1、傳遞原理實驗指導書與報告專業班級學號姓名中南大學冶金學院基礎教學實驗室學生在實驗前，必須預習有關實驗指導書與報告的相關內容。實驗中僅僅能夠按規定完成實驗步驟操作是遠遠不夠的，還必須針對實驗指導書成果要求及分析討論題，查閱有關參考書，深入地進行實驗探索，認真分析與思考。每項實驗的“實驗分析與討論的內容”，按其涉及知識面的廣度和深度分為必做與選做兩類，帶者為選做內容。（一）流化床干燥器的操作及其干燥速率曲線的測定（二）雷諾實驗（三）傳熱系數K和給熱系數a的測定流化床干燥器的操作及其干燥速率曲線的測定一 .實驗目的1.掌握測定物料干燥速率曲線的工程意義；2.熟悉實驗干燥設備的流程、工作及實驗組織方法

2、；3.了解影響干燥速率曲線的因素。二 .基本原理干燥原理是利用加熱的方法使水分或其它溶劑從濕物料中汽化，除去固體物料中濕分的操作。干燥的目的是使物料便于運輸、貯藏、保質和加工利用。本實驗的干燥過程屬于對流干燥，其原理見圖1。圖 1 熱空氣與物料間的傳熱與傳質.傳熱過程熱氣流將熱能傳至物料，再由表面傳至物料的內部.傳質過程水分從物料內部以液態或氣態擴散透過物料層而達到表面,再通過物料表面的氣膜擴散到熱氣流的主體。由此可見，干燥操作具有熱質同時傳遞的特征。為了使水氣離開物料表面，熱氣流中的水氣分壓應小于物料表面的水氣分壓。2.1干燥速率曲線測定的意義對于設計型問題而言，已知生產條件要求每小時必須除

3、去若干千克水，若先已知干燥速率，即可確定干燥面積，大致估計設備的大小；對操作型問題而言，已知干燥面積，濕物料在干燥器內停留時間一定，若先已知干燥速率，即可確定除掉了多少千克水；對于節能問題而言，干燥時間越長，不一定物料越干燥，物料存在著平衡含水率，能量的合理利用是降低成本的關鍵，以上三方面均須先已知干燥速率。因此學會測定干燥速率曲線的方法具有重要意義。2.2干燥曲線和干燥速率曲線的關系含水率X:單位干物料Gc中所帶的水分量W定義：X=-W-（kg水/kg干）（1）Gc含水率隨時間的變化作圖，見圖2:干燥過程分為三個階段：I.物料預熱階段；R.恒速干燥階段；田.降速干燥階段。干燥速率NA的定義有

4、二種表示：（一）.單位時間單位面積汽化的水量（二）.單位干物料在單位時間內所汽化的水量即：NA=-dW(kg水/kg干.s)(3)Gcd（2）式定義中，由于干燥面積的定量難以實驗測定，故本實驗以（3）式定義作為實驗依據.Xt(1)式求導得：dW=GcdX就是說，在干燥曲線圖中含水率隨時間變化曲線上的任何一點切線的斜ANP:X含水率9床層溫度.一/所以，NA=dWGcddXd工時間圖 2:干燥曲線圖率值即為干燥速率值， 將這些斜率的變化值對應于含水率作圖即為干燥速率曲線圖， 見圖3。每隔一段時間讀取濕物料的重量，然后將濕物料重減去干物料的重，從而就測得了X與r的關系。三.實驗流程及說明四.實驗步

5、驟(1)在實驗操作前從加水斗加入220300ml水，系統同時通入常溫空氣，使加入的水充分均勻地分散在硅膠表面，(這一步由準備老師完成)。(2)按下變頻器RUN,通過旁路閥10調節流量至14-18m3/h任何一恒定值。(3)待空氣進口溫度計讀數為95c時，關閉旁路放空閥4,使熱空氣進入系統。(4)仔細觀察進口溫度與床層溫度的變化，待床層溫度升至40C,即開始取第一個樣品，此時的時間設定為00(5)按照原始數據的時間間隔取樣，總共采集1416組數據。五.實驗結果討論和分析六.思考題1、根據干燥曲線圖分析不同床層溫度區間物料的干燥階段以及物料溫度、含水率及時間之間的變化關系；2、在干燥曲線圖上讀出臨

