传热实训实操作指导书
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传热学实验指导书XX大学XX学院XX系二〇一X年X月一、导热系数的测量导热系数是反映测量热性能的物理量,导热是热交换三种基本形式之一,是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各研究领域的课题之一。
要认识导热的本质特征,需要了解粒子物理特性,而目前对导热机理的理解大多数来自固体物理实验。
材料的导热机理在很大程度上取决于它的微观结构,热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及电子的迁移,在金属中电子流起支配作用,在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。
因此,材料的导热系数不仅与构成材料的物质种类有关,而且与它的微观结构、温度、压力及杂质含量相联系。
在科学实验和工程设计中所采用材料导热系数都需要用实验方法测定。
1882年法国科学家J ·傅里叶奠定了热传导理论,目前各种测量导热系数的方法都是建立在傅里叶热传导定律的基础上,从测量方法来说,可分为两大类:稳态法和动态法,本实验是稳态平板法测量材料的导热系数。
【实验目的】1、了解热传导现象的物理过程2、学习用稳态平板法测量材料的导热系数3、学习用作图法求冷却速率4、掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法【实验仪器】1、YBF-3导热系数测试仪 一台2、冰点补偿装置 一台3、测试样品(硬铝、硅橡胶、胶木板) 一组4、塞尺 一把5、游标卡尺(量程200mm ) 一把6、天平(量程1kg ,分辨率0.1g ) 一台【实验原理】为了测定才材料的导热系数,首先从热导率的定义和它的物理意义入手。
热传导定律指出:如果热量是沿着Z 方向传导,那么在Z 轴上任一位置Z 0,处取一个垂直截面A (如图1)以dt/dz 表示Z 处的温度梯度,以dQ/d τ表示该处的传热速率(单位时间通过截面积A 的热量),那么传导定律可表示为:()0z z dz dt d dQ A =-==Φλτ 1-1式中的负号表示热量从高温向低温区传导(即热传导的方向与温度梯度的方向相反)。
[实验一]用球体法测定粒状材料的导热系数一、实验目的1、巩固和深化稳态导热的基本理论,学习测定粒状材料的热导率的方法。
2、确定热导率和温度之间的函数关系。
二、实验原理热导率是表征材料导热能力的物理量,其单位为W/(m ·K),对于不同的材料,热导率是不同的。
对于同一种材料,热导率还取决于它的化学纯度,物理状态(温度、压力、成分、容积、重量和吸湿性等)和结构情况。
各种材料的热导率都是专门实验测定出来的,然后汇成图表,工程计算时,可以直接从图表中查取。
球体法就是应用沿球半径方向一维稳态导热的基本原理测定粒状和纤维状材料导热系数的实验方法。
设有一空心球体,若内外表面的温度各为t 1和t 2并维持不变,根据傅立叶导热定律:drdtr dr dt Aλπλφ24-=-=(1) 边界条件2211t t r r t t r r ====时时(2)1、若λ=常数,则由(1)(2)式求得122121122121)(2)(4d d t t d d r r t t r r --=--=πλπλφ[W])(2)(212112t t d d d d --=πφλ[W/(m ·K)](3)2、若λ≠常数,(1)式变为drdtt r )(42λπφ-=(4) 由(4)式,得dt t r dr tt r r ⎰⎰-=2121)(42λπφ 将上式右侧分子分母同乘以(t 2-t 1),得)()(4121222121t t t t dtt rdr t t r r ---=⎰⎰λπφ(5)式中1221)(t t dtt t t -⎰λ项显然就是λ在t 1和t 2范围内的积分平均值,用m λ表示即1221)(t t dtt t t m -=⎰λλ,工程计算中,材料的热导率对温度的依变关系一般按线性关系处理,即)1(0bt +=λλ。
因此,)](21[)1(21012021t t bt t dtbt t t m ++=-+=⎰λλλ。
《传热学》实验指导书热工教研室编目录实验要求 (2)实验一球体法粒状材料的导热系数的测定 (3)实验二平板法导热系数的测定 (7)实验三套管换热器液-液换热实验 (12)实验四中温辐射黑度的测定 (16)附录1 铜-康铜热电偶分度表 (22)附录2 精密数字温度温差仪使用方法 (23)实验要求1.实验前应预习与实验有关的教材内容和实验指导书,了解实验目的、实验原理和实验要求,做到心中有数。
2.在实验室要首先熟悉实验装置的构造特点、性能和使用方法,使用贵重仪器时需得到指导教师的许可,方可动用。
3.实验时应严肃认真、一丝不苟,细致地观察实验中的各种现象,并作好记录,通过实验,训练基本操作技能和培养科学的工作作风。
4.实验结束时,学生先自行检查全部实验记录,再经指导教师审阅后,方可结束实验。
5.学生实验时,如出现实验仪器损坏情况,应及时向指导教师报告。
6.按规定格式认真填写实验报告,并按期交出。
实验一球体法粒状材料的导热系数的测定一、实验目的1.巩固稳定导热的基本理论,学习球体法测定物质的导热系数的实验方法;2.实验测定被测材料的导热系数λ;3. 绘制出材料导热系数λ与温度t的关系曲线。
二、实验原理加热圆球(见图1)由两个壁厚1.2毫米的大小同心圆球(1)组成。
