化工傳熱綜合實(shí)驗(yàn)裝置使用說明書

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化工傳熱綜合實(shí)驗(yàn)裝置使用說明書

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主頁 > 技術(shù)文章 > 化工傳熱綜合實(shí)驗(yàn)裝置使用說明書 2024-09-01

熱力學(xué)第二定律指出：無論是氣體、液體還是固體，都存在著溫度差異，就必然導(dǎo)致熱量自發(fā)地從高溫向低溫傳遞，這一過程被稱為熱量傳遞過程，簡(jiǎn)稱傳熱。用于冷熱流體進(jìn)行熱量交換的設(shè)備稱為換熱器。
傳熱在工程技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，在動(dòng)力、化工、制冷、建筑、機(jī)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(shè)備（即換熱器）的結(jié)構(gòu)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(shè)備，冷熱流體借助換熱器中的傳熱元件進(jìn)行熱量交換而完成加熱或冷卻任務(wù)。換熱器的傳熱系數(shù)是衡量換熱器的換熱效果好壞的標(biāo)準(zhǔn)，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?jìng)鳠嵯禂?shù)）的有效途徑是通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。
一、設(shè)備性能與主要技術(shù)參數(shù)
1.本實(shí)驗(yàn)裝置主要由套管換熱器、蒸發(fā)器、風(fēng)機(jī)、智能溫控儀表、熱球風(fēng)速儀、開關(guān)指示燈、不銹鋼框架等組成。
2.套管換熱：換熱段長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)的熱損失，也可以防止實(shí)驗(yàn)者的意外燙傷。
3.熱流體通過的紫銅管為φ20×1.5mm,長(zhǎng)為1000mm。冷流體通過的不銹鋼管為φ57×1mm。
二、概述
1.蒸發(fā)器為不銹鋼制成，最大加熱功率為2.0KW。其上裝有液位計(jì)，正常液位要維持在2/3處，最多加至液位計(jì)所能指示的范圍最高處。必要時(shí)加水，以免電熱管干燒（加水時(shí)需注意水位超過液位計(jì)指示時(shí)仍往蒸發(fā)器內(nèi)加水，液位計(jì)將無法顯示液位）。其表面也包有保溫層。
2.風(fēng)機(jī)為旋渦風(fēng)機(jī)，輸入功率為550W，轉(zhuǎn)速為2800/min,風(fēng)壓為13.5KPa,風(fēng)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(fā)器溫度，AI-501溫度顯示儀可以直接顯示所對(duì)應(yīng)各點(diǎn)的溫度。
4.熱球風(fēng)速儀，用來測(cè)量風(fēng)速，再通過管道截面積求得體積流量。詳細(xì)操作步驟與注意事項(xiàng)請(qǐng)參閱熱球風(fēng)速儀使用說明書。柜體在其面板可以控制整個(gè)實(shí)驗(yàn)的全過程。儀表開關(guān)下部都有對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)。
5.開關(guān)、指示燈按下開關(guān)指示燈亮表明對(duì)應(yīng)的工作正在運(yùn)行，關(guān)閉時(shí)則按開關(guān)上箭頭的方向旋轉(zhuǎn)即可。
三、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
1.熟悉傳熱實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及流程設(shè)計(jì)。
2.了解換熱器的基本構(gòu)造與操作原理。
3.掌握熱量衡算與傳熱系數(shù)K及對(duì)流傳熱膜系數(shù)α的測(cè)定方法。
4.掌握熱電偶的測(cè)溫原理及電位差計(jì)的使用。
四、實(shí)驗(yàn)原理
傳熱實(shí)驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室條件下的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，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(chǔ)是傳熱基本方程牛頓冷卻定律及熱量平衡關(guān)系。
由傳熱基本方程得：
式中K——傳熱系數(shù)（）
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(shí)驗(yàn)測(cè)定Q、A、即可求得K值。
由傳熱系數(shù)K亦可確定換熱面內(nèi)外兩側(cè)的對(duì)流傳熱膜系數(shù)。
對(duì)薄壁圓管（小于2），傳熱系數(shù)K與傳熱膜系數(shù)之間有如下關(guān)系：

