 度 ， 即 tf=（ t1+t2） /2。三 、 实 验 装 置 与 流 程图 4-1 水 蒸 气 水 对 流 给 热 系 数 测 定 实 验 装 置 流 程南 京 工 业 大 学 化 工 原 理 实 验 报 告3四 、 实 验 步 骤 与 注 意 事 项（ 1） 检 查 仪 表 ， 蒸 汽 发 生
7、 器 及 测 温 点 是 否 正 常 ；（ 2） 打 开 总 电 源 开 关 、 仪 表 电 源 开 关 ；（ 3） 关 闭 电 动 调 节 阀 两 端 的 阀 门 ， 开 启 旁 路 阀 ， 使 管 内 通 以 一 定 量 的 水 ，排 除 管 内 空 气 ；（ 4） 排 除 蒸 汽 管 线 中 原 积 存 的 冷 凝 水 ；（ 5） 排 净 后 ， 关 闭 蒸 汽 管 冷 凝 水 排 放 阀 8， 打 开 进 气 系 统 的 蒸 汽 调 节 阀 7，使 蒸 汽 缓 缓 进 入 换 热 器 环 隙 以 加 热 套 管 换 热 器 ， 再 打 开 换 热 器 冷 凝 水 排 放 阀 9，使 环
8、 隙 中 冷 凝 水 不 断 地 排 至 地 沟 ；（ 6） 仔 细 调 节 进 系 统 蒸 汽 调 节 阀 7的 开 度 ， 使 蒸 汽 压 力 稳 定 保 持 在 0.02MPa以 下 ， 以 保 证 在 恒 压 调 节 下 操 作 ， 再 根 据 测 试 要 求 ， 由 大 到 小 逐 渐 调 节 手 动 调 节阀 10的 开 度 ， 合 理 确 定 3个 实 验 点 ， 待 稳 定 后 ， 分 别 从 控 制 面 板 上 读 取 有 关 参数 ，（ 7） 实 验 结 束 ， 首 先 关 闭 蒸 汽 总 阀 ， 切 断 设 备 的 蒸 汽 来 路 ， 经 一 段 时 间 后 ，再 关 闭
9、 水 手 动 旁 路 调 节 阀 ， 然 后 关 闭 蒸 汽 发 生 器 、 仪 表 电 源 开 关 及 切 断 总 电 源 。五 、 实 验 数 据 及 数 据 处 理表 4 -1 对 流 给 热 系 数 测 定 实 验 数 据 记 录实 验 次数 流 量 V/（ m3/h） t1/ t2/ Tw11/ Tw12/ Tw13/ Tw21/ Tw22/ Tw23/ T1/ T2/1 0.50 20.5 35.7 76.8 82.0 85.6 79.4 79.0 79.0 102.7 102.72 1.00 20.4 32.4 77.6 82.6 86.8 73.8 75.8 75.8 102.
10、5 102.53 1.70 20.4 29.8 78.9 77.1 82.5 74.4 76.4 76.4 103.1 103.1计 算 示 例 ：定 性 温 度 tm=（ t1+t2)/2=28.128.1 时 查 附 录 可 得 水 的 物 性 参 数 ：Cp=4.185 103J/（ kg K） =998.24kg/m3Tw1=（ Tw11+Tw12+Tw13)/3=81.47tw1 Tw1=81.47Tw2=（ Tw21+Tw22+Tw23)/3=79.13Tw2 Tw2=79.13T1-Tw1=102.7-81.47=21.23T2-Tw2=102.7-79.13=23.57tw1-
11、t1=81.47-20.5=60.97tw2-t2=79.13-35.7=43.43南 京 工 业 大 学 化 工 原 理 实 验 报 告422.3823.5721.23In 23.57-21.23T-T T-Tln T-T-T-TT-T w22 w11 w22w11mw ）（）（）（ 51.7143.4360.97In 43.43-60.97t-t t-tln t-t-t-tt-t 2w2 1w1 2w21w1mw ）（）（）（ 紫 铜 管 规 格 ： 直 径 16mm 1.5mm， 长 度 L=1010mmAi= diL=3.14 （ 0.016-0.0015 2） 1.01=0.0412
