化工原理实验指导书 沈阳工业大学 2003年6月
化工原理实验指导书 沈阳工业大学 2003 年 6 月
目录 实验一流体流动阻力的测定… 实验二离心泵特性曲线的测定 实验三恒压过滤实验… 实验四传热综合实验 实验五筛板式精馏塔的操作及塔板效率测定……9 实验六洞道干燥实验 综合实验一气体搅拌萃取塔液-液萃取实验 13 综合实验二间歇精馏实验……………………………16 演示实验柏努利方程实验…… 雷诺实验
目 录 实验一 流体流动阻力的测定 ………………………………………………1 实验二 离心泵特性曲线的测定 …………………………………………2 实验三 恒压过滤实验 ……………………………………………………4 实验四 传热综合实验 ……………………………………………………6 实验五 筛板式精馏塔的操作及塔板效率测定 …………………………9 实验六 洞道干燥实验 ……………………………………………………11 综合实验一 气体搅拌萃取塔液-液萃取实验 ……………………………13 综合实验二 间歇精馏实验 ………………………………………………16 演示实验 柏努利方程实验 ………………………………………………17 雷诺实验 ……………………………………………………20
实验一流体流动阻力的测定 实验目的 1、了解流体在管道内摩擦阻力的测定方法 2、确定摩擦系数λ与雷诺数Re的关系。 二、基本原理 由于流体具有粘性,在管内流动时必须克服内摩擦力。当流体呈湍流流动时,质点间不 断相互碰撞,引起质点间动量交换,从而产生了湍动阻力,消耗了流体能量。流体的粘性和 流体的涡流产生了流体流动的阻力。在被侧直管段的两取压口之间列出柏努力方程式,可得: △Pt=△P L一两侧压点间直管长度(m) dup d一直管内径(m) λ一摩擦阻力系数 u一流体流速(m/s) △P4一直管阻力引起的压降(N/m) u一流体粘度(Pa.s) p一流体密度(kg/m3) 本实验在管壁粗糙度、管长、管径、一定的条件下用水做实验,改变水流量,测得一系 列流量下的△Pt值,将已知尺寸和所测数据代入各式,分别求出λ和Re,在双对数坐标纸 上绘出λ~Re曲线。 三、实验装置简要说明 水泵将储水糟中的水抽出,送入实验系统,首先经玻璃转子流量计测量流量,然后送入 被测直管段测量流体流动的阻力,经回流管流回储水槽,水循环使用。被测直管段流体流 动阻力△P可根据其数值大小分别采用变压器或空气一水倒置U型管来测量 四、实验步骤: 1、向储水槽内注蒸馏水,直到水满为止 2、大流量状态下的压差测量系统,应先接电预热10-15分钟,观擦数字仪表的初始值并 记录后方可启动泵做实验
实验一 流体流动阻力的测定 一、实验目的 1、了解流体在管道内摩擦阻力的测定方法； 2、确定摩擦系数λ与雷诺数 Re 的关系。 二、基本原理 由于流体具有粘性，在管内流动时必须克服内摩擦力。当流体呈湍流流动时，质点间不 断相互碰撞，引起质点间动量交换，从而产生了湍动阻力，消耗了流体能量。流体的粘性和 流体的涡流产生了流体流动的阻力。在被侧直管段的两取压口之间列出柏努力方程式，可得： ΔPf =ΔP L—两侧压点间直管长度(m) d—直管内径(m) λ—摩擦阻力系数 u—流体流速（m/s） ΔPf—直管阻力引起的压降（N/m2） µ—流体粘度（Pa.s） ρ—流体密度（kg/m3） 本实验在管壁粗糙度、管长、管径、一定的条件下用水做实验，改变水流量，测得一系 列流量下的ΔPf 值，将已知尺寸和所测数据代入各式，分别求出λ和 Re，在双对数坐标纸 上绘出λ～Re 曲线 。 三、实验装置简要说明 水泵将储水糟中的水抽出，送入实验系统，首先经玻璃转子流量计测量流量，然后送入 被测直管段测量流体流动的阻力，经回流管流回储水槽，水循环使用。 被测直管段流体流 动阻力△P 可根据其数值大小分别采用变压器或空气—水倒置 U 型管来测量。 四、实验步骤: 1、向储水槽内注蒸馏水,直到水满为止。 2、大流量状态下的压差测量系统,应先接电预热 10-15 分钟,观擦数字仪表的初始值并 记录后方可启动泵做实验。 2 2 u d P L h f f = = 2 2 u P L d f = du Re =
