冷凝管中冷卻水流向問題再研究(存儲(chǔ)版)
【正文】 冷凝回流管是豎直放置，液膜在重力的作用下，以層流狀態(tài)從頂端向下流動(dòng)，逐漸變厚，隨著液膜的增厚，在冷凝管的下部液膜就可能會(huì)發(fā)展成為湍流（也有資料稱為“紊流”），如圖5所示，大大增加了液體流動(dòng)的阻力 [8]。而對(duì)于大多數(shù)冷凝回流實(shí)驗(yàn)來說，都可以選擇并流進(jìn)水，以盡量減小冷卻水的流速，節(jié)約用水；另外從進(jìn)水操作來說并流進(jìn)水比逆流進(jìn)水也略微簡(jiǎn)單些、易于控制；同時(shí)也可保證冷凝回流的效果。同樣道理，我們也可以很好的解釋，在蒸餾實(shí)驗(yàn)中，冷凝管的冷卻水始終是采用下進(jìn)上出的逆流流向，因?yàn)檫@時(shí)候不僅熱交換效率高，同時(shí)也是形成冷凝液膜厚度最小的方式。液膜的厚度取決于液體的密度、黏度以及冷凝管內(nèi)管的光滑度、熱蒸氣的流速等。當(dāng)傳熱系數(shù)K、傳熱面積A不變時(shí)，對(duì)數(shù)平均溫度差Δtm決定了傳熱速率的大小。這時(shí)由于冷卻水的流速在減小，油浴的溫度又進(jìn)一步升高，導(dǎo)致出水口的溫度也都升高，進(jìn)出水口的溫差甚至超過了10℃，這種情況下，反而是冷卻水下進(jìn)上出的裝置冷凝回流效果要好，加熱60分鐘后，℃，回流百分率為84％；℃，回流百分率僅為64%，兩者回流百分率相差達(dá)20個(gè)百分點(diǎn)。采用控制相同的冷卻水流速的和同時(shí)采用同一個(gè)水（油）浴加熱裝置加熱。對(duì)于蒸餾實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，冷卻水的流向問題人們一般都不會(huì)有異議，都是采用下進(jìn)上出的流向[1]。也有人僅僅從冷水充滿冷凝管外管的難易程度分析冷卻水的流向問題[6]。故后續(xù)實(shí)驗(yàn)均采用沸點(diǎn)更低、黏度更小的丙酮作為回流試劑。根據(jù)化工原理，冷凝回流過程其實(shí)既包含了傳熱的過程也包含了流體流動(dòng)過程。因此當(dāng)換熱器中傳熱速率和傳熱系數(shù)都相同時(shí)，采用逆流流動(dòng)所需的傳熱面積比并流的小 [7]。圖5 液膜流動(dòng)由此，我們就可以解釋為什么在冷凝回流實(shí)驗(yàn)中當(dāng)冷卻水流速較快，加熱溫度又不是太高時(shí)，逆流進(jìn)水（即冷卻水上進(jìn)下出）的冷凝管冷凝回流效果比并流進(jìn)水（即冷卻水下進(jìn)上出）的冷凝管好。而對(duì)于蒸餾實(shí)驗(yàn)來說，冷卻水的流向始終都應(yīng)該選擇下進(jìn)上出的逆流流向。為了增強(qiáng)冷凝回流效果，實(shí)驗(yàn)室中往往還會(huì)選擇蛇型冷凝管或球型冷凝管，這時(shí)候的冷卻水水流方向又應(yīng)該如何選擇呢？其實(shí)，改用蛇型冷凝管和球型冷凝管都是為了增加冷卻水和熱氣的接觸時(shí)間，使它們的熱交換
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