清華大學(xué)化工實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)傳熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告解讀

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1、清華大學(xué)化工實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)傳熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告解讀 清華大學(xué)化工實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)-傳熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告解讀 化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)名稱傳熱系數(shù)的測(cè)定 班級(jí)_ 姓名_ 學(xué)號(hào)_ 成績(jī) 實(shí)驗(yàn)時(shí)間 同組成員 一.實(shí)驗(yàn)預(yù)_ 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 掌握傳熱系數(shù)K、給熱系數(shù)a和導(dǎo)熱系數(shù) 入的測(cè)定

2、方法； 比較保溫管、裸管、汽水套管的傳熱速率，并進(jìn)行討論； 掌握熱電偶測(cè)溫原理及相關(guān)二次儀表的使用方法。 實(shí)驗(yàn)原理 根據(jù)傳熱基本方程、牛頓冷卻定律及圓筒壁的熱傳導(dǎo)方程，已知傳熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺 寸，只要測(cè)得傳熱速率 Q以及各相關(guān)溫度，即可算出、 和了。 測(cè)定汽-水套管的傳熱系數(shù) 式中：一一傳熱面積，； ――冷、熱流體的平均溫差，； ——傳熱速率， W； 汽 式中：汽一一為冷凝液流量，kg/s, r為汽化潛熱 J/kg。 測(cè)定裸管的自然對(duì)流給熱系數(shù)[W/(m 2 16數(shù)值。汽-水套管一般記錄60 s時(shí)間 內(nèi)的冷凝液量，裸管及保溫管一般記錄90s以上的冷凝液量。 （注：熱

3、電偶溫度與電壓的關(guān)系：=0.0185+25.8123u-0.7416『+0.0375u3） 重復(fù)步驟（5）,直至數(shù)據(jù)重復(fù)性較好。注意：實(shí)驗(yàn)前后需各記錄一個(gè)室溫值。 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，切斷加熱電源，關(guān)閉冷卻水閥。 實(shí)驗(yàn)中注意觀察鍋爐水位，使液面不低于其1/2高度。 9.注意系統(tǒng)不凝氣及冷凝水的排放情況。 10 . 鍋爐水位靠冷凝回水維持，應(yīng)保證冷凝回水暢通。 數(shù)據(jù)處理與討論 實(shí)驗(yàn)中原始數(shù)據(jù)記錄見表1。 表1原始數(shù)據(jù)記錄 熱電偶數(shù)據(jù) 熱電偶編號(hào) 三組電壓示數(shù)/u 平均電壓/u 1 1.46 1.48 1.50 1.48 2 1.56 1.58 1.60 1.

4、58 3 1.60 1.62 1.61 1.61 4 4.26 4.26 4.26 4.26 5 4.27 4.27 4.27 4.27 6 4.27 4.27 4.27 4.27 7 4.26 4.26 4.26 4.26 8 4.25 4.25 4.25 4.25 9 4.25 4.25 4.25 4.25 13 0.72 0.72 0.71 0.72 14 1.40 1.39 1.40 1.40 15 4.25 4.22 4.22 4.23 16 4.26 4.26 4.26 4

5、.26 其他數(shù)據(jù) 室溫廠C 25.2（起始） 25.7 （結(jié)束） 25.5 （平均） 流量數(shù)據(jù) 管道 三組流量 平均流量（ml/s） 裸管(ml/90s) 4.0 3.8 4.4 0.045 保溫管(ml/90s) 3.4 3.2 3.8 0.039 水汽管(ml/min) 52 54 55 0.894 其他數(shù)據(jù) 室溫/ 25.2 （起始）；25.7 （結(jié)束）；25.5 （平均） 冷卻水流量 90 L/min 根據(jù)熱電偶電壓和溫度的數(shù)學(xué)關(guān)系，求算相關(guān)溫度。 表2相應(yīng)溫度數(shù)據(jù) 管道 位置 平均電壓N 溫度/ C 保溫管 外

6、壁 1.56 38.6 內(nèi)壁1 4.27 99.6 裸管 管壁 4.25 99.2 汽-水管 冷卻水進(jìn)口 0.72 18.2 △T1 =80.6 蒸汽出口 4.23 98.8 冷卻水出口 1.40 34.7 △T2 =64.7 蒸汽進(jìn)口 4.26 99.4 △Tm =72.4 （1）測(cè)定汽-水套管的傳熱系數(shù) 汽-水套管的結(jié)構(gòu)尺寸如下： 內(nèi)管： 外管: 管長(zhǎng): 查表知 汽 則 汽 又知 根據(jù) 可求得 （2）計(jì)算裸管的自然對(duì)流給熱系數(shù) : 裸管的結(jié)構(gòu)尺寸： 同理，可計(jì)算放熱量為： 汽 傳熱面積為： 內(nèi) 壁溫取熱電