3、检查导压系统内有无气泡存在.当流量为0时打开Bl、B2两阀门,若空气一水倒置 U型管内两液柱的高度差不为0,则说明系统内有气泡存在,需要排净气泡方可测取数据 排气方法:将流量调至较大,排除导压管内的气泡,直至排净为止。 4、测取数据的顺序可从大流量至小流量,反之也可,一般测15~20组数,建议当流量 读数小于300L/h时,用空气一水倒置U型管测压差Δ 5、待数据测量完毕,关闭流量调节阀,切断电源 五、使用实验设备应注意的事项: 1、调流量要慢、稳、准。 利用压力传感器测大流量下ΔP时,应切断空气一水倒置U型管B1、B两阀门否则 影响测量数据。 3、在实验过程中每调节一个流量之后待流量和直管压降的数据稳定以后方可记录数据 4、若较长时间不做验验启动离心泵之前应先转动泵轴使之灵活运转,否则烧坏电机 实验二离心泵特性曲线测定 一、实验目的 1、熟悉离心泵的操作与结构 2、测定离心泵在一定转速下的特性曲线 、基本原理 在一定转速下,离心泵的压头He,轴功率N及效率η均随实际流量Qe的大小而改变 因此泵的特性是由H=f(Qe)Ne=f(Qe)和n=Q)三条曲线来决定。而此三条曲线是经实验测 得标绘出来 1、流量Qe的测定 通过调节阀门改变水流量的大小,采用文式流量计测得压差,求其相应的体积流量Q 单位(m3s) 2、离心泵压头He的测定 在离心泵的吸入口和压出口之间列柏努力方程 H ∵离心泵d入=d出 又∵H(x-出可忽略 (2出-Z入
3、检查导压系统内有无气泡存在.当流量为 0 时打开 B1、B2 两阀门，若空气－水倒置 U 型管内两液柱的高度差不为 0，则说明系统内有气泡存在,需要排净气泡方可测取数据。 排气方法：将流量调至较大，排除导压管内的气泡，直至排净为止。 4、测取数据的顺序可从大流量至小流量，反之也可，一般测 15～20 组数，建议当流量 读数小于 300L/h 时，用空气—水倒置 U 型管测压差ΔP。 5、待数据测量完毕，关闭流量调节阀，切断电源。 五、使用实验设备应注意的事项： 1、调流量要慢、稳、准。 2、利用压力传感器测大流量下ΔP 时，应切断空气—水倒置 U 型管 B1、B2 两阀门否则 影响测量数据。 3、在实验过程中每调节一个流量之后待流量和直管压降的数据稳定以后方可记录数据。 4、若较长时间不做验验,启动离心泵之前应先转动泵轴使之灵活运转,否则烧坏电机。 实验二 离心泵特性曲线测定 一、实验目的 1、熟悉离心泵的操作与结构； 2、测定离心泵在一定转速下的特性曲线。 二、基本原理 在一定转速下,离心泵的压头 He，轴功率 N 及效率η均随实际流量 Qe 的大小而改变。 因此泵的特性是由 H=f(Qe),Ne=f(Qe)和η=f(Qe)三条曲线来决定。而此三条曲线是经实验测 得标绘出来。 1、流量 Qe 的测定 通过调节阀门改变水流量的大小，采用文式流量计测得压差，求其相应的体积流量 Qe。 单位（m3/s） 2、离心泵压头 He 的测定 在离心泵的吸入口和压出口之间列柏努力方程 ∵离心泵 d 入=d 出 ∴u 入=u 出 又∵Hf(λ-出)可忽略 P Qe C A = 2 0 0 入 出） 出 出 出 ( - 2 2 2 2 e H f g u g P H Z g u g P Z + + + = + + + ( (m) g P P H Z Z 出 入 出 入） − = − +
