傳熱綜合試驗教學教材

1、傳熱綜合實驗精品資料實驗五傳熱綜合實驗一、實驗?zāi)康? .通過對空氣一水蒸氣簡單套管換熱器的實驗研究，掌握對流傳熱系數(shù)i的測定方法，加深對其概念和影響因素的理解。并應(yīng)用線性回歸分析方法，確 定關(guān)聯(lián)式Nu=ARhr0.4中常數(shù)A、m的值。2 .通過對管程內(nèi)部插有螺旋線圈的空氣一水蒸氣強化套管換熱器的實驗研 究,測定其準數(shù)關(guān)聯(lián)式Nu=BR即常數(shù)B、m的值和強化比Nu/Nu, 了解強化傳 熱的基本理論和基本方式。二、實驗內(nèi)容1 .測定56個不同流速下普通套管換熱器的對流傳熱系數(shù)一對i的實驗數(shù)據(jù)進行線性回歸，求關(guān)聯(lián)式 Nu=ARPr0.4中常數(shù)A、m的值。2 .測定56個不同流速下強化套管換熱器的對流傳

2、熱系數(shù)i ,對i的實驗數(shù)據(jù)進行線性回歸，求關(guān)聯(lián)式 Nu=BR"常數(shù)B m的值。3 .同一流量下，按實驗1所得準數(shù)關(guān)聯(lián)式求得Nit,計算傳熱強化比 Nu/Nuoo實驗原理(一)普通套管換熱器傳熱系數(shù)及其準數(shù)關(guān)聯(lián)式的測定1 .對流傳熱系數(shù)i的測定對流傳熱系數(shù)i可以根據(jù)牛頓冷卻定律，用實驗來測定。因為 i<< o ,所以：i Ki Qi/ tmi(W/mC)式中：i 管內(nèi)流體對流傳熱系數(shù)， W/(m/?C );Q一換熱器傳熱速率，WSi管內(nèi)換熱面積，品；tmi 一對數(shù)平均溫差， o,(Tw ti1) (Tw ti2)對數(shù)平均溫差由下式確定：tmi(Tw k)In (Tw ti2

3、)式中：ti1, ti2冷流體的入口、出口溫度，C；Tw一壁面平均溫度，C；因為換熱器內(nèi)管為紫銅管，其導(dǎo)熱系數(shù)很大，且管壁很薄，故認為內(nèi)壁溫 度、外壁溫度和壁面平均溫度近似相等，用 Tw來表示，管外為蒸汽冷凝，因 此，將壁面平均溫度近似視為蒸汽的溫度，且保持不變。僅供學習與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝2精品資料傳熱面積（內(nèi)）：Sdi Li式中：di傳熱管內(nèi)徑，m；Li一傳熱管測量段的實際長度，m由熱量衡算式：QiWicpi（ti2ti1）Vi i其中質(zhì)量流量由下式求得：Wi 3600式中：V冷流體在套管內(nèi)的平均體積流量,Cpi冷流體的定壓比熱，kJ / （kgCpi和P i冷流體的密度，k

4、g /m 3。Pi可根據(jù)定性溫度t mi查得，tmi匚也為冷流體進出口平均溫度。2t i1 , t i2 , Tw, Vi可米取一定的測量手段得到。2 .對流傳熱系數(shù)準數(shù)關(guān)聯(lián)式的實驗確定空氣在管內(nèi)作強制湍流，且被加熱，準數(shù)關(guān)聯(lián)式的形式為:其中：Nu i物性數(shù)據(jù)入i、Nu iCpi、 pi、m 0.4A Rei PriReiu卜i可根據(jù)定性溫度Pric pi iit mi查得。這樣通過實驗確定不同流量下的Re與Nui ,再用線性回歸方法即可確定 A和m的值。（二）、強化套管換熱器傳熱系數(shù)、準數(shù)關(guān)聯(lián)式及強化比的測定強化傳熱又被學術(shù)界稱為第二代傳熱技術(shù)，它能減小換熱器的傳熱面積， 以減小換熱器的體積