7、偶⑦、⑧、⑨的平均值算，空氣溫度取實(shí)驗(yàn)前后室溫的平均值算： 故裸管的自然對(duì)流給熱系數(shù)為： ） （3）計(jì)算保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù) ■ 保溫管的結(jié)構(gòu)尺寸如下： 內(nèi)管： 外管: 管長(zhǎng): 放熱量為： 汽 保溫層厚度為： 保溫層內(nèi)、外壁的面積分別為: 保溫層內(nèi)外壁的平均面積為: 保溫層內(nèi)壁溫取熱電偶④、⑤、⑥的平均值算： 保溫層外壁溫取熱電偶①、②、③的平均值算： 故保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)為： ） 綜上所算，結(jié)果如表3所示： 表3數(shù)據(jù)處理結(jié)果 系數(shù)名稱 傳熱系數(shù) 自然對(duì)流給熱系數(shù) 導(dǎo)熱系數(shù)入 計(jì)算值 （4）結(jié)果綜合分析 分析三種管的傳熱系數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)，傳熱速率越快

8、的傳熱系數(shù)越大。汽水套管使用 冷卻水對(duì)蒸汽進(jìn)行冷卻，速率最快；裸管通過空氣對(duì)流傳熱，傳熱速率較慢；保溫管由 于存在保溫層保溫，傳熱速率最慢。 6.思考題： （1）觀察并比較三根傳熱管的傳熱速率，說明原因。 答：汽水套管利用冷卻水湍流，通過強(qiáng)制對(duì)流，使內(nèi)壁直接與蒸汽進(jìn)行熱傳導(dǎo)， 套管外二在實(shí)驗(yàn)涉及的材料中最大，故對(duì)于實(shí)驗(yàn)組測(cè)出的K值最大。裸管管壁與 空氣直接接觸，空氣的傳熱能力比較差，且實(shí)驗(yàn)處于自然對(duì)流，裸管的熱阻相對(duì)于汽水 套管較大，其傳熱速率相對(duì)小。保溫管因?yàn)橥獍夭牧希瑢?duì)流速度極大下降，且自身 傳熱性能不高，使導(dǎo)熱散失大大降低、有很好的保溫效果。因此三根管傳熱速率由大到 ?。浩?/p>

9、水套管、裸管、保溫管。實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果與此分析一致。 2）在測(cè)定傳熱系數(shù) K時(shí)，按現(xiàn)實(shí)驗(yàn)流程，用管內(nèi)冷凝液測(cè)定傳熱速率與用管外冷 卻水測(cè)定傳熱速率那種方法更準(zhǔn)確？為什么？如果改變流程，使蒸汽走環(huán)隙，冷卻水走 管內(nèi)，那種方法更準(zhǔn)確？ 答：用管外冷卻水測(cè)定傳熱速率的方法更準(zhǔn)確。如采用管內(nèi)通冷凝水，則水蒸汽不 僅會(huì)與內(nèi)管冷凝水進(jìn)行熱交換，還將與管外空氣進(jìn)行熱傳導(dǎo)。由于蒸汽的溫度遠(yuǎn)高于空 氣的溫度，這種情況下的熱交換相較于冷卻水在管外時(shí)與空氣的熱交換更為顯著，引入 的誤差較大，所以用管外冷卻水測(cè)定 K更準(zhǔn)確。改變流程時(shí)分析同上，且使用內(nèi)管冷卻 水時(shí)將會(huì)引入更大的誤差。 3） 汽包上裝有不凝汽排

10、放口和冷凝液排放口，注意兩口的安裝位置特點(diǎn)并分析其 作用。 答：不凝氣排放口在氣包遠(yuǎn)離進(jìn)氣口一端的上側(cè)；冷凝液排放口在偏向進(jìn)氣口一端 的下側(cè)，并連有一根長(zhǎng)管使部分冷凝液回流至水槽。設(shè)置不凝氣排放口的主要目的是為 了防止蒸汽從排放口直接排放到大氣中，造成損失，同時(shí)可以保證氣包內(nèi)的氣壓為一個(gè) 大氣壓。冷凝液排放口則主要使氣包中的液體盡量排凈，防止冷凝液進(jìn)入三根待測(cè)管中， 造成實(shí)驗(yàn)誤差，同時(shí)可以使蒸汽可以順利進(jìn)入三根傳熱管，另外起著回流循環(huán)的作用。 4） 若將汽-水套管的冷卻水給水出口，入口調(diào)換，則調(diào)換前后：tm值是否相同？ 答：調(diào)換前后相同。因?yàn)樵谄?水套管中，咼溫流體水蒸氣在傳熱過程中

