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非稳态传热平均总传热系数的测定 0422102 李建国 实验目的：1.通过对不同转速下平均总传热系数的测定，掌握使用夹套热转换器实验的组织方法。 2.初步建立平均总传热系数和转速之间的关系，加深对经验公式的了解。 实验原理： 套管式换热器是化工生产中常用传热设备。其基本实验原理如下 换热器的传热速率Q可以表示为： Q=K*Am*△Tm 式中 ： Q——单位时间传热量， J； ?K——总传热系数，W/m2·K； Am——传热面积， m2； ?Tm——平均温差，K或oC? ?Tm =[（T蒸-T进）-（T蒸-T出）]/[（lnT蒸-T进）/（T蒸-T出 ）] 如图所示，夹套式反应器中盛有质量为m kg的反应物，加热用水蒸汽压力为101.3kPa，使反应物由室温升至80℃，在该温度范围内平均比热为Cp，热交换器传热面积为A，搅拌浆可在0-600r/m可无级调速。 本实验采用夹套式反应釜测定平均总传热系数及平均总传热系数与转速的关系，由于搅拌浆不断搅拌，为非稳态过程，反应所需的时间： 式中：τ——反应加热所需时间/s T为蒸汽温度/K或oC T1——反应物初始温度/K或oC T2——反应物最终温度/K或oC Cp——该温度范围内平均比热/J.kg-1.K-1 K——平均总传热系数/ W/m2·K A——热交换面积/m2 m——反应器内反应物质量/kg 如图，水蒸汽从夹套上部接管进入，冷凝水从下部接管排出。在容器中加入搅拌浆，使液体强制对流，提高总传热系数。同时在反应器溶液不同高度放置三个热电偶以监测反应过程中温度变化情况。 实验方法与步骤： 准备工作 将m kg反应物加入夹套式热交换器中。 各处装入热电偶，记录初始温度T1，室温T’，大气压力P0 管外101.3kPa下蒸汽备用。 2．实验步骤 方法一： ①缓慢开启搅拌浆，设置转速n为50r/m，自由转动5min，使反应器内搅拌均匀，避免刚开始启动，各处速率不一样。 ②调节蒸汽流量为一定值，保持不变，读下蒸汽流量qv 和蒸汽压P，反应过程中观察蒸汽流量变化，使其保持稳定。管外蒸汽从上部接管进入，开始计时，并读下此时的溶液温度和室温。 ③带热电偶温度显示为80℃时，停止计时，读下此时所花费的时间τ，同时停止通入蒸汽，待其自然冷却。 待冷却至室温后，搅拌浆转速加快从50-600r/m，测12组数据，按照①至③操作，每次开始通蒸汽前先让搅拌浆自由搅拌5min，根据蒸汽流量计的读数，保证每次蒸汽的流量和蒸汽压P不变。 测试完毕，缓慢关闭搅拌浆，切断蒸汽发生器电源。 该方法不足之处由于需要不断的冷却，所需时间较长。 方法二： ①缓慢开启搅拌浆，设置转速n为50r/m，自由转动5min，使反应器内搅拌均匀，避免刚开始启动，各处速率不一样。 ②调节蒸汽流量为一定值，保持不变，读下蒸汽流量qv 和蒸汽压P，反应过程中观察蒸汽流量变化，使其保持稳定。管外蒸汽从上部接管进入，开始计时，并读下此时的溶液温度和室温。 ③溶液温度缓缓升高至比原来高5℃ ，停止计时，读下此时所花费的时间τ，同时停止通入蒸汽。 ④不冷却，将搅拌浆转速加快从50-600r/m，每次升温约5℃测量一次，测12组数据。按照①至③操作，每次开始通蒸汽前先让搅拌浆自由搅拌5min，根据蒸汽流量计的读数，保证每次蒸汽的流量和蒸汽压P不变。 ⑤测试完毕，缓慢关闭搅拌浆，切断蒸汽发生器电源。 该方法不足之处：每次升温的幅度不大，易造成较大的测量误差。 实验数据处理： 原始数据记录 实验日期： 设备编号： 室温： 大气压： 平均总传热数据K与搅拌浆速率n关系实验原始数据记录表 序号 转速 n/r*m-1 蒸汽压力 P/Kpa 蒸汽流量 qv L/s 初始温度 T1/K 最终温度 T2/K 时间 τ/s 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 通过公式： 计算不同转速下的平均传质速率K，将平均传质速率K与搅拌浆速n作图，初步估计K与n关系为对数关系，故也可考虑作lgK与n的关系图，以确定K与n之间的关系。理论依据：传热系数K与湍动程度成直接关系，湍动程度越大对流传质系数就越大，而本实验中，通过搅拌浆的搅拌，使液体强制对流，从而湍动的程度得到大大提高。转速越快，湍动程度越大，传热系数也越大，但传热系数的