小球内装有电加热器(2)用来产生热量。
大球内壁与小球外壁各设有三对铜-康铜热电偶(4)。
当温度达到稳定状态后,电加热器产生的热量全部通过中间的测试材料(3)传到外气。
1.大小同心球;2.电加热器;3.颗粒状试材;4.铜康铜热电偶;5.专用稳压电源;6.专用测试仪;7.底盘;8.UJ36a电位差计图1 加热圆球示意图测取小球的温度t1,t2,t3, 取其平均温度:T1=(t1+ t2+ t3)/3;测取大球的温度t4,t5, t6,取其平均温度:T2=(t4+ t5+ t6)/3;根据圆球导热公式:λ=[UI(1/ D1-1/D2)]/[2π(T1+ T2)]-----------(1); 式中:U——加热电压;I——加热电流;D1——小球直径;D2——大球直径;三、实验装置及主要技术指标实验装置YQF-1型导热系数测定仪的面板图见图2专用电源的面板图见图3图2 YQF-1型导热系数测定仪的面板图图3 专用电源的面板图1.电源开关;2.电源指示灯;3. 3.5位数显毫伏表;4.毫伏表调零电位器;5.补偿电压调节电位器;6.补偿按键;7.热电偶测量电压输出端;8.热电偶输入选择开关。
《传热学》实验指导书建筑环境与设备工程教研室实验一 强迫对流换热实验一、实验目的1、了解热工实验的基本方法和特点;2、学会翅片管束管外放热和阻力的实验研究方法;3、巩固和运用传热学课堂讲授的基本概念和基本知识;4、培养学生独立进行科研实验的能力。
二、实验原理1、翅片管是换热器中常用的一种传热元件,由于扩展了管外传热面积,故可使光管的传热热阻大大下降,特别适用于气体侧换热的场合。
2、空气(气体)横向流过翅片管束时的对流换热系数除了与空气流速及物性有关以外,还与翅片管束的一系列几何因素有关,其无因次函数关系可表示如下:N u =f(R e 、P r 、、、、、、olo t o o o D P D P D B D D H /δn) (1) 式中:N u =γD h •为努谢尔特数;R e =γm o u D •=ηmo G D • 为雷诺数;P r =h ν=λμ•C 为普朗特数; H 、δ、B 分别为翅片高度、厚度、和翅片间距;P t 、P l 为翅片管的横向管间距和纵向管间距;n 为流动方向的管排数; D o 为光管外径,u m 、G m 为最窄流通截面处的空气流速(m/s )和质量流量 (kg/m 2s ), 且G m =u m •ρ。
λ、ρ、μ、γ、α为气体的特性值。
此外,换热系数还与管束的排列方式有关,有两种排列方式,顺排和叉排,由于在叉排管束中流体的紊流度较大,故其管外换热系数会高于顺流的情况。
对于特定的翅片管束,其几何因素都是固定不变的,这时,式(1)可简化为:N u =f (R e 、P r ) (2)对于空气,P r 数可看作常数,故N u =f (R e ) (3)式(3)可表示成指数方程的形式N u =CR e n (4)式中,C 、n 为实验关联式的系数和指数。
这一形式的公式只适用于特定几何条件下的管束,为了在实验公式中能反映翅片管和翅片管束的几何变量的影响,需要分别改变几何参数进行实验并对实验数据进行综合整理。
实验一 传热实验一、实验目的1、学习总传热系数及对流传热系数的测定方法;2、利用测定的对流传热系数,检验通用的给热准数关联式;3、应用传热学的概念和原理去分析强化传热过程等问题。
二、实验任务测定空气在圆形光滑直管中作湍流流动时对流传热准数关联式。
三、实验原理1、无相变时,流体在圆形直管中强制对流时的给热系数(亦称对流传热系数)的关联式为(1)λαd Nu =对空气而言,在较大的温度和压力范围内Pr 准数实际上保持不变,取Pr=0.7。
因流体被加热,故取b =0.4,Prb 为一常数,则上式可简化为:() (2)将上式两边取对数得:(3)上式中~作图为一直线。
实验中改变空气的流速以改变值,同时根据牛顿冷却定律求出不同流速下的给热系数a ,得出数Nu 和数Re 之间的函数关系,由式(3)确定出式中的系数A 与指数a 。
2、根据传热速率方程:m t KS Q ∆=当管壁很薄时,可近似当成平壁处理。
且由于管壁材料为黄铜,导热系数大,可以忽略管壁传导热阻。
又因为在该传热实验中,空气走内管,蒸气走外管。
o i 《αα因此, 对流传热系数i α≈K 。
im i S t Q ⨯∆=α (4)式中:i α—管内流体对流传热系数,W/(m 2·℃); Q —管内传热速率,W ; S i —管内换热面积,m 2;m t ∆—内壁面与流体间的温差,℃。
3、在套管换热器中传热达稳定后,根据牛顿冷却定律和热衡算式有如下的关系: )(12t t Cp W Q m m -= (6) 其中质量流量由下式求得:3600m m m V W ρ=式中:Q :传热速率, W ; Vm :空气的体积流量, m3/s ;ρm :空气的密度, kg/m3; :空气的平均比热, J/kg× ℃;t1:空气的进口温度, ℃; t2:空气的出口温度, ℃; Δtm :内管管壁与空气温差的对数平均值(5)式中T 为内管管壁的温度, ℃。
t 1,t 2 —空气的入口、出口温度,℃;管内换热面积: i i L d S π= (7) 式中:d i —内管管内径,m ;L i —传热管测量段的实际长度,m 。
《传热学》实验指导书工程热物理教研室编华北电力大学(北京)二00六年九月前言1.实验总体目标通过本实验,加深学生对传热学基本原理的理解,掌握相关的测量方法,熟练使用相关的测量仪表,培养学生分析问题、解决问题的能力。