6、界含水率，并從實驗結果分析進口溫度高低對臨界含水率的影響;3、對于指定的物料，若改變物料濕度、熱空氣進口溫度、流速，得到的干燥曲線或干燥速率曲線會有哪些變化？4、需要滿足哪些條件，本實驗測得的干燥速率曲線可以放大到工業裝置之中？裝置號：；塔徑：；床層高度：；烘干溫度：；物料:物料尺寸：；空氣相對濕度：；空氣流量：；室溫：No.時間間隔 min床層溫度空瓶重g空瓶+濕物g空瓶+干物g空氣進口溫度 c空氣出口溫度 c1023334555610710810910101511121314七.過程運算表和結果圖No.時間間隔 min床層溫度水分g干物g含水率X102kg 水/kg干燥速率X103kg 水

7、/kg干物xmin熱效率%1丁忸234567891011121314、實驗目的要求1.觀察層流、紊流的流態及其轉換特征；2. .測定臨界雷諾數，掌握園管流態判別準則；3.學習古典流體力學中應用無量綱參數進行實驗研究的方法，并了解其實用意義。二、實驗裝置本實驗的裝置如圖5.1所示。雷諾實驗圖5.1自循環雷諾實驗裝置圖1.自循環供水器；2.實驗臺;3.可控硅無級調速器；4.恒壓水箱；5.有色水水管；6.穩水孔板；7.溢流板；8.實驗管道；9.實驗流量調節閥供水流量由無級調速器調控使包壓水箱4始終保持微溢流的程度，以提高進口前水體穩定度。本包壓水箱還設有多道穩水隔板，可使穩水時間縮短到3-5分鐘。有

8、色水經有色水水管5注入實驗管道8,可據有色水散開與否判別流態。為防止自循環水污染，有色指示水采用自行消色的專用色水。三、實驗原理四、實驗方法與步驟.測記本實驗的有關常數。.觀察兩種流態。打開開關3使水箱充水至溢流水位，經穩定后，微微開啟調節閥9,并注入顏色水于實驗管內， 使顏色水流成一直線。 通過顏色水質點的運動觀察管內水流的層流流態，然后逐步開大調節閥，通過顏色水直線的變化觀察層流轉變到紊流的水力特征，待管中出現完全紊流后，再逐步關小調節閥，觀察由紊流轉變為層流的水力特征。.測定下臨界雷諾數。(1)將調節閥打開，使管中呈完全紊流，再逐步關小調節閥使流量減如二KQ;v二dvK=二dv小。當流量

9、調節到使顏色水在全管剛呈現出一穩定直線時，即為下臨界狀態;(2)待管中出現臨界狀態時，用體積法或電測法測定流量；(3)根據所測流量計算下臨界雷諾數，并與公認值(2320)比較，偏離過大，需重測；(4)重新打開調節閥，使其形成完全紊流，按照上述步驟重復測量不少于三次；(5)同時用水箱中的溫度計測記水溫，從而求得水的運動粘度。注意：a、每調節閥門一次，均需等待穩定幾分鐘；b、關小閥門過程中，只許漸小，不許開大；c、隨出水流量減小，應適當調小開關(右旋)，以減小溢流量引發的擾動。.測定上臨界雷諾數。逐漸開啟調節閥，使管中水流由層流過渡到紊流，當色水線剛開始散開時，即為上臨界狀態，測定上臨界雷諾數12

10、次五、實驗成果及要求管徑d=cm,水溫t=v=210.0337t0.000221t2計算常數K=s/cm32.整理、記錄計算表表5,11.記錄、計算有關常數:實驗裝置臺號No0.01775運動粘度實驗次序顏色水線形態水體積V(cm3)時間T(s)8M:_3Q(cm/s)雷諾數Re閥門開度增(T)或減(J)備注實測下臨界雷諾數(平均值)Rec注：顏色水形態指：穩定直線，穩定略彎曲，直線擺動，直線抖動，斷續,完全散開等。六、實驗分析與討論1.流態判據為何采用無量綱參數，而不采用臨界流速?.為何認為上臨界雷諾數無實際意義，而采用下臨界雷諾數作為層流與紊流的判據？實測下臨界雷諾數為多少？.雷諾實驗得出

