化工原理实验指导书(3.6)Nu=0.023Re0.8Pr式（3.6）中：Nu—努塞尔数，Nu=αd/a，无因次；Re—雷诺数，Re=duplu，无因次；Pr普兰特数，Pr-Cpu/2，无因次。其中：α一流体与固体壁面的对流传热系数，W/m2.oC)：d一换热管内径，m；入流体的导热系数，W/moC);u一流体在管内流动的平均速度，m/s；p一流体的密度，kg/m3：比一流体的粘度，Pa's；Cp流体的比热，J/(kg.oC)。上式适用范围为：Re=1.0×104~1.2×105，Pr=0.7~120，管长与管内径之比L/d>60。当流体被加热时n=0.4，流体被冷却时n=0.3。可由实验获取的数据点拟合出相关准数后，即可作出曲线，并与经验公式的曲线对比以验证实验效果。3实验装置水-水蒸汽给热系数测定实验装置如图3.2所示：来自蒸汽发生器的水蒸气进入套管换热器，与来自水箱的水进行热交换，冷凝水经管道排入地沟。冷水经增压泵和涡轮流量计进入套管换热器内管（紫铜管），水流量可用阀门调节或变频器自动调节，热交换后进入下水道。装置参数中：紫铜管规格12×2mm，即内径为8mm，长度为1m；冷流体最大流量为0.45m3/h，涡轮流量计的测量下限为0.2m2/h。81514燕汽去地沟去地沟8图3.2水-水蒸气换热实验流程16
化工原理实验指导书 16 0.8 0.023 n Nu Re Pr = （3.6） 式（3.6）中：Nu—努塞尔数，Nu=d/，无因次；Re—雷诺数，Re=duρ/μ， 无因次；Pr—普兰特数，Pr=Cpμ/，无因次。其中：—流体与固体壁面的对流 传热系数，W/(m2 ∙ OC)；d—换热管内径，m；—流体的导热系数，W/(m∙ OC)； u—流体在管内流动的平均速度，m/s；—流体的密度，kg/m3；—流体的粘度， Pa∙s；Cp—流体的比热，J/(kg∙ OC)。 上式适用范围为：Re＝1.0×104～1.2×105，Pr＝0.7～120，管长与管内径之 比 L/d≥60。当流体被加热时 n＝0.4，流体被冷却时 n＝0.3。 可由实验获取的数据点拟合出相关准数后，即可作出曲线，并与经验公式的 曲线对比以验证实验效果。 3 实验装置 水-水蒸汽给热系数测定实验装置如图 3.2 所示：来自蒸汽发生器的水蒸气 进入套管换热器，与来自水箱的水进行热交换，冷凝水经管道排入地沟。冷水经 增压泵和涡轮流量计进入套管换热器内管（紫铜管），水流量可用阀门调节或变 频器自动调节，热交换后进入下水道。装置参数中：紫铜管规格 12×2mm，即内 径为 8mm，长度为 1m；冷流体最大流量为 0.45m3 /h，涡轮流量计的测量下限为 0.2 m3 /h。 图 3.2 水-水蒸气换热实验流程
化工原理实验指导书1-水泵：2-冷流体管路；3-冷流体进口调节阀；4-涡轮流量计：5-冷流体进口温度：6-情性气体排空阀：7-蒸汽温度：8-视镜：9-冷流体进口温度：10-压力表；11-冷凝水排空阀：12-蒸汽进口阀；13-冷凝水排空阀：14-蒸汽进口管路；15-冷流体出口管路：16-冷流体进口管壁温度：17-冷流体出口管壁温度：18-水箱4实验步骤与注意事项4.1手动操作（1）检查仪表、水泵、蒸汽发生器及测温点是否正常，检查进气系统的蒸气调节阀是否关闭。（2）打开总电源开关、仪表电源开关（由指导老师启动蒸汽发生器和打开蒸气总阀）。（3）启动水泵。（4）调节手动调节阀的开度，阀门全开使水流量达到最大，（5）排除蒸汽管线中原积存的冷凝水（方法是：关闭进气系统的蒸气调节阀，打开蒸汽管冷凝水排放阀）。（6）排净后，关闭蒸汽管冷凝水排放阀，打开进气系统的蒸气调节阀，使蒸汽缓缓进入换热器环隙以加热套管换热器，再打开换热器冷凝水排放阀（冷凝水排放阀不要开启过大，以免蒸汽泄漏），使环隙中冷凝水不断地排至地沟。（7）仔细调节进系统蒸气调节阀的开度，使蒸汽压力稳定保持在0.1MPa左右（可通过微调情性气体排空阀使压力达到需要的值），以保证在恒压条件下操作，再根据测试要求，由大到小逐渐调节水流量手动调节阀的开度，合理确定6个实验点。待流量和热交换稳定后，分别读取冷流体流量、冷流体进出口温度、冷流体进出口壁温以及蒸汽温度。（8）实验终了，首先关闭蒸气调节阀，切断设备的蒸汽来路，关闭蒸汽发生器（由教师完成）、仪表电源开关及切断总电源。4.2自动操作（1）前7步准备工作同手动操作。（2）打开对流给热系数测定实验MCGS组态文件，进入“对流给热系数测定实验软件”界面，点击“对流给热系数测定实验”按钮，进入实验界面。（3）当一切准备就绪后单击“开始按钮”开始实验，根据测试要求，由大17
