化工基础实验报告传热实验——传热系数的测定2011011743分1黄浩实验日期：2013-11-15同组实验者：周昱、曹庆辰、陈辰地点：化工实验教学中心108室实验内容：传热系数的测定一、实验目的（1）掌握传热系数K、给热系数α和导热系数λ的测定方法。（2）比较保温管、裸管、汽水套管的传热速率，并进行讨论。（3）掌握热电偶测温原理及相关二次仪表的使用方法。二、实验原理根据传热基本方程、牛顿冷却定律及圆筒壁的热传导方程，已知传热设备的结构尺寸，只要测得传热速率Q以及各相关温度，即可算出K、α和λ。（1）测定汽-水套管的传热系数K[W/(m2·℃)]𝐾=𝑄/𝐴Δ𝑡𝑚式中：A——传热面积，m2；Δ𝑡𝑚——冷、热流体的平均温差，℃；Q——传热速率，W；𝑄=𝑊汽×𝑟式中：𝑊汽——为冷凝液流量（kg/s），r——为汽化潜热（J/kg）。（2）测定裸管的自然对流给热系数α[W/(m2·℃)]𝛼=𝑄/𝐴(𝑡𝑤−𝑡𝑓)式中：tW，tf——壁温和空气温度，℃。（3）测定保温材料的导热系数λ[W/(m·℃)]𝜆=𝑄𝑏/𝐴𝑚(𝑇𝑤−𝑡𝑤)式中：q——热通量，W/(m2)TW，tW——保温层两侧的温度，℃；b——保温层的厚度，m；Am——保温层内外壁的平均面积，m2。化工基础实验报告三、实验流程与装置该装置主体设备为“三根管”：汽水套管、裸管和保温管。这“三根管”与锅炉、汽包、高位槽、智能数字显示控制仪等组成整个测试系统。如图1：图1传热系数测定的实验装置示意图工艺流程为：锅炉内加热的水蒸气送入汽包，然后在三根并联的紫铜管内同时冷凝，冷凝液由计量管或量筒收集。三根管外情况不同：一根管外用珍珠岩保温；一根为裸管；还有一根为套管式换热器，管外有来自高位槽的冷却水。可定性观察到三个设备冷凝速率的差异，并测定K、α和λ。1）各种设备的尺寸：（1）汽-水套管：内管均为𝜙16×1.5紫铜管；套管为𝜙34×3不锈钢管；管长L=0.6m；（2）裸管：传热管为ϕ16×1.5紫铜管；管长L=0.67m；（3）保温管：外管为𝜙60×5有机玻璃管；内管为𝜙16×1.5紫铜管；管长L=0.63m；2）锅炉加热功率：0~6kW。3）冷却水流量：0~160L/h。化工基础实验报告4）温度测量采用铜-康铜热电偶，二次仪表采用DS系列智能数字显示控制仪。四、实验步骤与注意事项（1）熟悉设备流程，检查各阀门的开关情况，排放汽包中的冷凝水。（2）打开锅炉进水阀，加水至液面计高度的2/3。（3）将电热棒接上电源，并将调压器从0调至220V，满功率加热，待出口有蒸汽溢出时，一定要关闭其中的两个加热阀，将加热功率调至适宜值。（4）然后，打开套管换热器冷却水进口阀，调节冷却水流量为某一值，并记录。（5）待过程稳定（即热电偶15和16的温度相近）后，记录汽水套管、裸管、保温管单位时间内的冷凝液量及各相关热电偶1~16数值。汽-水套管一般记录60s时间内的冷凝液量，裸管及保温管一般3记录90s以上的冷凝液量。备注：热电偶温度与电压的关系：𝑇=0.0185+25.8123𝑢−0.7416𝑢2+0.0375𝑢3.（6）重复步骤（5），直至数据重复性较好。注意：实验前后需各记录一个室温值。（7）实验结束，切断加热电源，关闭冷却水阀。（8）实验中注意观察锅炉水位，使液面不低于其1/2高度。（9）注意系统不凝气及冷凝水的排放情况。（10）锅炉水位靠冷凝回水维持，应保证冷凝回水畅通。五、原始数据记录表格1.环境条件实验前气温24.0°C实验后气温25.0°C2.数据表格表1保温管的给热系数α的原始数据保温管实验序号一二三四五六七八九外壁温度/℃热电偶编号①34.035.136.336.737.037.437.837.938.0②34.936.037.237.638.038.438.738.939.0③35.236.637.938.238.538.939.139.139.1内壁温度/℃④100.7100.7100.6100.7100.5100.6100.5100.5100.4⑤100.7100.7100.7100.7100.5100.6100.5100.5100.5⑥100.7100.7100.6100.7100.5100.6100.5100.5100.5冷凝水体积/ml2.02.21.63.03.42.83.84.43.8测量时间/s909090909090120120120表2裸管的自然对流给热系数α的原始数据化工基础实验报告裸管实验序号一二三四五六七八九外壁温度/℃热电偶编号⑦100.6100.5100.5100.5100.4100.4100.4100.4100.4⑧100.5100.5100.4100.4100.3100.4100.4100.4100.4⑨100.5100.5100.4100.4100.4100....