11、的園管流動下臨界雷諾數為2320,而目前有些教科書中介紹采用的下臨界雷諾言數為多少?.試結合紊動機理實驗的觀察，分析由層流過渡到紊流的機理何在?.分析層流和紊流在運動學特性和動力學特性方面各有何差異?傳熱系數K和給熱系數a的測定.實驗目的.了解間壁式傳熱元件的研究和給熱系數測定的實驗組織方法；.掌握借助于熱電偶測量壁溫的方法；.學會給熱系數測定的試驗數據處理方法；.了解影響給熱系數的因素和強化傳熱的途徑。.基本原理.傳熱系數K的理論研究在工業生產和科學研究中經常采用間壁式換熱裝置來達到物料的冷卻和加熱。這種傳熱過程系冷、熱流體通過固體壁面進行熱量交換。它是由熱流體對固體壁面的對流給熱，固體壁面

12、的熱傳導和固體對冷流體的對流給熱三個傳熱過程所組成。如圖1所示。由傳熱速率方程知，單位時間所傳遞的熱量Q=KA(T-1)(1)而對流給熱所傳遞的熱量，對于冷、熱流體均可由牛頓冷卻定律表示Q=%A(T-twi)或Q=cAc(tw2-t)(3)對固體壁面由熱傳導所傳遞的熱量，則由傅立葉定律表示為5圖i傳熱過程示意圖tw1-tw2由熱量平衡和忽略熱損失，可將(2)、(3)、(4)式寫成如下等式K=1二hAhAm二cAcK=f(d1,1，1,Cp1,%,U1，九,6,吐2,“2,cp2,%,U2)=f(6,2,5)(7)從上式可知，除固體的導熱系數和壁厚對傳熱過程的傳熱性能有影響外，影響傳熱過程的參數

13、還有12個，這不利于對傳熱過程作整體研究。根據因次分析方法和冗定理，熱量傳遞范疇基本因次有四個：L,M,T,t壁面的導熱熱阻與對流給熱熱阻相比可以忽略Kf(12)(8)要研究上式的因果關系，尚有冗=13-4=9個無因次數群，即由正交網絡法每個水平變化10次，實驗工作量將有108次實驗，為了解決如此無法想象的實驗工作量，過程分解和過程合成法由此誕生。該方法的基本處理過程是將(7)式研究的對象分解成兩個子過程如(8)式所示，分別對巴,a2進行研究，之后再將%,三合并，總體分析對K的影響，這有利于了解影響傳熱系數的因素和強化傳熱的途徑。(4)Q=T-twi1(5)所以:cAcKA(6)-tw2dT-

14、t當1ot2時，KfcOt2,反之當叫0.93,否則，實驗重做。五.原始數據記錄攀攀 挀愀 愀 愀愀戀攀攙挀挀愀 一甀洀戀攀爀攀攙開昀昀三百二十七萬六千八百五十二 2545 戀 昀攙挀 愀 愀 攀攀戀 一甀洀戀攀爀攀攙開戀昀挀 昀 愀 攙攀挀攙挀 一甀洀戀攀爀攀攙開攀愀昀 昀 攀挀 戀次性原始數據裝置號：，d外=19mm,6=1.5mm,L=1.3m,2.原始數據表序號蒸汽壓力Mpa蒸汽溫度TC冷流體3Vcm/h冷流體進口t1c冷流體出口12c下端壁溫tm下C上端壁溫tm上C12345六.計算七.過程運算表序號冷流體流里Vcm3/h執八、負荷QX10-4kj/hkj1傳熱系數KX10-42一q/mhC-4ahX10kj/m2hC-4民cX10kj/m2hCRe-4X10PrNucNu12345八.作圖法關聯曲線方程Nu/P04=aRb(17)取對數用作圖法待定上式函數中的常數a和b,方法如下：以直線為斜邊，作直角三角形，該三角形的高與該三角形底邊之比(長度比)的值，即為此函數的指數b;然后在直線上讀得一點坐標，將該坐標待入式(17),可求得常數a。九.實驗結果討論與分析1、