式中K——傳熱系數(shù)（）
——加熱管外壁面的對(duì)流傳熱膜系數(shù)（）
——加熱管內(nèi)壁面的對(duì)流傳熱膜系數(shù)（）
δ——加熱管壁厚（m）
λ——加熱管的導(dǎo)熱系數(shù)(w/mK)
——加熱管外壁面的污垢熱阻（）
——加熱管內(nèi)壁面的污垢熱阻（）
實(shí)驗(yàn)室條件下考慮忽略污垢熱阻，則

若有》，則有K≈；
實(shí)驗(yàn)中冷流體采用空氣，熱流體采用水蒸汽。通過測(cè)取冷熱流體在換熱器進(jìn)出口的流量及溫度變化來進(jìn)行總傳熱系數(shù)K對(duì)流傳熱膜系數(shù)與相關(guān)準(zhǔn)數(shù)關(guān)系的測(cè)定。
五、實(shí)驗(yàn)流程圖

六、實(shí)驗(yàn)操作步驟
1.實(shí)驗(yàn)前應(yīng)熟悉實(shí)驗(yàn)流程，做好實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作。
2.檢查電源連接是否正確，風(fēng)機(jī)、加熱裝置工作是否正常，設(shè)備密封是否良好。
3.檢查蒸汽發(fā)生器內(nèi)水位是否符合要求，必要時(shí)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(shí)驗(yàn)正常操作前應(yīng)打通冷卻水，排除換熱器內(nèi)的不凝性氣體。稍開放空閥排不凝性氣體。
6.啟動(dòng)電源開關(guān)后，電源指示燈亮；打開蒸汽發(fā)生器加熱開關(guān)。將蒸汽發(fā)生器加熱溫度儀表設(shè)定至所需溫度值，然后調(diào)節(jié)電流表旋鈕，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，電流表顯示數(shù)值將逐步加大；大約85攝氏度左右時(shí)把兩個(gè)調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)小一點(diǎn)（防止熱慣性所造成的溫度不穩(wěn)定現(xiàn)象）。
7.由于熱電偶測(cè)量時(shí)存在一定的誤差，故蒸汽溫度顯示90度左右時(shí)蒸發(fā)器內(nèi)的水已經(jīng)沸騰。此時(shí)可以打開風(fēng)機(jī)開關(guān)調(diào)節(jié)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，開始進(jìn)行傳熱實(shí)驗(yàn)。
8.在實(shí)驗(yàn)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(nèi)部結(jié)垢嚴(yán)重，另一方面是傳熱過程中給的熱量大，導(dǎo)致熱流體出口溫度高于蒸汽溫度。
9.讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)待操作穩(wěn)定后才開始進(jìn)行，一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行測(cè)定，兩組數(shù)據(jù)間應(yīng)有一定的穩(wěn)定時(shí)間，每組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)始終保持不變，以減少系統(tǒng)誤差。各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)間操作狀態(tài)的改變，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)出口閥的開度，開大閥門則增加冷流體進(jìn)料量，調(diào)小反之。
10.實(shí)驗(yàn)完畢，應(yīng)先關(guān)掉蒸發(fā)器開關(guān)，將電流表調(diào)至零，停止加熱；風(fēng)機(jī)繼續(xù)工作一段時(shí)間，待蒸發(fā)器溫度降至50度以下再關(guān)掉所有電源開關(guān)，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。
七、注意事項(xiàng)
1.蒸發(fā)器加水一般加到液位計(jì)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(jì)的指示都不會(huì)改變。液位最少時(shí)也不能低于蒸汽發(fā)生器的1/2否則電熱管極易燒壞！
2.實(shí)驗(yàn)操作時(shí)應(yīng)注意安全，不能開蒸發(fā)器上灌水閥門，防止觸電和燙傷。
3.測(cè)量時(shí)應(yīng)逐步加大氣相流量，記錄數(shù)據(jù)。否則實(shí)驗(yàn)數(shù)值誤差較大。
八、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理及要求
1.測(cè)定有關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，整理出相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式，繪出相應(yīng)實(shí)驗(yàn)圖表及曲線。
2.將原始數(shù)據(jù)列成表格并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
3.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)測(cè)定的K、值進(jìn)行分析討論。

序號(hào) 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(℃) (℃)

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氣體流量V(m³/h)