⒉适用专业热能与动力工程、建筑环境与设备工程、核科学与核工程⒊先修课程高等数学、大学物理⒋实验课时分配⒌实验环境(对实验室、机房、服务器、打印机、投影机、网络设备等配置及数量要求)实验用器材及水电等齐全,布局合理,实验台满足2~3人一组,能够满足实验的要求。
在醒目的地方有实验原理的说明,便于教师讲解及学生熟悉实验的基本原理和方法。
⒍实验总体要求每一学期前两周下达实验教学任务,实验教师按照实验任务准备相应的实验设备,实验期间要求学生严格遵守实验室的各项规章制度。
学生要提前预习实验内容,完成实验后按照规定格式写好实验报告,交给实验指导教师,实验指导教师根据实验课上的表现和实验报告给出成绩评定结果。
⒎本实验的重点、难点及教学方法建议传热学实验的重点是非稳态(准稳态)法测量材料导热性能实验、强迫对流单管外放热系数测定试验、热管换热器实验,这三个实验都是综合性实验,涉及到传热学的导热基本理论,单相对流换热,热边界层理论,相变换热理论,相似原理等方面的内容,实验仪器涉及到热电耦的使用及补偿方法,比托管的使用,电位差计的使用等等,需要学生对传热学的基本内容和基本概念有清楚的了解。
难点是准稳态法测量材料的热性能实验时的测量时间不好把握,单管外放热系数实验中实验数据的整理中存在着一些技巧,另外如何调节热管的加热功率使之得到更好的热管性能曲线也存在一些技巧。
教学方法:学生提前预习,做实验之前老师提问;学生仔细观察指导教师的演示;实验室对学生开放,一次没有做成功,或者想更好地掌握实验技巧的学生,可以跟指导教师预约时间另做。
目录实验一、非稳态(准稳态)法测量材料导热性能实验 (3)实验二强迫对流单管外放热系数测定试验 (7)实验三热管换热器实验 (13)实验一非稳态(准稳态)法测量材料导热性能实验一、实验目的1.了解准稳态法测量绝热材料导热系数、比热容的基本原理和构思。
实验三平板导热系数测定实验一. 实验目的1.巩固和深化稳定导热过程的基本理论,学习用平板法测定材料导热系数的实验方法和技能。
2.测定试验材料的导热系数。
3.确定试验材料导热系数与温度的关系。
二.实验原理导热系数是表征材料导热能力的物理量。
对于不同的材料,导热系数是不同的;对同一材料,导热系数还会随着温度、压力、湿度、物质的结构和重度等因素而变异。
各种材料的导热系数都用试验方法来测定,如果要分别考虑因素的影响,就需要针对各种因素加以试验,往往不能只在一种试验设备上进行。
稳态平板法是一种应用一维稳态导热过程的基本原理来测定材料导热系数的方法,可以用来进行导热系数的测定试验,测定材料的导热系数及其和温度的关系。
试验设备是根据在一维稳态情况下通过平板的导热量Q 和平板两面的温差t ∆ 成正比,和平板的厚度δ成正比,以及和导热系数λ成正比的关系来设计的。
我们知道,通过薄壁平板(壁厚小于十分之一壁长和壁宽)的稳定导热量为F t Q ⋅∆⋅=δλ[w]测定时,如果将平板两面的温差L R t t t -=∆、平板厚度δ、垂直热流方向的导热面积F 和通过平板的热流量Q 测定以后,就可以根据下式得出导热系数:F t Q ⋅∆⋅=δλ)/(C m W ︒⋅需要指出,上式所得的导热系数是在当时的平均温度下材料的导热系数值,此平均温度为:)(21L R t t t +=][C ︒ 在不同的温度和温差条件下测出相应的λ值,然后将λ值标在t-λ 坐标图内,就可以得出)(t f =λ 的关系曲线。
三.实验装置及测量仪表稳态平板法测定材料导热系数的试验装置如图1和图2所示。
被试验材料做成二块方形薄壁平板试件,面积为300×300][2mm ,实际导热计算面积F 为200×200][2mm ,板的厚度为δ(实测)][2mm ,平板试件分别被夹紧在加热器的上、下热面和上、下水套的冷面之间。
加热器的上下面和水套与试件的接触面都设有铜板,以使温度均匀。
传热学实验指导书材料与冶金学院工程热物理实验室二O一一年六月三日实验1 平板法测定绝热材料导热系数实验一、实验目的1. 巩固稳态导热的基本理论;2. 掌握测定导热系数的平板稳态导热法;3. 测定保温材料的导热系数及随温度变化的关系。
二、实验原理导热系数是衡量物质导热能力的重要指标,其值与材料的几何形状无关,而与材料的成分、内部结构、密度和温度等有关。
在温度变化不大的范围内,对大多数材料可以认为其导热系数与温度成线性关系,如()λλ=+01bt (6-1-1)式中 λ0—材料在0℃时的导热系数,[W/m ⋅℃]; b —实验常数,取决于材料的性质; t —导热材料的温度,[℃]。
本实验采用平板稳态导热法测定材料的导热系数,其导热为一维稳态导热,如图1所示。
若用平壁的热面与冷面的平均温度()t t h c +2代入式(6-1-1)中的t ,则所得的导热系数就是在此温度范围内的平均导热系数⎺,即图1 通过平板的导热λλλ=++=+00121[()]()b t t bt h c(6-1-2) 另一方面,根据傅里叶定律,面积为F 的平壁的导热量Q 可表示为:Q t x F bt dtdxF =-=-+λ∂∂λ01() (6-1-3) 分离变量后积分,并整理得Q b t t t tFt tF h c h c h c=++-=-λδλδ12[()] (6-1-4)或⎺λ=QF t th cδ()-(6-1-4a)式中Q—导热量,[W];δ—平壁壁厚,[m];F—导热壁的计算面积,[m2];t th c,—平壁的热面和冷面的温度,[℃]。
在实验中,δ和F是已知的,可见只要测定Q、th 和tc,就可确定平均导热系数λ。
测出不同平均温度t所对应的平均导热系数λ,就可确定λ和t 的关系曲线。
三、实验装置及本实验的导热系数计算式本实验装置是由两部分组成:1.炉体部分;2.测量和控制部分。
