理论与实验

反应器内外流体对流换热系数的确定

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赵永利1、　郭开华2　曾　丽2　舒碧芬2　樊栓狮2

Ξ

(11中国科学技术大学,合肥,230026)　(21中国科学院广州能源研究所,广州510070)

　　摘　要　根据热量传递守恒方程,建立了以中心温度为变量的二阶微分方程,根据初始条件,利用龙格-库塔方法确定了中心温度理论值,与中心温度的实验值相比较,得到了反应器内外流体在不同扰动条件下的对流换热系数。

关键词　对流换热系数　龙格-库塔方法　反应器

一、引言

在实验室中,经常要测量反应器内工质(水和致冷

剂)在不同扰动条件下的反应释放热,由于反应器内工质的温度和反应器外流体的温度均可以测量,这就需要知道反应器内外壁面的对流换热系数。本文用水代替实际的反应工质在该反应器上进行实验,来确定对流换热系数。

二、,圆筒的前

,筒内容积为0114升反应器放置在恒温水浴中,可以绕着支架转动。反应器内流体的温度和水浴温度由铂电阻温度传感器测量,数据采集仪每隔15秒自动采集一次,由计算机记录,存盘、打印输出。反应器通过曲柄连杆机构被调速电机带动。

实验装置如图1所示,图中,1为调速电机,2为连杆,3为温度传感器,4为摇臂,5为反应器,6为恒温水浴,7为保温层,8为支架

。

将反应器中装入与反应工质相同体积的水,在室温条件下放置一段时间。将恒温水浴温度设定至3℃,然后进行冷却实验。将反应器放入水浴中,打开调速电机带动反应器扰动。。

,。

三,而且反应器的金属壁较薄,可假定:

(1)铂电阻测出的反应器中心温度表示整个容器反应介质的温度;

(2)反应器器壁温度是均匀的;

(3)由于实验系统的温度从室温条件下降至水浴

温度,在此范围内,水和反应器的比热为常数。

把容器内的水取为控制体1,对控制体1列出热量传递微分方程:

()=k1s1(Tc-Ts)

dt

(1)

把容器器壁取为控制体2,对控制体2列出热量传递微分方程:

()=k2s2(T∞-Tc)-k1s1(Tc-Ts)(2)

dt

其中,T∞为水浴温度,Ts为中心温度,Tc为壁面温度,t为时间,(cpm)h代表容器内水的比热和质量乘积,(cpm)g反应器的比热和质量乘积,k1为内壁面的对流换热系数,s1为内壁面的面积,k2为外壁面的对流换热系数,s2为外壁面的面积。

(2)两个方程,令A=k1s1,B=k2s2,结合式(1)、消去壁面温度Tc,得到:

Ξ本文受国家自然科学基金和中国科学院院长基金资助

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