11、發(fā)生 了相變而保持溫度不變，嚴(yán)格意義上沒有并流或逆流之分，因此只要進(jìn)出口溫度相同， 其平均溫度必然相等。 5）在間壁兩側(cè)流體的對(duì)流給熱系數(shù)相差較大時(shí)，壁溫接近哪側(cè)溫度？欲提高K 值，應(yīng)從哪側(cè)入手？ 答：壁溫接近 大的那側(cè)溫度，因?yàn)?也接近。忽略套管厚和其他熱阻，K 答：壁溫接近 大的那側(cè)溫度，因?yàn)?也接近。 忽略套管厚和其他熱阻， K 由此式可分析得，K的大小受到較小 以增大K值。 大對(duì)應(yīng)的熱阻較小，熱交換充分，因此溫度 1 1：i1■ 值的影響較大，因此，可通過提高較小的值 4 4、我所學(xué)到的任何有價(jià)值的知識(shí)都是由自學(xué)中得來的——達(dá)爾文 7.小結(jié)與自評(píng) 通過本

12、次實(shí)驗(yàn)，我和同學(xué)們一起達(dá)成了實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)_了傳熱系數(shù)K、給熱系數(shù)a和 導(dǎo)熱系數(shù)入的測(cè)定方法；并參考計(jì)算結(jié)果，比較了保溫管、裸管、汽水套管的傳熱速率， 也展開了相應(yīng)的討論； 此外，我們也通過本次實(shí)驗(yàn)熟悉了熱電偶測(cè)溫原理及相關(guān)二次儀 表的使用方法。 在實(shí)驗(yàn)中，我們組成員之間不斷進(jìn)行討論，共同認(rèn)識(shí)、分析著所面對(duì)的新設(shè)備， 相互答 疑解惑，共同進(jìn)步；通過實(shí)驗(yàn)，我們不僅收獲了書本知識(shí)外的經(jīng)驗(yàn)，也對(duì)采集有效的實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)有了更加明確的認(rèn)識(shí)；同時(shí)，看到實(shí)驗(yàn)室里數(shù)字化的設(shè)備，我也感到現(xiàn)在科研條件相比以 前的簡(jiǎn)化和進(jìn)步。 最后，感謝老師們?yōu)榻ㄔO(shè)優(yōu)秀的化工實(shí)驗(yàn)基地所付出的辛勤勞動(dòng)！ 二.指導(dǎo)教師批閱意見

13、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)分表 實(shí)驗(yàn)預(yù)_ 實(shí)驗(yàn)記錄 結(jié)果及討論 自評(píng) 總分 實(shí)驗(yàn)原理 10 預(yù)_思考 10 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 10 原始數(shù)據(jù) 10 計(jì)算舉例 15 數(shù)據(jù)圖表 15 結(jié)果討論 20 10 指導(dǎo)教師批閱意見 讀書的好處 1、行萬里路，讀萬卷書。 2、書山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟。 3、讀書破萬卷，下筆如有神。 20 20、讀書給人以快樂、給人以光彩、給人以才干培根 5、少壯不努力，老大徒悲傷。 6、 黑發(fā)不知勤學(xué)早，白首方悔讀書遲。一一顏真卿 7、寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來。 8、讀書要三到：心到、眼到、口到 9、玉不琢、不成器，人不學(xué)、不知義。 10、 一日無書，百事荒廢。一一陳壽 11、書是人類進(jìn)步的階梯。 12、一日不讀口生，一日不寫手生。 13、 我撲在書上，就像饑餓的人撲在面包上。 　高爾基 14、 書到用時(shí)方恨少、事非經(jīng)過不知難。一一陸游 15、 讀一本好書，就如同和一個(gè)高尚的人在交談一一歌德 16、 讀一切好書，就是和許多高尚的人談話。 　笛卡兒 17、學(xué)_永遠(yuǎn)不晚。一一高爾基 ――劉向18、少而好學(xué)，如日出之陽；壯而好學(xué)，如日中之光；志而好學(xué)，如炳燭之光。 ――劉向 19、 學(xué)而不思則惘，思而不學(xué)則殆。一一孔子