化工原理实验讲义(1) - 图文(5)

实验六 裸管与绝热管的传热实验

一、实验目的

1．观察和比较裸管、固体材料保温管和夹层保温管散热速率的大小及影响散热速率的主要因素。

2．测定裸管向周围空间总的散热系数、固体保温材料的导热系数及空气夹层保温管的有效导热系数。

二、基本原理

1、 裸蒸汽管

当蒸汽管外壁温度Tw高于周围空间温度t 时，管外以对流和辐射两种方式向周围传递热量，在周围空间无强制对流是状况下，当传热过程达到稳定常态时，管外壁以对流方式给出热量的速率为

Qc=αSw（tw-t）

式中Aw- 蒸汽管外壁传热 面积，m2

α-蒸汽管外壁向周围空间无强制对流时的给热系数，W／(m·℃)， 管外壁向周围空间辐射射传热速率方程

Q=C φSw[(tw/100)4 - (t/100)4]

现将辐射传热速率方程改变为与对流传热速率方程相同的形式，即

QR??RSw(tw?t)2

)]4C1?2[(Tw?R?100100tw?t)?(4T

式中，因设备向大气辐射传热时角系数?=1，故上式中?项消失了。?R称为辐射传热系数。总的热量损失为

Q?QC?QR?(???R)Sw(tw?t)Q??TSw(tw?t)

或

式中

?T????R，称为对流—辐射联合传热系数，其单位为W／(m2·K)。

对流—辐射联合传热系数直接由实验测定。

自然对流传热的传热膜系数α，当流体无相变化时对流传热准数关联式一般形式为： Nu = C （Pr Gr）n

19

表1几种常用的准数

准数名称

努塞尔特准数（给热准数） 雷诺准数（流型准数）

符号 Nu Re

准数式 ?l? lu??

普兰特准数（物性准数）

Pr

cp??格拉斯霍夫准数（升力准数） Gr

32?g?tl??2

其中，△t=Tw-t，而ρ、?、Cp、?、?分别为定性温度下空气的密度、导热系数、定压比热、膨胀系数和粘度。

对于竖直圆管，n和系数C： Pr Gr=1×10-3-5×102,C=1.18,n=1/8; Pr Gr=5×10 -2×10 C=0.54,n=1/4; Pr Gr=2×107-1×1013 C=0.135,n=1/3; 2、固体材料保温管

在自然对流的条件下，测试保温管的传热系数K，由下面方程得到：

2

7

tw内 — 保温内管外壁温度； tw外 — 保温层外壁的温度；

Q保 — 保温管单位长度的热损失，去掉裸露部分冷凝水所用热量； d2、d1—保温层的内外直径，m； λ— 保温材料的导热系数，w/(m?K)。 3、空气夹层保温管

?fQ = ?λf –等效导热系数，w/(m?K)

Sw(tw?t?)

20

tw-t′ -空气夹层两边的壁面温度，K。 由下列式子求λf

?f?Q2?L(tw?t?)Lndd?

或由准数关联式求得，λf/λ= C （Pr Gr）n 当Pr Gr=103-104时，C=0.105，n=0.3， 当Pr Gr=106-1010 ，C=0.40，n=0.3