实验装置简图如图2所示。
本实验装置为具有主、辅两个加热器,采用双试件双冷却器进行测定材料的导热系数。
1. 裸管和绝热管传热实验一、实验目的蒸汽管道置于空间时,管表面由于自然对流和热辐射向周围空间散发出热量。
这种传热现象造成蒸汽输送管道的热损失,反之,在日常生活中的暖气设备却利用这种传热过程进行室内取暖。
前者为了减少热损失,应尽量抑制传热过程;后者却需设法强化这种热量传递过程。
研究蒸汽管道向周围无限空间的热量传递过程,有着很大的实际意义。
无论在理论上或实验上,许多学者都进行过大量的研究。
但是,对这种传热过程规律性的认识,主要还是依靠实验研究。
为了抑制蒸汽管道的热损失,需研究各种绝热保温的方法和绝热性能良好的保温材料,这种研究也是基于实验观察和测量。
本实验采用一组垂直安装的蒸汽管,其中有裸蒸汽管、固体材料保温的蒸汽管和空气或真空夹层保温的蒸汽管,实验测定这三种蒸汽管的热损失速度、裸蒸汽管向周围无限空间的给热系数、固体保温材料的导热系数和空气(或真空)夹层保温管的等效导热系数。
通过实验加深对传热过程基本原理的理解,进而掌握解决机理复杂的传热过程的实验研究和数据处理方法。
二、实验原理1.裸蒸汽管如图1所示,当蒸汽管外壁温度T w 高于周围空间温度T a 时,管外壁将以对流和辐射两种方式向周围空间传递热量。
在周围空间无强制对流的状况下,当传热过程达到定常状态时,管外壁以对流方式给出热量的速率为Q c = αc A w (T w -T a ) (1) 式中:A w — 裸蒸汽管外壁总给热面积,m 2;αc - 管外壁向周围无限空间自然对流时的给热系数,W · m – 2 · K – 1。
管外壁以辐射方式给出热量的速率为 ])100()100[(4a 4w w R T T A C Q -=ϕ (2)式中:C - 总辐射系数; φ - 角系数。
若将(2)式表达为与(1)式类同的形式,则(2)式可改写为Q R = αR A w (T w -T a ) (3)图1 裸蒸汽管外壁向空间给热的温度分布对比(2)(3)两式可得aw 4a4wR ])100()100[(T T T T C --=ϕα (4)式中αR 称为管外壁向周围无向空间辐射的给热系数,W · m – 2· K – 1。
传热实训装置操作指导书1. 流程简介(附传热工艺流程示意图)分别从冷风机和热风机来的冷、热空气在列管式换热器、板式换热器内进行换热,调节合适冷、热风流量、温度,控制各换热器出口冷风温度稳定,冷空气吸热后放空,热空气放热后放空。
从冷风机来冷风和蒸汽发生器来蒸汽在套管式换热器内进行换热,调节合适冷风流量、温度和蒸汽流量、压力,控制套管换热器出口冷风温度稳定,冷空气吸热后放空,蒸汽放热后成冷凝水排放。
传热工艺流程示意图2. 基本原理在工业生产过程中,大量情况下,冷、热流体系通过固体壁面(传热元件)进行热量交换,称为间壁式换热。
如图1所示,间壁式传热过程由热流体对固体壁面的对流传热,固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热所组成。
TT W t Wt图1间壁式传热过程示意图达到传热稳定时有,()()m p p t KA t t c m T T c m Q ∆=-=-=12222111 (1)式中:Q ——传热量,J/s ;1m ——热流体的质量流率,kg/s ;1p c ——热流体的比热,J/(kg∙℃);1T ——热流体的进口温度,℃; 2T ——热流体的出口温度,℃; 2m ——冷流体的质量流率,kg/s ;2p c ——冷流体的比热,J/(kg∙℃);1t ——冷流体的进口温度,℃; 2t ——冷流体的出口温度,℃;A ——对流传热面积,2m ;K ——以传热面积A 为基准的总给热系数,()℃m W ⋅2/;m t ∆——冷热流体的对数平均温差,℃;热、冷流体间的对数平均温差可由式(2)计算,()()12211221m t T t T ln t T t T t -----=∆ (2)由式(1)得,()mp t A t t c m K ∆-=1222 (3)实验测定2m 、2121T T t t 、、、、并查取()2121t t t +=平均下冷流体对应的2p c 、换热面积A ,即可由上式计算得总给热系数K 。
《传热学》课程实验指导书袁守利编汽车工程学院2013年10月前言1.实验总体目标、任务与要求培养本科生对涉及到热传播现象的工程问题进行实验研究的兴趣,并能对实验技术、数据采集系统、基本数据处理方法有所了解。
学习实验研究和整理实验数据的理论基础及其应用于传热实验的基本技能;初步掌握测温、测热、测流量的基本方法。
2.适用专业热能与动力工程3.先修课程《传热学》相关章节。
4.实验项目与学时分配5. 实验改革与特色根据实验内容和现有实验条件,在实验过程中,采取学生自己动手和教师演示相结合的方法,力求达到较好的实验效果。
实验一 稳态球体法测粒状材料的导热系数球体法测材料的导热系数是基于等厚度球状壁的一维稳态导热过程,它特别适用于粒状松散材料。
球体导热仪的构造依球体冷却的不同可分为空气自由流动冷却和恒温液体强制冷却两种。
本实验属后一种恒温水冷却液套球体方式。
一、实验原理图1所示球壁的内径直径分别为d 1和d 2(半径为r 1和r 2)。
设球壁的内外表面温度分别维持为t 1和t 2,并稳定不变。