3、离心泵轴功率的计算 泵轴功率N=电机输出功率=功率表读数×电机效率(Kw) 功率表读数=电机输入功率 泵的有效功率Ne=QK=1(km n= Ao—文丘里流量计喉管的横截面积 C0—流量系数Co=1 △P—文丘里流量计的压差 Z出一Z入离心泵进出口管路的垂直距离 P出-P入离心泵进出口管路的压强 三、实验装置简要说明 本实验用WB70055型离心泵进行实验,用离心泵将储水槽内的水抽出,送入离心泵性 能测定管路测量系统,然后由压出管排至水槽。在泵的吸入口和压出口处,分别装有真空表 和压力表,以测量水进口处的压力。泵的出口管线装有文氏流量计及调节阀门,用来调节水 的流量或管内压力 四、实验方法 1、向储水槽内注蒸馏水,直到水满为止。 2、在启动离心泵之前需做如下检查 (1)流量调节阀门10和2离心泵出口压力表和真空表的调节阀,倒置U型管的阀门B1、 B2均应关闭 (2)流量测量压差变送器的平衡阀打开 3、启动离心泵,打开阀门10至全开。稍停片刻,待流体赶净管路内的气泡后关闭平衡 阀。打开压力表及真空表的调节阀。 4、测取数据顺序可任选。切记流量从最大至流量为零应均匀取点15~20组数据。 5、数据测量完毕,关闭压力表,真空表并把平衡阀打开 五、使用实验设备应注意的事项 1、启动离心泵之前,一定要检查各处阀门 2、流体在管路输送中不应有气存在。 3、测量数据将流量传感器的平衡阀一定处于关闭状态,否则影响测量数据值 4、离心泵不要长时间空转。 1、对现有实验条件,泵的特性曲线能否改变? 2、管路排水口安装在水面之上和浸在水中对实验值有何影响? 3、由实验得知,泵的流量越大,泵进口处真空度越大,为什么?
３、离心泵轴功率的计算 泵轴功率 N = 电机输出功率 = 功率表读数×电机效率（Kw） 功率表读数 = 电机输入功率 式中： A0—文丘里流量计喉管的横截面积 C0—流量系数 C0=1 ΔP—文丘里流量计的压差 Ｚ出—Ｚ入离心泵进出口管路的垂直距离 Ｐ出—Ｐ入离心泵进出口管路的压强 三、实验装置简要说明 本实验用 WB70/055 型离心泵进行实验，用离心泵将储水槽内的水抽出，送入离心泵性 能测定管路测量系统，然后由压出管排至水槽。在泵的吸入口和压出口处，分别装有真空表 和压力表，以测量水进口处的压力。泵的出口管线装有文氏流量计及调节阀门，用来调节水 的流量或管内压力。 四、实验方法 1、向储水槽内注蒸馏水，直到水满为止。 2、在启动离心泵之前需做如下检查： (1)流量调节阀门 10 和 2,离心泵出口压力表和真空表的调节阀,倒置 U 型管的阀门 B1、、 B2 均应关闭。 (2)流量测量压差变送器的平衡阀打开。 3、启动离心泵，打开阀门 10 至全开。稍停片刻，待流体赶净管路内的气泡后关闭平衡 阀。打开压力表及真空表的调节阀。 4、测取数据顺序可任选。切记流量从最大至流量为零应均匀取点 15～20 组数据。 5、数据测量完毕，关闭压力表，真空表并把平衡阀打开。 五、使用实验设备应注意的事项 1、启动离心泵之前,一定要检查各处阀门。 2、流体在管路输送中不应有气存在。 3、测量数据将流量传感器的平衡阀一定处于关闭状态,否则影响测量数据值。 4、离心泵不要长时间空转。 1、对现有实验条件，泵的特性曲线能否改变？ 2、管路排水口安装在水面之上和浸在水中对实验值有何影响？ 3、由实验得知，泵的流量越大，泵进口处真空度越大，为什么？ ( ) 1000 102 Ne KW HQg HQ 泵的有效功率 = = N Ne =
实验三恒压过滤实验 实验目的 熟悉实验装置的结构和操作方法 2、测定在恒压操作时的过滤常数K,q,τs,并以实验所得结果验证过滤方程式, 增进对过滤理论的理解; 3、改变压强差重复上述操作,测定压缩指数s和物料特性常数k 、实验原理 过滤过程是将悬浮液送至过滤介质及滤饼一侧,在其上维持另一侧较高的压力,液 体则通过介质而成滤液,而固体粒子则被截留逐渐形成滤饼。过滤速度由过滤介质两端 的压力差及过滤介质的阻力决定。过滤介质阻力由二部分组成,一为过滤介质,一为滤 饼(先积下来的滤饼成为后来的过滤介质)。因为滤饼厚度(亦即滤饼阻力)随着时间而 增加,所以恒压过滤速度随着时间而降低。