化工原理实验指导书 17 1-水泵；2-冷流体管路；3-冷流体进口调节阀；4-涡轮流量计；5-冷流体进口温度；6-惰性气 体排空阀；7-蒸汽温度；8-视镜；9-冷流体进口温度；10-压力表；11-冷凝水排空阀；12-蒸 汽进口阀；13-冷凝水排空阀；14-蒸汽进口管路；15-冷流体出口管路；16-冷流体进口管壁温 度；17-冷流体出口管壁温度；18-水箱 4 实验步骤与注意事项 4.1 手动操作 （1）检查仪表、水泵、蒸汽发生器及测温点是否正常，检查进气系统的蒸 气调节阀是否关闭。 （2）打开总电源开关、仪表电源开关（由指导老师启动蒸汽发生器和打开 蒸气总阀）。 （3）启动水泵。 （4）调节手动调节阀的开度，阀门全开使水流量达到最大。 （5）排除蒸汽管线中原积存的冷凝水（方法是：关闭进气系统的蒸气调节 阀，打开蒸汽管冷凝水排放阀）。 （6）排净后，关闭蒸汽管冷凝水排放阀，打开进气系统的蒸气调节阀，使 蒸汽缓缓进入换热器环隙以加热套管换热器，再打开换热器冷凝水排放阀（冷凝 水排放阀不要开启过大，以免蒸汽泄漏），使环隙中冷凝水不断地排至地沟。 （7）仔细调节进系统蒸气调节阀的开度，使蒸汽压力稳定保持在 0.1 MPa 左 右（可通过微调惰性气体排空阀使压力达到需要的值），以保证在恒压条件下操 作，再根据测试要求，由大到小逐渐调节水流量手动调节阀的开度，合理确定 6 个实验点。待流量和热交换稳定后，分别读取冷流体流量、冷流体进出口温度、 冷流体进出口壁温以及蒸汽温度。 （8） 实验终了，首先关闭蒸气调节阀，切断设备的蒸汽来路，关闭蒸汽发 生器（由教师完成）、仪表电源开关及切断总电源。 4.2 自动操作 （1）前 7 步准备工作同手动操作。 （2）打开对流给热系数测定实验 MCGS 组态文件，进入“对流给热系数测 定实验软件”界面，点击“对流给热系数测定实验”按钮，进入实验界面。 （3）当一切准备就绪后单击“开始按钮”开始实验，根据测试要求，由大
化工原理实验指导书到小逐渐调节变频器，控制水流量，合理确定6个实验点，待稳定后点击数据自动采集或分别从数显表上读取冷流体流量、冷流体进出口温度、冷流体进出口壁温以及蒸汽温度。（4）当测好所需的实验次数后单击“停止”按钮停止实验。若实验完毕单击“退出实验”。回到“对流给热系数测定实验软件”界面，再单击“退出实验”按钮退出实验系统。（5）实验终了，首先关闭蒸气进口调节阀，切断设备的蒸汽来路，经一段时间后，再关闭变频器，然后关闭蒸汽发生器、仪表电源开关及切断总电源，清洁整理实验室。4.3注意事项（1）一定要在套管换热器内管输以一定量的空气或水，方可开启蒸汽阀门，且必须在排除蒸汽管线上原先积存的凝结水后，方可把蒸汽通入套管换热器中。（2）开始通入蒸汽时，要缓慢打开蒸汽阀门，使蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐加热，由“冷态”转变为“热态”不得少于10min。（3）操作过程中，蒸汽压力一般控制在0.2MPa（表压）以下，因为在此条件下压力比较安全。（4）测定各参数时，必须是在稳定传热状态下，并且随时注意情气的排空和压力表读数的调整。一般热稳定时间都至少需保证5分钟以上，以保证数据的可靠性。（5）注意本实验中，冷流体并非循环使用，实验过程中需要给水箱连续通水源。5思考题（1）实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响？（2）在计算冷流体质量流量时所用到的密度值与求雷诺数时的密度值是否一致？它们分别表示什么位置的密度，应在什么条件下进行计算。（3）实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响？如何及时排走冷凝水？如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α关联式有何影响？18
化工原理实验指导书 18 到小逐渐调节变频器，控制水流量，合理确定 6 个实验点，待稳定后点击数据自 动采集或分别从数显表上读取冷流体流量、冷流体进出口温度、冷流体进出口壁 温以及蒸汽温度。 （4）当测好所需的实验次数后单击“停止”按钮停止实验。若实验完毕单 击“退出实验”。回到“对流给热系数测定实验软件”界面，再单击“退出实验” 按钮退出实验系统。 （5）实验终了，首先关闭蒸气进口调节阀，切断设备的蒸汽来路，经一段 时间后，再关闭变频器，然后关闭蒸汽发生器、仪表电源开关及切断总电源，清 洁整理实验室。 4.3 注意事项 （1）一定要在套管换热器内管输以一定量的空气或水，方可开启蒸汽阀门， 且必须在排除蒸汽管线上原先积存的凝结水后，方可把蒸汽通入套管换热器中。 （2）开始通入蒸汽时，要缓慢打开蒸汽阀门，使蒸汽徐徐流入换热器中， 逐渐加热，由“冷态”转变为“热态”不得少于 10 min。 （3）操作过程中，蒸汽压力一般控制在 0.2MPa（表压）以下，因为在此条 件下压力比较安全。 （4）测定各参数时，必须是在稳定传热状态下，并且随时注意惰气的排空 和压力表读数的调整。一般热稳定时间都至少需保证 5 分钟以上，以保证数据的 可靠性。 （5）注意本实验中，冷流体并非循环使用，实验过程中需要给水箱连续通 水源。 5 思考题 （1）实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响? （2）在计算冷流体质量流量时所用到的密度值与求雷诺数时的密度值是否 一致？它们分别表示什么位置的密度，应在什么条件下进行计算。 （3）实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响？如何及时排走冷 凝水？如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对 α 关联式有何影响？