将傅里叶导热定律应用于此球壁的导热过程,得dr dtF Q λ-=drdt r 24πλ∙-= W (1)边界条件为r=r 1 t=t 1r=r 2 t=t 2 图 1原理图由于在不太大的温度范围内,大多数工程材料的导热系数随温度的变化可按直线关系处理,对式(1)积分并代入边界条件,得)(2121t t d d Q m -=δλπ W (2)或 )(2121t t d d Q m -=πδλ W/m ·℃ (3)式中 δ——球壁之间材料厚度,δ=(d 2-d 1)/2,m ;λm ——t m =(t 1+t 2)/2时球壁之间材料的导热系数。
因此,实验时应测出内外球壁的温度t 1和t 2,然后可由式(3)得出t m 时材料的导热系数λm 。
测定不同t m 下的λm 值,就可获得导热系数随温度变化的关系式。
二、实验设备导热仪本体结构及量测系统示意图如图2所示。
传热装置实训操作手册一、实训目的1.认识传热设备结构2.认识传热装置流程及仪表3.掌握传热装置的运行操作技能4.学会常见异常现象的判别及处理方法二、实训原理列管换热器结构紧凑,单位体积所具有的传热面积较大(40~150m2/m3),传热效果好,适应性强,操作弹性大,尤其适用于高温、高压和大型装置中,是管式换热器中应用最普遍的换热器。
两种流体分别在套管换热器的内管和外管中流动,进行热量交换。
热流体的温度由T1降至T2,冷流体的温度由t1升至t2。
由于热流体与冷流体之间存有温度差△tm ,则热量通过间壁从热流体传给冷流体。
三、实训流程1.装置认识●认识目标 熟悉装置流程、主体设备及其名称、各类测量仪表的作用及名称。
(1)装置流程传热操作实训装置DCS 图1-1。
2 t 1t传热操作实训装置现场图1-2。
表1 换热设备的结构认识(3)测量仪表表2 测量仪表认识2.开车前的准备工作1.了解列管式换热器的传热基本原理;2.熟悉空气-水蒸汽传热实训工艺流程, 实训装置及主要设备;四、实训步骤:(一)正常开车1.空气开车过程(1)全开E101A排水阀门VA107,VA105,VA109排水。
(2)打开分气包R101排水阀门VA118,VA121,给设备R101排水。
(3)全开漩涡气泵P101出口阀门VA101,准备通空气。
(4)全开换热器E101A空气进口阀门VA104。
(5)全开换热器E101A空气出口阀门VA126。
(6)打开总电源开关。
(7)打开P101气泵开关。
(8)启动变频器“stop”按钮。
(9)空气流量控制在60m^3/h,控制器投自动。
空气流量控制为质量评分,即在一定时间内(60s)达到所要求的流量,而流量是允许有一定偏差的质量评定。
超过规定时间,则算不合格,不给分。
2.蒸汽开车过程(1)打开蒸汽总阀VA135。
(2)慢慢打开R101进口阀VA117,控制分气包R101的压力在0.2MPa左右(点击实训装置图中R101上面的仪表,观察压力情况)。
3.稳态双平板法测量非金属的导热系数一、实验目的1.巩固导热理论知识,了解建立较严格的一维稳态导热的实际方法。
2.用稳态双平板法测定非金属材料的导热系数,确定导热系数与温度之间的关系:0(1)btλλ=+或A Btλ=+。
3.学习实际问题的实验研究方法和有关测试技术。
二、实验装置本实验装置主要包括实验本体、电源、恒温水浴和测试系统。
图3.1 实验装置原理示意图实验本体为对称的双平板结构,本体中央为圆形主加热器及其周围的环形辅助加热器,由电阻带均匀绕成的薄片型电热器。
主、辅加热器共平面,之间有一个小的环形隔缝。
在主、辅加热器两侧,各放置由导热系数较大的黄铜做成的方形主均热板和方形辅助均热板,主、辅均热板同厚度共平面,二者之间有5mm的方形隔缝。
两块边长等于辅助均热板边长的等厚度的同种试件分别置于两侧的均热板上。
并在每块试材另一面各安置一个方形冷却器,最后用机械方法从两个方向将它们压紧以减小存在于各交界面上的接触热阻。
冷却器内有盘旋形小槽,恒温水在其中沿槽盘旋流动,使试件的冷却面温度均匀一致。
超级恒温水浴向两个冷却器并联供给恒温水,使得两块试材的冷却面等温。
由双路直流稳压器分别对主、辅加热器单独供电。
在实验时,对于已设定的主加热器功率,可以调节辅助加热器的功率,使得在热稳定时主、辅均热板间的隔缝在径向上无温差,这意味着它们之间无热量传递,主均热板表面是等温面,以主加热器功率的一半对试件的中央部分供应一维导热热流。
这样就达到了实验原理的要求。
必须特别指出,试件的厚度不宜过大,否则,由于试件侧向散热及其径向温度梯度引起的径向导热,使得主均热板和冷却器间的试件内各等温面不再是互相平行的平面,不能满足一维导热实验原理的要求。
为了减少实验本体的侧面散热,其周围被良好保温。
在主、辅均热板面和冷却器冷却面内共埋设8对镍铬—镍硅热电偶。
通过多点切换开关由电位差计测量各热电偶的输出热电势,查表确定各点温度。
三、实验原理双平板法是以无限大平板的导热规律为基础。
XX学院实验指导书课程编号:课程名称:传热学实验学时: 6 适用专业:能源与动力工程制定人:制(修)订时间: 2020年8月专业负责人审核:专业建设工作组审核:2020年8月实验纪律要求1.请按照时间安排准时进入实验室。
2.请不要带入与实验无关的各类用具及杂物。
请保持安静、整洁的实验环境。
3.请自觉遵守实验室的各项规章制度,听从实验室管理人员和教师的安排。
4.实验过程中设备出现故障时,请不要擅自处理,并请立即报告实验室管理人员。
5.实验完毕时,请按指定位置摆放实验物品,把工作凳排列整齐,有序地离开实验室。
6.学生操作实验过程中,请不要随意更换实验配置,坚决杜绝盗取配件等行为。
7.请爱护实验室的各种设备。
第一部分实验大纲一、实验教学目的与基本要求通过《传热学》实验,使学生掌握基本操作技能,增强感性认识,加深对基本概念的理解、学会整理、分析实验数据的方法,为今后专业学习和从事科学研究奠定良好基础。