对于不可压缩性滤饼,在恒压过滤情况下 滤液量与过滤时间的关系可用下式表示 (VV)2=KA2(τ+r) 式中:V—T时间内的滤液量(m3) V一一虚拟滤液的体积,它是形成相当于过滤介质阻力的一层滤饼时,应得 到的滤液量(m) A—一过滤面积(m2) 滤常数(m2/s) τ一一相当于得到滤液V所需的过滤时间(s) τc一相当于得到滤液V所需的过滤时间(s) 上式也可写成: 9+2qeqk 式中:q=VA,即单位过滤面积的滤液量(m) q=VA,即单位过滤面积的虚拟滤液量(m) 将过滤方程式微分后得到2qdq+2qdq=Kdt 整理后得: 面 At ndu 则得 K q(m3/m2) 将Δτ/Δq对q标绘(q取各时间间隔内的平均值),在正常情况下,各点均在一条直 线上,如图所示,直线斜率2/K=A/B,结局2q/K=c由此可求出K和q。T。由下式得: K 在实验中,当计量瓶中的滤液达到100m1刻度时开始按表计时,作为恒压过滤时间 的零点。但是,在此之前吸滤早已开始,即计时之前系统内已有滤液存在,这部分滤液
实验三 恒压过滤实验 一、实验目的 1、熟悉实验装置的结构和操作方法； 2、测定在恒压操作时的过滤常数 K，qe，τe，并以实验所得结果验证过滤方程式， 增进对过滤理论的理解； 3、改变压强差重复上述操作，测定压缩指数 s 和物料特性常数 k 。 二、实验原理 过滤过程是将悬浮液送至过滤介质及滤饼一侧，在其上维持另一侧较高的压力，液 体则通过介质而成滤液，而固体粒子则被截留逐渐形成滤饼。过滤速度由过滤介质两端 的压力差及过滤介质的阻力决定。过滤介质阻力由二部分组成，一为过滤介质，一为滤 饼（先积下来的滤饼成为后来的过滤介质）。因为滤饼厚度（亦即滤饼阻力）随着时间而 增加， 所以恒压过滤速度随着时间而降低。对于不可压缩性滤饼，在恒压过滤情况下， 滤液量与过滤时间的关系可用下式表示： （V+Ve）2=KA2（τ+τe） 式中：V——τ时间内的滤液量 （m 3） Ve——虚拟滤液的体积，它是形成相当于过滤介质阻力的一层滤饼时，应得 到的滤液量 （m 3） A——过滤面积 （m 2） K——过滤常数 （m 2 /s） τ——相当于得到滤液 V 所需的过滤时间 （s） τe——相当于得到滤液 Ve 所需的过滤时间 （s） 上式也可写成： q 2 +2qeq=Kτ 式中： q=V/A，即单位过滤面积的滤液量 （m） qe=Ve/A，即单位过滤面积的虚拟滤液量 （m） 将过滤方程式微分后得到 2qdq+2qedq=Kdτ 整理后得： 将Δτ/Δq 对 q 标绘(q 取各时间间隔内的平均值),在正常情况下,各点均在一条直 线上,如图所示,直线斜率 2/K=A/B,结局 2qe/K=c 由此可求出 K 和 qe 。τe 由下式得： qe = K e 2 在实验中，当计量瓶中的滤液达到 100ml 刻度时开始按表计时，作为恒压过滤时间 的零点。但是，在此之前吸滤早已开始，即计时之前系统内已有滤液存在，这部分滤液 q （m 3 /m2） K q K q dq d 2 2 e = + 以 代 ，则得 dq d q K q K q q 2 2 e = + C B A Δτ/Δq（s/m）
量可视为常量以q表示,这些滤液对应的滤饼视为过滤介质以外的另一层过滤介质,在 整理数据时应考虑进去,则方程应改写为: AT 2 Ag xq**kla.+q) q=2-系统存液量为170ml 过滤常数的定义式:K=2k4y2 两边取对数:gK=(1-s)g(4p)+g(2k 因s=常数,k=1=常数,故K与△p的关系,在双对数坐标上标绘是一条直线 直线的斜率1-2,由此可计算出压缩性指数s,读取△p~K直线上任一点处的K值,将 K、△p数据一起代入过滤常数定义式计算物料特性常数k 三、实验装置简要说明 本实验装置由过滤漏斗、滤浆桶、搅拌桨、计量筒、缓冲罐、及真空泵等组成。 滤浆槽内配有一定浓度的硅藻土悬浮液,用电动搅拌器进行搅拌(浆液不出现漩涡为好)。 滤浆在滤浆槽中经搅拌均匀后,启动真空泵,使系统内形成真空达指定值。滤液经过滤 漏斗清液进入计量筒,固相被留在过滤漏斗上逐渐生成滤饼。定时读取计量筒的液位, 并记录。系统真空度可由真空阀进行调节 四、实验步骤 1、熟悉实验装置流程 2、装置接通电源,启动电动搅拌器,待槽内浆液搅拌均匀,将过滤漏斗安装好,固 定于浆液槽内。 