5、和重量；提高現(xiàn)有換熱器的換熱能力；使換熱器能在較低 溫差下工作；并且能夠減少換熱器的阻力以減少換熱器的動力消耗，更有效地 利用能源和資金。強化傳熱的方法有多種，本實驗裝置是采用在換熱器內(nèi)管插 入螺旋線圈的方法來強化傳熱的。圖5-1螺旋線圈強化管內(nèi)部螺旋線圈的結(jié)構(gòu)圖如圖5-1所示， 螺旋線圈由直徑3mmz下的銅絲和鋼絲 按一定節(jié)距繞成。將金屬螺旋線圈插入 并固定在管內(nèi)，即可構(gòu)成一種強化傳熱 管。在近壁區(qū)域，流體一面由于螺旋線 圈的作用而發(fā)生旋轉(zhuǎn)，一面還周期性地 受到線圈的螺旋金屬絲的擾動，因而可 以使傳熱強化。由于繞制線圈的金屬絲僅供學習與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝3精品資料直徑很細，流

6、體旋流強度也較弱，所以阻力較小，有利于節(jié)省能源。螺旋線圈 是以線圈節(jié)距h與管內(nèi)徑d的比值以及管壁粗糙度為主要技術(shù)參數(shù)，長徑比 H/d是影響傳熱效果和阻力系數(shù)的重要因素?？茖W家通過實驗研究總結(jié)了形式 為Nu BRem的經(jīng)驗公式，其中B和m的值因螺旋絲尺寸不同而不同。在本實驗中，采用普通管中的實驗方法確定不同流量下的Re與Nu,用線性回歸方法可確定B和m的值。研究強化手段的強化效果（不考慮阻力的影響），可以用強化比的概念作 為評判準則，它的形式是：Nu/Nuo ,其中Nu是強化管的努塞爾準數(shù)，Nu是普 通管的努塞爾準數(shù)，顯然，強化比 Nu/Nuo >1,而且它的值越大，強化效果越 好。需要說

7、明的是，如果評判強化方式的真正效果和經(jīng)濟效益，則必須考慮阻 力因素，阻力系數(shù)隨著換熱系數(shù)的增加而增加，從而導(dǎo)致?lián)Q熱性能的降低和能 耗的增加，只有強化比較高，且阻力系數(shù)較小的強化方式，才是最佳的強化方 法。四、實驗流程1.實驗流程實驗流程圖見圖52。實驗裝置的主體是兩根平行的換熱套管，空氣由旋 渦氣泵吹出，由旁路調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，經(jīng)孔板流量計，由支路控制閥選擇不同的支 路進入不同的換熱管的內(nèi)管。蒸汽由加熱釜產(chǎn)生后由蒸汽上升管上升，經(jīng)支路 控制閥選擇不同的支路進入套管殼程。裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)如表5-1所示。圖5-2 空氣-水蒸氣傳熱綜合實驗裝置流程圖僅供學習與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝4精品資料1,普通

8、套管換熱器；2.內(nèi)插有螺旋線圈的強化套管換熱器；3.蒸汽發(fā)生器；4.旋渦氣泵；5.旁路調(diào)節(jié)閥；6.孔板流量計；7,風機出口溫度（冷流體入 口溫度）測試點；8、9.空氣支路控制閥； 10、11.蒸汽支路控制閥；12、13.蒸汽放空口； 14.蒸汽上升主管路；15.加水口； 16.放水口； 17.液位計；18.冷凝液回流口表5-1實驗裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)實驗內(nèi)管內(nèi)徑di (mm20.00實驗內(nèi)管外徑do (mm22.0實驗外管內(nèi)徑D (mm50實驗外管外徑Do (mm57.0測量段（紫銅內(nèi)管）長度l （項1.00強化內(nèi)管內(nèi)插物絲徑h (mm1（螺旋線圈）尺寸節(jié)距H (mm40加熱釜操作電壓0200 伏操作