要求:(1)了解实验装置,熟悉空气流速及管壁温度的测量方法,掌握测试仪器、仪表的使用方法;(2)掌握实验基本原理、实验装置结构,学会使用实验仪器与设备;(3)通过测定空气横掠单管时的表面传热系数,掌握将实验数据整理成准则方程式的方法。
(4)掌握对数据进行处理和误差分析的方法。
二、实验课程内容与学时分配三、主要仪器设备四、实验报告与考核方式1.实验报告每个实验均撰写实验报告,实验报告按统一格式,采用统一的报告纸、统一的原始数据记录纸。
报告内容包括:实验名称、实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容及简要步骤、数据处理、讨论与小结、原始记录单。
学生要认真书写,字迹整洁、清晰。
2.考核方式(1)实验课程的考核方式:考试以笔试或操作等形式进行;(2)实验课考核成绩按百分制评定,实验考核由实验出勤、实验操作和实验报告组成。
某个实验未出勤则不得分。
在实验出勤的前提下,单个实验得分=实验操作得分×50% + 实验报告得分×50%。
化工单元实训装置系列之传热单元操作实训装置实训操作指导书杭州言实科技有限公司2010.10目录一:前言 (3)二、实训目的 (4)三、实训原理 (4)(一)数据计算 (5)(二)绘制热性能曲线,并作比较 (5)四、传热单元操作实训装置介绍 (6)(一)装置介绍 (6)(二)换热器结构 (6)1、套管式换热器 (6)2、管壳式换热器(列管换热器) (7)3、板式换热器 (8)(三)工艺流程 (10)1、实训设备配置 (12)2、仪表及控制系统一览表 (14)3、能耗一览表 (15)五、实训步骤 (17)(一) 开机准备 (17)(二) 正常开机 (17)(三) 正常关机 (23)(四) 正常关机(按下表记录实验数据) (24)一:前言职业教育的根本是培养有较强实际动手能力和职业精神的技能型人才,而实训设备是培养这种能力的关键环节。
传统的实验设备更多是验证实验原理,缺乏对学生实际动手能力的培养,更无法实现生产现场的模拟,故障的发现,分析,处理能力等综合素质的培养。
为了实现职业技术人才的培养,必须建立现代化的实训基地,具有现代工厂情景的实训设备。
本传热实训装置把化工技术、自动化技术、网络通讯技术、数据处理等最新的成果揉合在了一起,实现了工厂模拟现场化、故障模拟、故障报警、网络采集、网络控制等培训任务。
按照“工学结合、校企合作”的人才培养模式,以典型的化工生产过程为载体,以液——液传质分离任务为导向,以岗位操作技能为目标,真正做到学中做、做中学,形成“教、学、做、训、考”一体化的教学模式。
以任务驱动、项目导向、学做合一的教学方法构建课程体系,开发设计传热操作技能训练装置。
本传热实训装置具有以下特点:课程体系模块化;实训内容任务化;技能操作岗位化;安全操作规范化;考核方案标准化;职业素养文明化。
二、实训目的1)了解换热器换热的原理、认识各种传热设备的结构和特点、了解流化床的工作流程;2)认识传热装置流程及各传感检测的位置、作用,各显示仪表的作用等;3)掌握传热设备的基本操作、调节方法、了解影响传热的主要影响因素;4)掌握换热系数k计算方法及意义;5)了解逆流、顺流对换热效果的影响;6)了解档流板的作用及强化传热的途径;7)学会做好开车前的准备工作;8)正常开车,按要求操作调节到指定数值;9)能正确使用设备、仪表,及时进行设备、仪器、仪表的维护与保养;10)能掌握现代信息技术管理能力,应用计算机对现场数据进行采集、监控;11)正确填写生产记录,及时分析各种数据;12)正常停车;13)了解掌握工业现场生产安全知识。
三、实训原理本换热器性能测试实验装置,主要对应用较广的间壁式中的三种换热:套管式换热器、板式换热器和列管式换热器进行其性能的测试。
其中,对套管式换热器、板式换热器和列管换热器可以进行顺流和逆流两种方式的性能测试。
换热器性能实验的内容主要为测定换热器的总传热系数,对数传热温差和热平衡误差等,并就不同换热器,不同量两种流动方式,不同工况的传热情况和性能进行比较和分析。
(一)数据计算热流体放热量:{}21111T T m C Q p -= 冷流体放热量:{}21222t t m C Q p -= 平均换热量:221Q Q Q +=热平衡误差:%100221⨯-=∆Q Q 对数传热温差:{}(){}()212112121////T T Ln T T T T Ln T T ∆∆∆-∆=∆∆∆-∆=∆传热系数:1/∆=F Q K式中:1p C ,2p C —热、冷流体的定压比热1m ,2m —热,冷流体的质量流量1T ,2T —热流体的进出口温度1t ,2t —冷流体的进出口温度211t T T -=∆121t T T -=∆F —换热器的换热面积注:热、冷流体的质量流量m1,m2是根据修正后的流量计体积流量读数V1,V2再换算成的质量流量值(二)绘制热性能曲线,并作比较(1)以传热系数为纵坐标,冷(热)流体流量为横坐标绘制传热性能曲线;(2)对三种不同型式的换热器传热性能进行比较。
四、传热单元操作实训装置介绍(一)装置介绍换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备,又称热交换器。
换热器的应用十分广泛,日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等,都是换热器。
它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。