3、打开放空阀7关闭旋塞4及放液阀10 4、启动真空泵,用放空阀7及时调节系统的真空度,使真空表的读数稍大于指定值 然后达凯旋塞4进行抽滤。此后时间内要注意观察真空表的读数应恒定于指定值。当计 量瓶滤液达到100ml刻度时按表计时,做为恒压过滤时间的零点。记录滤液每增加100m1 所用的时间。当计量瓶读数为800m1时停止计时,并立即关闭旋塞4。 5、把放空阀7全开,关闭真空泵,打开旋塞4,利用系统内的大气压和液位高度差 把吸附在过滤介质上的滤饼压回槽内。放出计量瓶内的滤液并倒回槽内,以保证滤浆浓 度恒定。卸下过滤漏斗洗净待用。 6、改变真空度重复上述实验 7、实验结束后,关闭电源 五、实验注意事项 1、过滤漏斗如图安装在滤浆中浸没一定深度,让过滤介质平行于液面,以防止被空 气抽如造成滤饼厚度不均匀 2、启动搅拌器前,用手旋转一下搅拌轴以保证顺利启动搅拌器。将调速钮调在最小 位置,打开调速器开关,将调速钮从小到大位调节,不允许高速档启动,转速状态下出
量可视为常量以 q' 表示，这些滤液对应的滤饼视为过滤介质以外的另一层过滤介质，在 整理数据时应考虑进去，则方程应改写为： ( ') 2 2 q q K q q K = + e + A V q ' ' = V ' — 系统存液量为 170ml 过滤常数的定义式： s K k p − = 1 2 两边取对数： lg K = (1− s)lg( p) + lg( 2k) 因 = 常数， = = 常数 1 s k ，故 K 与Δp 的关系，在双对数坐标上标绘是一条直线。 直线的斜率 1− s ，由此可计算出压缩性指数 s，读取Δp～K 直线上任一点处的 K 值，将 K、Δp 数据一起代入过滤常数定义式计算物料特性常数 k。 三、实验装置简要说明 本实验装置由过滤漏斗、滤浆桶、搅拌桨、计量筒、缓冲罐、及真空泵等组成。 滤浆槽内配有一定浓度的硅藻土悬浮液，用电动搅拌器进行搅拌（浆液不出现漩涡为好）。 滤浆在滤浆槽中经搅拌均匀后，启动真空泵，使系统内形成真空达指定值。滤液经过滤 漏斗清液进入计量筒，固相被留在过滤漏斗上逐渐生成滤饼。定时读取计量筒的液位， 并记录。系统真空度可由真空阀进行调节。 四、实验步骤 1、熟悉实验装置流程 2、装置接通电源，启动电动搅拌器，待槽内浆液搅拌均匀，将过滤漏斗安装好，固 定于浆液槽内。 3、打开放空阀 7 关闭旋塞 4 及放液阀 10 。 4、启动真空泵，用放空阀 7 及时调节系统的真空度，使真空表的读数稍大于指定值， 然后达凯旋塞 4 进行抽滤。此后时间内要注意观察真空表的读数应恒定于指定值。当计 量瓶滤液达到 100ml 刻度时按表计时，做为恒压过滤时间的零点。记录滤液每增加 100ml 所用的时间。当计量瓶读数为 800ml 时停止计时，并立即关闭旋塞 4 。 5、把放空阀 7 全开，关闭真空泵，打开旋塞 4，利用系统内的大气压和液位高度差 把吸附在过滤介质上的滤饼压回槽内。放出计量瓶内的滤液并倒回槽内，以保证滤浆浓 度恒定。卸下过滤漏斗洗净待用。 6、改变真空度重复上述实验。 7、实验结束后，关闭电源。 五、实验注意事项 1、过滤漏斗如图安装,在滤浆中浸没一定深度,让过滤介质平行于液面,以防止被空 气抽如造成滤饼厚度不均匀。 2、启动搅拌器前，用手旋转一下搅拌轴以保证顺利启动搅拌器。将调速钮调在最小 位置，打开调速器开关，将调速钮从小到大位调节，不允许高速档启动，转速状态下出
现异常时或实验完毕后将调速钮恢复最小位 3、用放空阀7调节。控制系统内的真空度恒定,以保证恒压状态下操作 实验四传热综合实验 实验目的 1、通过实验掌握传热膜系数a的测定方法,并分析影响a的因素 2、掌握确定传热膜系数准数关联式中的系数C和指数m、n的方法; 3、通过实验提高对α关联式的理解,了解工程上强化传热的措施 4、掌握测温热电偶的使用方法 二、基本原理 对流传热的核心问题是求算传热膜系数α,当流体无相变化时对流传热准数关联式一般 形式为: 对强制湍流,Gr准数可以忽略。Nu= C Rem Prl 本实验中,可用图解法和最小二乘法两种方法计算准数关联式中的指数m、n和系数C 用图解法对多变量方程进行关联时,要对不同变量Re和P分别回归。