【文章內(nèi)容簡介】 熱系數(shù)。在銅管的某一載面上，空氣的溫度為 t ，銅管壁面溫度為Tw ，則傳熱速率為 Q=αA(Twt) ，α 即為該截面上的給熱系數(shù)。但在測定空氣通過一定長度管道的給熱系數(shù)時，因空氣的溫度和壁面的溫度都沿空氣流動方向在改變，所以給熱系數(shù)為平均溫度下的平均給熱系數(shù)（傳熱速率為Q=αAΔtm）。由于銅的導熱系數(shù)很大，壁溫可近似看作不變。若測出進出這段銅管的溫度 t 進、t出并測定銅管的壁溫 Tw，即可求出對數(shù)平均溫度差。 根據(jù)牛頓冷卻定律，在傳熱達到穩(wěn)定后，則根據(jù)此式即可求出： VρCp (t出t進)AΔt m α =duρPμ測出空氣的體積流量 V，已知管徑 d 內(nèi)和管長 L，可求出 A＝πd 內(nèi) L 從而求出一定流量下的給熱系數(shù) α。同時可計算出：R e = ，改變流量，可得不流量下的 α和 Re，根據(jù)不同流量下的 α可計算出： αdλN u= duρμR e=N n = BRe u N u = P 實驗裝置（如圖 ） 傳熱(電加熱)實驗裝置圖實驗步驟 1．先合上電加熱系統(tǒng)的閘刀，開始加熱銅管，電壓用調(diào)壓器控制，并調(diào)控溫儀在 80℃，當保溫層內(nèi)加熱到熱平衡時，即可測定數(shù)據(jù)； 2．啟動鼓風機，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計，在轉(zhuǎn)子流量計的量程范圍內(nèi)測 6~7 組數(shù)據(jù)；3．在每組數(shù)據(jù)的測量時，待其穩(wěn)定 3~5分鐘，再讀取數(shù)據(jù)，每次讀數(shù)時都應按控溫計某一指示燈（一般規(guī)定為白燈）剛變化時數(shù)據(jù)為準，以消除部分誤差，讀取數(shù)據(jù)時要認真作好如下記錄：次序流量Twt進t出P 表流量計讀數(shù)換算后1234564．實驗結(jié)束后，先關閉轉(zhuǎn)子流量計閥門及控溫儀開關，然后拉下風機及加熱系統(tǒng)的電源閘刀，并檢查有無異?，F(xiàn)象。 數(shù)據(jù)整理及實驗報告 t進+t出2（1）根據(jù)各組數(shù)據(jù)求出 Re、Nu。 求：Re、Nu時 Cp、μ 值根據(jù) 查出，ρ需根據(jù)溫度、壓力進行校正。 求 Re 時： 求 α時：（2）用圖解法求出 Nu=BRen 中的 n 及 B，即在雙對數(shù)坐標紙上以 Nu 為縱坐標，Re 為橫坐標，作出一條直線，該直線的斜率即為 n，截距即為 B。（斜率應用尺量）。 由于傳熱經(jīng)驗公式Nu= Pr Pr 可查出，由此可根據(jù) B標出系數(shù)，求出 B/ 比較，同時校核n是否為 。 蒸氣加熱空氣傳熱系數(shù)的測定 實驗原理 基本原理與一同。本實驗裝置是在套管換熱器中，內(nèi)管通空氣，環(huán)隙通水蒸汽。水蒸汽冷凝放出的熱量使空氣加熱（內(nèi)管的管壁為傳熱間隙），在傳熱達到熱平衡后，有如下關系式：式中：V 空氣體積流量 V 空=(R 為孔板流量計的壓力差) ρ為空氣的密度（kg/m3） 此處的ρ要根據(jù)進、出口的溫度及壓力進行換算，換算分式為： Cp 空氣的平均比熱，由定性溫度 之值查出。 △tm—內(nèi)管壁與空氣的對數(shù)平均溫度差（℃） 其中：t出為空氣出換熱器的溫度（℃）； t進為空氣進換熱器的溫度（℃）； Tw為內(nèi)管的壁溫（℃）。 