它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度,同时也是提高能源利用率的主要设备之一。
换热器既可是一种单独的设备,如加热器、冷却器和凝汽器等;也可是某一工艺设备的组成部分,如氨合成塔内的热交换器。
实验装置分为传热实训对象,仪表操作台,上位机监控计算机,监控数据采集软件,数据处理软件几部分。
传热实训对象包括两个冷风机、一个综合换热热风机、左列管换热器、右列管换热器、小列管换热器、综合换热装置、蒸汽发生器、蒸汽调节装置及管路、不宁性气体装置及管路、冷凝水排放系统及管路、冷却水系统、综合传热加热管装置、流量检测传感、压力检测传感、现场显示变送仪表等组成。
(二)换热器结构1、套管式换热器套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管,并由U形弯头连接而成。
在这种换热器中,一种流体走管内,另一种流体走环隙,两者皆可得到较高的流速,故传热系数较大。
另外,在套管换热器中,两种流体可为纯逆流,对数平均推动力较大。
图1 套管式换热器套管换热器结构简单,能承受高压,应用亦方便(可根据需要增减管段数目)。
特别是由于套管换热器同事具备传热系数大、传热推动力大及能够承受高压强的优点,在超高压生产过程(例如操作压力为300MPa的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式。
2、管壳式换热器(列管换热器)管壳式(又称列管式)换热器是最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。
管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平行管束,管束两端固定于管板上。
在管壳换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程;一种在管外流动,其行程称为壳程。
管束的壁面即为传热面。
图2,列管换热器为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流挡板。
折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加。
常用的挡板有圆缺形和圆盘形两种,前者应用更为广泛。
流体在管内每通过管束一次称为一个管程,每通过壳体一次称为一个壳程。
为提高管内流体的速度,可在两端封头内设置适当隔板,将全部管子平均分隔成若干组。
这样,流体可每次只通过部分管子而往返管束多次,称为多管程。
同样,为提高管外流速,可在壳体内安装纵向挡板使流图3 流体的折流及折流挡板的形式体多次通过壳体空间,称多壳程。
3、板式换热器BR系列板式换热器是由固定压紧板、换热板片、密封胶垫、活动压紧板、法兰接管、上、下导杆、框架和压紧螺栓组成。
不锈钢板片组合结构管热板片采用进口不锈钢板压制成人子形波纹,使流体在板间流动时形成紊流提高换热效果,相邻板片的人字形波纹相互交叉形成大量触点,提高了板片组的刚度和承受较大压力的能力。
橡胶垫片利用双道密封结构并设有安全区和信号槽,使两种介质不会发生混淆。
结构图见图4所示:图4 板式换热器结构图板式换热器的流程分为a片和b片两种:a片是串联流程,有7块板为3个流程,每个流程均为一个通道,流体经过每一个通道及改变方向;b片是并联流程,有7块板,是但流程,冷、热流体分别流入平行的3个通道而形成一股流至出口。
板片的流程和通道数量应根据热力学和流体力学子算确定,通常采用分子式来表示,分子表示热流体的程数和通道数,分母表示冷流体的程数和通道数。
下图分别表示(3X1/3X1)、(1X3/1X3);(三)工艺流程实训装置工艺流程如图5所示:精品资料图5,传热单元操作实训装置流程图可编辑修改1、实训设备配置2)实训装置中换热器参数如下:左换热器换热面积:m2;右换热器换热面积:m2;小换热器换热面积:m2。
3)综合换热器面积:(1)综合换热套管式换热器换热面积0.422m2(2)综合换热板式换热器换热面积0.45m2(3)综合列管式换热器换热面积0.6m24)仪表说明:(1)巡检仪1:1#通道:1#列管换热器冷流体进口温度;2#通道:1#列管换热器冷流体出口温度;3#通道:2#列管换热器冷流体进口温度;4#通道:2#列管换热器冷流体出口温度;5#通道:3#列管换热器冷流体进口温度;6#通道:3#列管换热器冷流体出口温度;(2)巡检仪2:1#通道:综合换热器冷流体进口温度;2#通道:综合换热器冷流体出口温度;3#通道:综合换热器热流体进口温度;4#通道:综合换热器热流体出口温度;5#通道:1#列管蒸汽压力;6#通道:2#列管蒸汽压力;(3)巡检仪3:1#通道:1#列管蒸汽温度;2#通道:2#列管蒸汽温度;3#通道:综合换热热流体流量。
五、实训步骤(一) 开机准备1)检查公用工程水电是否处于正常供应状态(水压、水位是否正常、电压、指示灯是否正常);2)熟悉设备工艺流程图,各个设备组成部件所在位置(如蒸汽发生器、空压机、疏水阀、列管换热器、套管换热器、板式换热器等);3)熟悉各取样点及温度、压力、流量、测量与控制点的位置4)检查总电源的电压情况是否良好。
(二) 正常开机1、开启电源1)在仪表操作盘台上,开启总电源开关,此时总电源指示灯亮;2)开启仪表电源开关,此时仪表电源指示灯亮,且仪表上电。