为了便于掌握这 类方程的关联方法,可取n=04(实验中流体被加热)。这样就简化成单变量方程。两边取 对数,得到直线方程: Ig C + mIg re 在双对数坐标系中作图,找出直线斜率,即为方程的指数m。在直线上任取一点的函数 值代入方程中得到系数C,即 用图解法,根据实验点确定直线位置,有一定的人为性 而用最小二乘法回归,可以得到最佳关联结果。应用计算机对多变量方程进行一次回归, 就能同时得到C、m、n 可以看出对方程的关联,首先要有Nu、Re、Pr的数据组。 雷诺准数 du 努塞尔特准数 普兰特准数 Pr=cpa d一换热器内管内径(m) a1一空气传热膜系数(Wm2·℃
现异常时或实验完毕后将调速钮恢复最小位。 3、用放空阀 7 调节。控制系统内的真空度恒定，以保证恒压状态下操作。 实验四 传热综合实验 一、实验目的 1、通过实验掌握传热膜系数α的测定方法，并分析影响α的因素； 2、掌握确定传热膜系数准数关联式中的系数 C 和指数 m、n 的方法； 3、通过实验提高对α关联式的理解，了解工程上强化传热的措施； 4、掌握测温热电偶的使用方法。 二、基本原理 对流传热的核心问题是求算传热膜系数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 Rem Prn Grp 对强制湍流，Gr 准数可以忽略。 Nu = C Rem Prn 本实验中，可用图解法和最小二乘法两种方法计算准数关联式中的指数 m、n 和系数 C。 用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量 Re 和 Pr 分别回归。为了便于掌握这 类方程的关联方法，可取 n = 0.4（实验中流体被加热）。这样就简化成单变量方程。两边取 对数，得到直线方程： lg lg Re Pr lg 0.4 C m Nu = + 在双对数坐标系中作图，找出直线斜率，即为方程的指数 m。在直线上任取一点的函数 值代入方程中得到系数 C，即 m Nu C Pr Re 0.4 = 用图解法，根据实验点确定直线位置，有一定的人为性。 而用最小二乘法回归，可以得到最佳关联结果。应用计算机对多变量方程进行一次回归， 就能同时得到 C、m、n。 可以看出对方程的关联，首先要有 Nu、Re、Pr 的数据组。 雷诺准数 du Re = 努塞尔特准数 d Nu 1 = 普兰特准数 C p Pr = d —换热器内管内径（m） α1—空气传热膜系数（W/m2·℃）
p一空气密度(kg/m3) λ一空气的导热系数(W/m·℃) Cp一空气定压比热(Jkg·℃ 实验中改变空气的流量以改变准数Re之值。根据定性温度计算对应的P准数值。同时 由牛顿冷却定律,求出不同流速下的传热膜系数α值。进而算得Nu准数值 因为空气传热膜系数a1远大于蒸汽传热膜系数a2,所以传热管内的对流传热系数α1 约等于冷热流体间的总传热系数K。则有 牛顿冷却定律: Q=aA△tm A一传热面积(m2)(内管内表面积) △tm-管内外流体的平均温差(℃) 其中: △t1=Tt,△t=Tt2 T一蒸汽侧的温度,可近似用传热管的外壁面平均温度Tw(℃)表示 Tw=8.5+21.26×E E一热电偶测得的热电势(mv) 传热量Q可由下式求得:Q=wCp(t2t)/3600=VpCp(t+t1)/3600 W一空气质量流量(kg/h) V一空气体积流量(m3/h) t,t2-空气进出口温度(℃) 实验条件下的空气流量V(m3/h)需按下式计算 273 r273+1 V一空气入口温度下的体积流量(m/h) 一空气进出口平均温度(℃) 其中V可按下式计算1=2168AP △P一孔板两端压差(KPa) P,一进口温度下的空气密度(kgm3) 强化传热被学术界称为第二代传热技术,它能减小初设计的传热面积,以减小换热器的 体积和重量;提高现有换热器的换热能力;使换热器能在较低温差下工作;并且能够减少换 热器的阻力以减少换热器的动力消耗,更有效的利用能源和资金。强化换热的方法有多种, 本实验装置是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。在近壁区域,流体一面 由于螺旋线圈的作用而发生旋转,一面还周期性地受到线圈的螺旋金属丝的扰动,因而可以 使传热强化 强化传热时,№。=BRe",其中B、m的值因螺旋丝尺寸不同而不同。同样可用线性回 归方法确定B和m的值。单纯研究强化手段的强化效果(不考虑阻力的影响),可以用强化