λf/λ等效导热系数与空气导热系数的比值。 4、热损失速率 总的热损失速率Q1=mr m-蒸汽冷凝液的流量 ，kg/s r-蒸汽的冷凝潜热，J/kg。

实际热损失速率等于总的热损失速率减去测试管下裸露部分热损失速率的Q0即： Q=Q1-Q0

而 Q0=?Swo(tw?t) 式中Swo-测试管下裸露部分传热面积，m

?2 、tw，t由实验测定。

三、实验装置

本实验采用蒸汽发生器、蒸汽包测试管和测量仪表组成。如图所示。

蒸汽发生器为一电热锅炉，蒸汽压力和温度由控压调节控制。蒸汽进入蒸汽包后，分别通向3根垂直安装的测试管，它们是裸蒸汽管、固体材料保温管、空气夹层保温管。

温度测定采用铜-康铜感温元件，并通过转换开关有数字电压表显示。

四、实验内容

1、实验前的准备，检查工作。

⑴ 向电加热釜加水至液位计上端红线处。

21

⑵ 向冰水保温瓶中加入适量的冰水，并将冷端补偿热电偶插入其中。 ⑶ 将单管压力计上控压元件放在适当位置； ⑷ 微开启蒸气包上放空阀，排除不凝气体。

⑸ 接通电源总闸，设定加热电压60-80v，启动电加热器开关，开始加热。 2、实验开始。

⑴ 一段时间后水沸腾，水蒸气自行充入外管，观察蒸汽排出口有恒量蒸汽排出，标志着实验可以开始。

⑵ 稳定5～8分钟左右，在一定时间内测定蒸汽冷凝量，同时可转动各仪表选择开关读取温度。（注意：第一个数据点必须稳定足够的时间）

⑸重复3，4次。 3、实验结束。 ⑴ 关闭加热开关。 ⑵ 放空阀全开。 ⑶ 切断总电源。

⑷ 若需几天后再做实验，则应将电加热釜和冰水保温瓶中的水放干净。

五、实验注意事项

1、实验装置仪表柜上的拉门学生不得随便打开，以防触电。

2、实验前要在指导教师允许的情况下，检查冰水保温桶中是否有冰水混合物共存，检查热电偶的冷端，是否全部浸没在冰水混合物中。

3、蒸汽加热釜中的水位要保持在正常范围内。不可低于1/2液位，也不可高于2/3液位。

4、保证蒸汽上升管线的畅通，打开放空阀。

22

实验七 固体流态化的流动特性

一、实验目的

1．实验观察固定床和流化床的总体性状。

2．实验测定气固和液固系统的流化曲线。 3．实验测定临界流化速度。 4．验证固定床压降和临界流化速度。 二、实验原理

使颗粒状物料与流动的气体或液体相接触，并在后者作用下呈现某种类似于流体的状态，这就是固体流态化。借助这种流态化状态以完成某种处理过程的技术，成为流态化。

理想情况下，克服流体阻力的压强降与空压气速ｕ的关系，如下图所示。

理想情况下的压强降与空压气速关系图

由图看出，流化过程大致分为以下几个阶段： １、固定床阶段

在气体速度较低的时候，由固体颗粒所组成的床层静止不动，气体只从颗粒空隙中流过。因此，随着气速的增加，气体通过床层的摩擦阻力也相应增加，如上图ＡＢ段所示。

当气速增大至某一定值，床层压强降恰等于单位面积床层净重力时，气体在垂直方向上给予床层的作用力刚好能够把全部床层颗粒托起，此时，床层变松并略有膨胀，但固体颗粒仍保持接触而没有变化，如图中的BC段所示。

２、流化床阶段

当流速继续增大超过Ｃ点时，颗粒就悬浮在流体中自由运动，床层高度随气速的加大而增高，但整个床层压强降却保持不变，仍然等于单位面积的床层净重力。流态化阶段的Δｐ与ｕ的关系如图中的ＣＥ段所示。

如果降低流化床的气速，则床层高度、空隙率也随着降低，Δｐ与ｕ关系仍沿ＥＣ线返回，当达到Ｃ点时，固体颗粒就互相接触而成为静止的固定床。若继续降低流速，床层压强降不再沿ＣＢＡ折线变化，而是沿ＣＡ＇线变化。比较ＡＢ线与Ａ＇Ｃ线可见，相同气速下，Ａ＇Ｃ线的压强降较低，这是因为床层曾被吹松，它笔未被吹松过的固定床具有较大的空隙率。与Ｃ点相应的流速成为临界流化速度ｕmf,它是最小流化速度。

23

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库化工原理实验讲义(1) - 图文(5)在线全文阅读。