2、开启计算机启动监控软件1)打开计算机电源开关,启动计算机;2)在桌面上点击“传热实训软件”,进入MCGS组态环境,如图6所示:图6 MCGS组态软件组态环境3)点击菜单“文件\进入运行环境”或按“F5”进入运行环境,如图7所示,输入班级、姓名、学号后,按“确认”,进入图8界面,点击“传热单元操作实训”进入实训软件界面,如图9所示,监控软件就启动起来了。
图7 监控软件登陆界面图8 监控软件实训项目选择界面图9 传热单元操作实训软件界面4)图9中,PV表示实际测量值、SV表示设定值、OP;“控制设置”将打开控制界面,如图8所示,可对控制的PID参数进行设置,一般不设置。
图10 左换热器冷流体流量控制窗口3、开启蒸汽发生器1)检查蒸汽发生器液位的高度,液位高度应为玻璃液位计中间的位置;若液位过高则需打开发生器上的排空阀及发生器下的排污阀排放掉部分水;若液位不够,在当打开发生器电源时,发生器会进行自动加水。
2)打开发生器后的进水阀门,让自来水进入中间水箱(在发生器内部,有浮球阀进行液位自动控制);3)开启发生器电源:在发生器前面板上,旋开开关,即开了蒸汽发生器电源,此时蒸汽发生器开始加热烧蒸汽,蒸汽发生器压力烧到0.4MPa时自动停止加热,蒸汽压力下降到0.3Mpa时启动加热;4、开启1#列管换热器冷流体风机1)检查管路各阀门:打开阀VA002、VA105,关闭阀VA230、VA104;2)在仪表操作台上,按下“1#列管冷流体风机电源”启动按钮,启动风机;3)调整冷空气流量:(1)手动:通过调节阀门VA002,调节左换热器冷流体流量;(2)自动:在仪表操作台上“左换热器冷流体流量手自动控制仪”上设定冷流体设定值为50m3/h,控制仪自动控制设定的流量值;5、检查1#换热器冷凝水管路1)检查左换热器冷凝水管路各阀门:打开阀VA213、VA215、VA219、,关闭阀VA216、VA218;6、打开1#换热器蒸汽管路1)检查1#换热器蒸汽管路各阀门:打开阀VA231、VA203、VA205,关闭阀VA202、VA206,调节左换热器不宁性气体阀VA220大小;2)在装置二层平台上调节相应的蒸汽调压阀,调节一定的蒸汽压力;7、数据记录1)调节不同的冷流体流量,稳定15分钟,记录冷流体流量、蒸汽压力、冷流体进出口温度;2)调节不同的蒸汽压力,稳定15分钟,记录冷流体流量、蒸汽压力、冷流体进出口温度;8、开启2#换热器冷流体风机1)检查2#换热器管路各阀门:打开阀VA102、VA103、VA229,关闭阀VA104;2)在仪表操作台上,按下“2#列管冷流体风机电源”启动按钮,启动风机;3)调整冷空气流量:(1)手动:通过调节阀门VA,调节2#换热器冷流体流量;(2)自动:在仪表操作台上“右换热器冷流体流量手自动控制仪”上设定冷流体设定值为50m3/h,控制仪自动控制设定的流量值;9、检查2#换热器冷凝水管路1)检查2#换热器冷凝水管路各阀门:打开阀VA221、VA223、VA227,关闭阀VA224、VA225;10、打开2#换热器蒸汽管路1)检查右2#换热器蒸汽管路各阀门:打开阀VA231、VA209、VA211,关闭阀VA208、VA212,调节右换热器不宁性气体阀门VA228大小;2)在装置二层平台上调节相应的蒸汽调压阀,调节一定的蒸汽压力;11、2#换热器数据记录1)调节不同的冷流体流量,稳定15分钟,记录2#换热器冷流体流量、蒸汽压力、冷流体进出口温度;2)调节不同的蒸汽压力,稳定15分钟,记录2#换热器冷流体流量、蒸汽压力、冷流体进出口温度;12、冷却水系统开启1)检查冷却水水箱里水的液位高低,液位过低,则打开自来水进水阀门,往水箱里加水;2)检查冷缺水管路各阀门:打开阀门VA401、VA402;3)在仪表操作台上按下“冷凝水泵电源”启动动按钮,启动冷缺水泵电源;13、综合换热实验1)检查冷流体流量管路各阀门:打开阀门VA002、VA230、VA016、VA018、板式换热器实验(VA014、VA011)[列管换热器实验(VA008、VA007)、套管换热器实验(VA005、VA003)];关闭阀门VA015、VA017及其他换热器冷流体进出阀门(VA008、VA007 、VA005、VA003);2)开启2#列管冷流体风机:在仪表操作台上,按下“1#列管冷流体风机电源”启动按钮,启动风机;冷流体流量控制:(1)手动:通过调节阀门VA002,调节左换热器冷流体流量20m3/h;(2)自动:在仪表操作台上“1#列管冷流体流量手自动控制仪”上设定冷流体设定值为30m3/h,控制仪自动控制设定的流量值;3)检查热流体流量管路各阀门:打开板式换热器实验(VA013、VA012)[列管换热器实验时(VA009、VA010)、套管换热器实验时(VA004、VA006)];关闭其他换热器热流体进出阀门(VA009、VA010 、VA004、VA006);4)开启热流体流量风机:在仪表操作台上打开“综合换热热流体风机电源”开关,启动综合换热热流体风机;5)启动加热管电源:在仪表操作台上按下“综合换热加热管电源”启动按钮,启动综合换热加热管,开始加热;6)综合换热加热管温度控制:在仪表操作台上“综合换热热流体温度手自动控制仪”上设定热流体温度为70℃,控制仪就自动对热流体温度进行控制;7)当加热管温度稳定在70℃左右时,让系统稳定15分钟,记录板式换热器的冷、热流体流量,冷流体进、出口温度,热流体进、出口温度;8)改变冷流体流量值为25 m3/h,稳定15分钟,记录板式换热器的冷、热流体流量,冷流体进、出口温度,热流体进、出口温度;同样改变冷流体流量值,稳定15分钟后记录相应的实验值;9)综合换热冷流体顺逆流切换:(1)逆流:打开阀门VA016、VA018,关闭VA015、VA017;(2)顺流:打开阀门VA015、VA017,关闭VA016、VA018。