ρ—空气密度（kg/m3） λ—空气的导热系数（W/m·℃） C p—空气定压比热（J/kg·℃） 实验中改变空气的流量以改变准数 Re 之值。根据定性温度计算对应的 Pr 准数值。同时 由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数α值。进而算得 Nu 准数值。 因为空气传热膜系数α1 远大于蒸汽传热膜系数α2，所以传热管内的对流传热系数α1 约等于冷热流体间的总传热系数 K 。则有 牛顿冷却定律： Q =α1AΔtm A—传热面积（m2）（内管内表面积） Δtm—管内外流体的平均温差（℃） 2 1 2 1 ln t t t t tm − = 其中： Δt1= T-t1 , Δt2= T-t2 T—蒸汽侧的温度，可近似用传热管的外壁面平均温度 Tw（℃）表示 Tw= 8.5+21.26×E E—热电偶测得的热电势 （mv） 传热量 Q 可由下式求得： Q= w C p（t2-t1）/3600 =Vρ C p（t2-t1）/3600 w —空气质量流量（kg/h） V—空气体积流量（m3 /h） t1,t2—空气进出口温度（℃） 实验条件下的空气流量 V（m3 /h）需按下式计算： 273 1 273 1 t t V Vt + + = 1 Vt —空气入口温度下的体积流量（m3 /h） t —空气进出口平均温度（℃） 其中 1 Vt 可按下式计算 1 1 21.68 t t P V = ΔP—孔板两端压差（KPa） 1 t —进口温度下的空气密度（kg/m3） 强化传热被学术界称为第二代传热技术，它能减小初设计的传热面积，以减小换热器的 体积和重量；提高现有换热器的换热能力；使换热器能在较低温差下工作；并且能够减少换 热器的阻力以减少换热器的动力消耗，更有效的利用能源和资金。强化换热的方法有多种， 本实验装置是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。在近壁区域，流体一面 由于螺旋线圈的作用而发生旋转，一面还周期性地受到线圈的螺旋金属丝的扰动，因而可以 使传热强化。 强化传热时，Nu o = B Rem，其中 B、m 的值因螺旋丝尺寸不同而不同。同样可用线性回 归方法确定 B 和 m 的值。单纯研究强化手段的强化效果（不考虑阻力的影响），可以用强化
比的概念作为评判准则,即强化管的努塞尔特准数Nu。与普通管的努塞尔特准数Nu的比。 显然,强化比№u。/№>1,而且它的值越大,强化效果越好。 、实验装置简要说明 本实验采用套管式换热器,冷空气走管程,饱和水蒸汽走壳程。 (1)传热管参数 换热器内管内径d(mm) 925 换热器内管外径do(mm) 外管内径D(mm) 换热器外管外径D。(mm) 总管长(紫铜内管)L(m) 1.30 测量段长度l(m) 强化换热器内管内插物 (螺旋线圈)尺寸 节距H(mn 操作电压 ≤200伏 加热釜 操作电流 ≤10安 (2)不锈钢孔板流量计的孔径比m=17mm/44mm≈0.39 (3)空气进、出口测量段的温度t、t采用电阻温度计测量,在显示仪表上直接读数。换 热管的外壁面平均温度Tw采用铜一康铜热电偶测量,在数字式毫伏计上显示数值E。 (4)电加热釜使用体积为7升(加水至液位计的上端红线),内装有一支2.5Kw的螺旋形 电加热器,最高使用电压不超过200伏(由固态调节器调节)。 5)漩涡气泵,XGB-2型,电功率约0.75Kw(三相电源)。 