以上三個溫度均用熱電偶測量，由Vj_36 型電位計求算。 當熱電偶自由端為0℃熱電偶熱端的溫度用 Et~t 曲線圖查出或由下式求算： A 內(nèi)—內(nèi)管內(nèi)表面積（m2） A 內(nèi)由換熱管長 L= 和管徑 d=18mm 求算。同時可求出相應的 Pr、Nu 準數(shù)，此處 ρ需校正。 其校正公式為： 流體在圓直管內(nèi)作強制湍流時給熱關系式為： （公式當 Re＞100000， ＜Pr＜120 L/d＞60時適用 ） 實驗設備(如圖 ) 實驗裝置是用兩根套管換熱器組成，其中一根內(nèi)管是光滑管，另一根內(nèi)管是螺旋槽管（詳見附圖）?？諝庥娠L機送，經(jīng)圓形噴嘴孔板流量計，風量調(diào)節(jié)閥，再經(jīng)套管換熱器排向大氣。 傳熱(蒸汽加熱)實驗裝置圖操作步驟： 1．作好熱電測溫的準備工作（電位計調(diào)零）； 2．打開蒸汽閥 11，通入蒸汽。并打開排氣閥 12，不斷排除不凝性氣體，當有水蒸汽噴出時即關閉。 （力）/厘米2 3．啟動風機 1，調(diào)節(jié)閥 3，使風量由小到大變化，在流量變化的整個可測幅度內(nèi)讀出 6 個數(shù)據(jù)，每次在傳熱穩(wěn)定后測出下表中的有關數(shù)據(jù)。 4．實驗結(jié)束，關閉蒸汽、風機，拉下電閘并檢查儀表是否完好。實驗報告 （1）根據(jù)所測數(shù)據(jù)，進行整理，在雙對數(shù)坐標紙上以 Nu為縱坐標，以 Re 為橫坐標，作出Nu~Re圖線； （2）從所作圖（直）線，找出關系式并與給熱關聯(lián)式相比較； （3）將光滑管與螺旋管的結(jié)果進行對比分析，提出實驗結(jié)論。 序號進口空氣溫度出口空氣溫度壁溫空氣流量空氣壓力mmHg蒸汽壓力mv℃mv℃mv℃孔板壓差 mmH2O流量（m3/s）實驗八 板式精餾塔的操作及塔板效率實驗實驗目的 1．了解篩板式精餾塔的結(jié)構(gòu)； 2． 熟悉篩板式精餾塔的操作方法； 3． 測定全回流時的總塔板效率。 基本原理 在板式精餾塔中，混合液的蒸汽逐板上升，回流液逐板下降，氣液兩相在塔板上接觸以實現(xiàn)傳質(zhì)，以達到分離的目的。如果在每層塔板上，離開塔板的液體組成與蒸汽組成處于平衡狀態(tài)，則該塔板稱為理論板。然而在實際操作的塔中，由于接觸時間有限，氣液兩相不可能達到平衡，即實際塔板達不到一塊理論板的分離效果，因此精餾塔所需要的實際板數(shù)總比理論板數(shù)多。對二元物系，全回流時，根據(jù)塔頂、塔底氣液組成可求出理論塔板數(shù)。理論塔板數(shù)與實際塔板數(shù)之比即為塔的總板效率 E 。數(shù)學表達式為： 實驗裝置 實驗裝置為一小型篩板塔，共有七層塔板，板上開有φ2mm 篩孔 12 個，塔徑為φ57mm，板間距68mm。塔底有一加熱釜，裝有液位計、溫度計、U 型管壓差計、加料接管和釜液取樣考克。塔頂為一蛇管式冷凝器。冷凝液可全部回流，也可由塔頂取樣管放出。 另外，加熱釜裝有2 千瓦電爐絲，可由調(diào)壓器控制加熱量（如圖 ）。 實驗方法 1．先檢查加熱釜中的料液量是否適當（應為液面計的2/ 3 高左右）。釜內(nèi)料液組成以含 20%（重量%）左右的酒精水溶液為宜。 2．接通電源，慢慢旋轉(zhuǎn)調(diào)壓器把手，使電流由小到大，電流大小由安培表指示，正常操作可控制在 3~4安培。 注意觀察塔頂、塔釜的溫度變化和塔頂?shù)谝粔K塔板的情況，當上升蒸汽開始回流時，打開冷卻水閥，其用量能將酒精蒸汽全部冷凝下來即可。但要注意勿要因冷卻水過少而使蒸汽從塔頂噴出。