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 2025-07-11

化工傳熱綜合實(shí)驗(yàn)裝置使用說明書--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（主要是指傳熱系數(shù)）的有效途徑是通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測定。
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，正常液位要維持在2/3處，最多加至液位計所能指示的范圍最高處。必要時加水，以免電熱管干燒（加水時需注意水位超過液位計指示時仍往蒸發(fā)器內(nèi)加水，液位計將無法顯示液位）。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應(yīng)各點(diǎn)的溫度。
4.熱球風(fēng)速儀，用來測量風(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實(shí)驗(yàn)的全過程。儀表開關(guān)下部都有對應(yīng)的標(biāo)識。
5.開關(guān)、指示燈按下開關(guān)指示燈亮表明對應(yīng)的工作正在運(yùn)行，關(guān)閉時則按開關(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)計及流程設(shè)計。
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及對流傳熱膜系數(shù)α的測定方法。
4.掌握熱電偶的測溫原理及電位差計的使用。
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)的對流傳熱膜系數(shù)。
對薄壁圓管（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)（）
——加熱管外壁面的對流傳熱膜系數(shù)（）
——加熱管內(nèi)壁面的對流傳熱膜系數(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對流傳熱膜系數(shù)與相關(guān)準(zhǔn)數(shù)關(guān)系的測定。
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攝氏度左右時把兩個調(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.由于熱電偶測量時存在一定的誤差，故蒸汽溫度顯示90度左右時蒸發(fā)器內(nèi)的水已經(jīng)沸騰。此時可以打開風(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)行測定，兩組數(shù)據(jù)間應(yīng)有一定的穩(wěn)定時間，每組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測溫點(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的指示都不會改變。液位最少時也不能低于蒸汽發(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.測量時應(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)果對測定的K、值進(jìn)行分析討論。

序號氣體流量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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