四、实验方法及步骤 1、实验前的准备,检查工作 (1)向电加热釜加水至液位计上端红线处 (2)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 (3)检査空气流量旁路调节阀是否全开,电压调节电位器是否旋至最左端(逆时针方向) (4)检査普通管支路各控制阀是否已打开。保证蒸汽和空气管线的畅通 (5)接通电源总闸,设定加热电压,启动电加热器开关,开始加热 2、实验开始。 (1)一段时间后水沸腾,水蒸气自行充入普通套管换热器外管,观察蒸汽排出口有恒量 蒸汽排出,标志着实验可以开始 (2)约加热十分钟后,可提前启动鼓风机,保证实验开始时空气入口温度t(℃)比较 稳定 (3)调节空气流量旁路阀的开度,使压差计的读数为所需的空气流量值(当旁路阀全开 时,通过传热管的空气流量为所需的最小值,全关时为最大值)。 (4)稳定5~8分钟左右可转动各仪表选择开关读取t,t2E值。(注意:第一个数据点必 须稳定足够的时间) (5)重复(3)与(4)共做5~6个空气流量值。 (6)最小最大流量值一定要做 (7)整个实验过程中,加热电压可以保持不变,也可随空气流量的变化做适当的调节 3、转换支路,重复步骤2的内容,进行强化套管换热器的实验。测定5~6组实验数据
比的概念作为评判准则，即强化管的努塞尔特准数 Nu o 与普通管的努塞尔特准数 Nu 的比。 显然，强化比 Nu o / Nu ＞1，而且它的值越大，强化效果越好。 三、实验装置简要说明 本实验采用套管式换热器，冷空气走管程，饱和水蒸汽走壳程。 ⑴传热管参数 换热器内管内径 di (mm) 19.25 换热器内管外径 do (mm) 22.01 换热器外管内径 Di (mm) 50 换热器外管外径 Do (mm) 52.5 总管长（紫铜内管）L (m) 1.30 测量段长度 l (m) 1.00 强化换热器内管内插物 （螺旋线圈）尺寸 丝径 h (mm) 1 节距 H (mm) 40 加热釜 操作电压 ≤200 伏 操作电流 ≤10 安 ⑵不锈钢孔板流量计的孔径比 m = 17mm / 44mm≈0.39 ⑶空气进、出口测量段的温度 t1、t2 采用电阻温度计测量，在显示仪表上直接读数。换 热管的外壁面平均温度 Tw 采用铜—康铜热电偶测量，在数字式毫伏计上显示数值 E。 ⑷电加热釜使用体积为 7 升（加水至液位计的上端红线），内装有一支 2.5Kw 的螺旋形 电加热器，最高使用电压不超过 200 伏（由固态调节器调节）。 ⑸漩涡气泵，XGB—2 型，电功率约 0.75Kw（三相电源）。 四、实验方法及步骤 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。 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 检查空气流量旁路调节阀是否全开，电压调节电位器是否旋至最左端（逆时针方向）。 ⑷ 检查普通管支路各控制阀是否已打开。保证蒸汽和空气管线的畅通。 ⑸ 接通电源总闸，设定加热电压，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，水蒸气自行充入普通套管换热器外管，观察蒸汽排出口有恒量 蒸汽排出，标志着实验可以开始。 ⑵ 约加热十分钟后，可提前启动鼓风机，保证实验开始时空气入口温度 t1（℃）比较 稳定。 ⑶ 调节空气流量旁路阀的开度，使压差计的读数为所需的空气流量值（当旁路阀全开 时，通过传热管的空气流量为所需的最小值，全关时为最大值）。 ⑷ 稳定 5～8 分钟左右可转动各仪表选择开关读取 t1,t2,E 值。（注意：第一个数据点必 须稳定足够的时间） ⑸ 重复⑶与⑷共做 5～6 个空气流量值。 ⑹ 最小最大流量值一定要做。 ⑺ 整个实验过程中，加热电压可以保持不变，也可随空气流量的变化做适当的调节。 3、转换支路，重复步骤 2 的内容，进行强化套管换热器的实验。测定 5～6 组实验数据