12、3Ao= doL=3.14 0.016 1.01=0.05074 ）（ Km7780W/22.380.05074 20.5-35.7104.185998.2436000.5)( )t(CV 2312po TTA tmwo ）（ Km4144W/51.710.04123 20.5-35.7104.185998.2436000.5)ttw( )t(CV23i 12pi A tm K可 由 下 式 得 ： ）（ 12pmoo t-tCVtAK 74.3435.7-102.5 20.5-102.7In 35.7-102.5-20.5-102.7t-T tTIn t-T-tTt 21 12 2112m
13、）（）（）（）（ ）（）（）（ Km2342.1W/74.340.05074 20.5-35.7104.185998.2436000.5tA t-tCVK 23mo 12po 表 4-2 对 流 给 热 系 数 测 定 实 验 结 果实 验次 数 流 量 V/（ m3/h） Nu Re Pr NuPr-0.4 i o Ko/W/(m2 K) /W/(m2 K) /W/(m2 K)1 0.5 6247.542 13609.89 6.2461 3002.383 4144.53 7780.02 2342.102 1 9857.775 27219.77 6.2461 4737.354 6539.51
14、11657.08 3620.103 1.7 13001.766 46273.61 6.2461 6248.263 8625.19 14392.46 4699.27南 京 工 业 大 学 化 工 原 理 实 验 报 告5图 4-2 雷 诺 数 指 数六 、 实 验 结 果 讨 论（ 1） 实 验 结 果 理 论 上 ， 冷 流 体 给 热 系 数 应 随 流 量 的 增 大 而 增 大 ， 蒸 汽 冷 凝 给 热 系 数 和对 流 给 热 系 数 应 随 流 量 的 增 大 而 减 小 。 而 实 验 结 果 中 ， 蒸 汽 冷 凝 给 热 系 数 和 冷 流体 给 热 系 数 及 对 流 给
15、热 系 数 均 增 大 ， 可 能 是 由 于 冷 凝 速 度 均 较 慢 ， 管 外 水 膜 形 成变 化 较 小 导 致 给 热 系 数 均 主 要 受 流 量 影 响 。 按 冷 流 体 给 热 系 数 的 模 型 式 得 A=2.704， m=0.6018（ 2） 思 考 题 实 验 中 冷 流 体 和 蒸 汽 的 流 向 ， 对 传 热 效 果 有 何 影 响 ？答 ： 冷 流 体 和 蒸 汽 是 并 流 时 ， 传 热 温 度 差 小 于 逆 流 时 传 热 温 度 差 ， 在 相 同进 出 口 温 度 下 ， 逆 流 传 热 效 果 大 于 并 流 传 热 效 果 。 蒸 汽 冷
16、 凝 过 程 中 ， 若 存 在 不 冷 凝 气 体 ， 对 传 热 有 何 影 响 ， 应 采 取 什 么 措施 ？ 答 ： 不 凝 性 气 体 会 减 少 制 冷 剂 的 循 环 量 ， 使 制 冷 量 降 低 。 并 且 不 凝 性 气 体会 滞 留 在 冷 凝 器 的 上 部 管 路 内 ， 致 使 实 际 冷 凝 面 积 减 小 ， 冷 凝 负 荷 增 大 ， 冷 凝 压力 升 高 ， 从 而 制 冷 量 会 降 低 。 实 验 过 程 中 ， 冷 凝 水 不 及 时 排 走 ， 会 产 生 什 么 影 响 ， 如 何 及 时 排 走 冷 凝水 ？ 答 ： 冷 凝 水 不 及 时 排
17、 走 ， 附 着 在 管 外 壁 上 ， 增 加 了 热 阻 ， 降 低 传 热 速 率 。在 外 管 最 低 处 设 置 排 水 口 ， 及 时 排 走 冷 凝 水 。 实 验 中 ， 所 测 得 的 壁 温 是 靠 近 蒸 气 侧 还 是 冷 流 体 侧 温 度 ？ 为 什 么 ？答 ： 靠 近 蒸 气 温 度 ； 因 为 蒸 气 冷 凝 传 热 膜 系 数 远 大 于 空 气 膜 系 数 。 如 果 采 用 不 同 压 强 的 蒸 汽 进 行 实 验 ， 对 关 联 式 有 何 影 响 ？答 ： 基 本 无 影 响 。 因 为 (2g 3r/ d0 t)1/4， 当 蒸 汽 压 强 增 加 时 ， r和 t均 增 加 ， 其 它 参 数 不 变 ， 故 上 式 值 变 化 不 大 ， 所 以 认 为 蒸 汽 压 强 对 关 联式 无 影 响 。