當塔頂氣液鼓泡正常，操作穩(wěn)定，且待塔頂、塔釜溫度恒定不變后，即可開始取樣。 3．分別由塔頂取樣管和釜底取樣考克用錐型瓶接取適當試樣，取樣前應先取少量試樣將錐型瓶沖洗一、二遍。取樣后用塞子將錐型瓶塞嚴，防止其中酒精揮發(fā)，并使之冷卻，用比重天平稱出比重，并由酒精組成~比重表查得酒精重量百分濃度。 數(shù)據(jù)處理 根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)計算精餾塔在一定空塔氣速下的總板效率。 表一 實驗數(shù)據(jù)記錄表 溫度 塔內(nèi)壓強mmH2O塔頂樣品塔底樣品塔頂，℃塔釜，℃比重摩爾%重量%比重摩爾%重量總板效率 E= 附： 比重天平實驗過程中液體的比重是利用液體比重天平來測量的，這里簡單介紹它的原理和使用方法。 比重天平有一個有標準體積和標準重量的測錘，事先可在上調(diào)至平衡。當它浸沒于液體中時，由于受到浮力而使橫梁失去平衡。此時可在橫梁的V 型槽里放置相當重量的騎碼，使橫梁恢復平衡，從而可求出液體比重。 比重天平使用方法：先將測錘（8）和玻璃量筒用純水或酒精洗凈。再將支柱緊固螺釘（9）旋松，將托架（3）上到適當高度。橫梁（2）置于托梁的瑪瑙刀架（5）上。用等重砝碼掛于橫梁右端的小鉤上。調(diào)整水平調(diào)節(jié)器（1）上的小螺釘松開，然后略微轉(zhuǎn)動平衡調(diào)節(jié)器直至平衡為止。將等重砝碼取下，換上測錘，然后將待測液體倒入玻璃量筒(7)內(nèi)，使測錘浸入待測液體中央。由于液體浮力使橫梁失去平衡，在橫梁V 型刻度槽與小鉤上加放各種使之平衡，在橫梁上騎碼的總和即為所測液體的比重的值。 表二 比重天平讀數(shù)方法 放在小鉤上與 V型槽砝碼重1 克100 毫克10 毫克1 毫克V型槽上第 1 位代表的數(shù) V型槽上第 9 位代表的數(shù) V型槽上第 8 位代表的數(shù)表三 乙醇~水（101Kpa）的平衡數(shù)據(jù)乙醇摩爾% 液相0 1 4814 18 2025氣相0乙醇摩爾%液相35405060708085氣相82 板式精餾塔實驗裝置 篩板式精餾塔示意圖 實驗九 吸收實驗實驗目的 1．熟悉填料吸收塔的構(gòu)造和流程； 2．測定在一定操作條件下，用水吸收空氣中的氨的氣相體積傳質(zhì)總系數(shù)Kya。 主要設備和流程(如圖 ) 本實驗流程如圖 所示，空氣由鼓風機 1 供給，NH3由鋼瓶經(jīng)減壓閥后進入緩沖器 28，空氣由空氣緩沖器經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計4 計量后再與 NH3混合進入D=，塔內(nèi)充有12121（mm）的陶瓷環(huán)填料，填料層高為 ，吸收劑水經(jīng)轉(zhuǎn)流量計 18 計量后自塔頂噴灑而下。在塔內(nèi)，上升的 NH3 與噴灑而下的水逆流接觸，氨大部分被吸收，尾氣從塔頂排出，吸收液從塔底排入下水道。 吸收實驗流程示意圖吸收系數(shù)的測定原理 本實驗系用水吸收混合在空氣中的氨。氨為易溶氣體，所以此吸收操作屬于氣膜控制。由于混合氣中氨氣濃度很低，吸收的溶液濃度也不高，氣液兩相平衡關系，可以認為符合亨利定律。 吸收系數(shù)的測定是根據(jù)下式：式中：Kya—以△y 為推動力的氣相體積總傳質(zhì)系數(shù)（kmol/）； G—混合氣體通過塔任一截面的摩爾流率（kmol/）； yb—濃端混合氣體中NH3的摩爾分率； ya—稀端混合氣體中NH3的摩爾分率； △ym——濃端與稀端的推動力的對數(shù)平均值。 (1) 求算G G=G 空氣+G 氨V39。氨—氨氣轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)換算成 m3/s； V 空—空氣轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)換算成 m3/s； T0、P0—標準狀態(tài)下溫度(273K)、壓力（絕壓：760mmHg）； TP1—標定的溫度（293K）、壓力（絕壓：760mmHg）； TP2—計前溫度（K）、壓力（絕壓 mmHg）； G 氨—氨氣通過塔任一截面的摩爾流率（kmol/）； G 空—空氣通過塔任一截面的摩爾流率（kmol/）；r 空—標準狀態(tài)下空氣重度（）； r 氨—標準狀態(tài)下 98%氨氣重度（）； S—塔截面。 (2) 求算 yb(3) 求算 ya ya 由尾氣分析求得。由于尾氣氨的濃度很低，所以：V3—加入吸收器硫酸溶液體積（mL）； N3—硫酸溶液當量濃度（N）； V‘—濕式氣體流量計所測體積（mL）； TP1—濕式氣體流量計溫度（K），壓力（mmHg）； T0、P0—標準狀態(tài)溫度（273K），壓力（絕壓：760 mmHg）。 （4）求算△ym式中：△ya=yaya* —塔頂氣相總推動力； △yb= ybyb* —塔底氣相總推動力。 ∵xa=0， ∴ya*=0 yb*=m xb，L—溶液通過塔任一截面的摩爾流率（kmol/m ）； m—相平衡常數(shù)； E—亨利常數(shù)； P—塔內(nèi)總壓 =大氣壓強+塔頂表壓+1/2塔內(nèi)壓差（大氣壓）。操作步驟 （1）打開鼓風機1，調(diào)節(jié)閥 2，使轉(zhuǎn)子流量計的浮子穩(wěn)定在20~30m3/h 的某一讀數(shù)。 （2）開進水閥，流量調(diào)至最大，全部濕潤填料，然后再調(diào)小流量，使示值穩(wěn)定在 80~90L/h的某一讀數(shù)。 （3）往尾氣吸收器13 內(nèi)裝入一定當量濃度的稀硫酸 Vs=2mL，加入甲基紅指示劑1~2 滴，然后用蒸餾水沖洗吸收管壁，至液面達到刻度線為止，然后接入尾氣管。 （4）當其它準備就緒后打開氨氣鋼瓶頂閥 24，然后再緩緩調(diào)節(jié)彈簧使壓力表 26 ~，再調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計30，~ /h 的某一讀數(shù)。 （5）當氣、液相穩(wěn)定一段（約 1~2 分鐘）時間，打開閥 12 使被測尾氣均勻鼓泡通過吸收液，記下濕式流量計起點，吸收液由紅變黃，即關尾氣和氨閥，讀取濕式流量計終示值。 （6）噴淋密度不變，提高空氣流量，以改變塔內(nèi)氣流流量，相應地調(diào)節(jié)氨氣流量 使混合氣體濃度大體上不變，重復上述實驗 1~2次（一般重復一次）。 實驗數(shù)據(jù)記錄（見下表） 實驗報告 整理數(shù)據(jù)，計算不同氣速下的 Kya，并進行比較。 注意事項： 1．調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計閥門應緩慢，以免損壞轉(zhuǎn)子流量計的玻璃錐管和浮子等元件。2．應穩(wěn)定一段時間后再讀取數(shù)據(jù)，有關數(shù)據(jù)應同時讀取。 3．調(diào)節(jié)氨減壓閥不可太猛，以免氨氣沖出。 4．發(fā)生設備故障或操作不正常時，應及時報告指導教師。 附：數(shù)據(jù)記錄表