9、電流010安2.實驗測量手段 流量的測定：孔板流量計與壓力傳感器及數(shù)字顯示儀表組成空氣 流量計?？諝饬髁坑上率接嬎悖篤t0 18.113 P 0,6203式中：V20c下的體積流量；A P一孔板兩端壓差，KPa （即數(shù)字顯示儀表讀數(shù)）由于被測管段內(nèi)溫度的變化，還需對體積流量進行進一步的校正:ViVt0273 tmi293式中：v實驗條件下（管內(nèi)平均溫度）下的空氣流量，m/h；t mi 一換熱器管內(nèi)平均溫度，C溫度測量:a） 空氣進、出傳熱管測量段的溫度由電阻溫度計測量，可由數(shù)字顯示儀表直接讀出。b） 管外壁面平均溫度 C ）,由數(shù)字式毫伏計測出與該溫度對應(yīng)的熱電勢E（mv,熱電偶是由銅一康銅組

10、成）,將E值代入公式:T w（ C ）=1.2705+23.518 XE（mv）計算得到。五、實驗方法及步驟1 .實驗前的準備檢查工作向蒸汽發(fā)生器中加水至液位計上端紅線處。向冰水保溫瓶中加入適量的冰水，并將冷端補償熱電偶插入其中 檢查空氣流量旁路調(diào)節(jié)閥是否全開。僅供學習與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝5精品資料檢查蒸汽管支路各控制閥是否已打開，保證蒸汽和空氣管線暢通。接通電源總閘，設(shè)定加熱電壓，啟動電加熱器開關(guān)，開始加熱。2 .實驗操作A.人工實驗操作合上電源總開關(guān)。打開加熱電源開關(guān)，設(shè)定加熱電壓（不得大于200V）,直至有水蒸氣冒出， 在整個實驗過程中始終保持換熱器出口處有水蒸氣。啟動風

11、機，用放空閥來調(diào)節(jié)流量，在一定的流量下 ，穩(wěn)定510分鐘后分 別測量空氣的流量、空氣進出口溫度、壁面溫度。改變流量，待流量穩(wěn)定后再分別測量空氣的流量、空氣進、出口溫度、 壁面溫度后繼續(xù)實驗。實驗結(jié)束后，依次關(guān)閉加熱電源、風機和總電源。一切復(fù)原。B.使用計算機自動控制試驗啟動計算機并按照操作說明進行操作；合上電源總開關(guān)、加熱電源開關(guān)，設(shè)定加熱電壓（不得大于200V，直至有水蒸氣冒出，在整個實驗過程中始終保持換熱器出口處有水蒸氣；計算機數(shù)據(jù)采集a.用放空閥調(diào)節(jié)流量，待操作穩(wěn)定后，用計算機分別對空氣流量、空氣 進出口溫度、換熱器水蒸氣溫度進行采集；b.改變空氣流量，待操作穩(wěn)定后，分別用計算機測量空氣

12、流量、空氣進出口溫度、水蒸氣溫度；c.用計算機對所得實驗數(shù)據(jù)進行計算和整理，得出實驗結(jié)果，并通過顯 示器顯示或打印出來。六、實驗注意事項1 .剛剛開始加熱時，加熱電壓可在 180V左右，但不能過大；2 .由于采用熱電偶測溫，所以實驗前要檢查冰桶中是否有冰水混合物共 存，檢查熱電偶的冷端是否全部浸沒在冰水混合物中；3 .檢查蒸汽發(fā)生器中的水位是否在正常范圍內(nèi)，特別是每個實驗結(jié)束后， 進行下一個實驗之前，如果發(fā)現(xiàn)水位過低，應(yīng)及時補給水量；4 .必須保證蒸汽上升管線的暢通。在給蒸汽發(fā)生器電壓之前，兩蒸汽支路 控制閥之一必須全開。在轉(zhuǎn)換支路時，應(yīng)先開啟需要的支路閥，再關(guān)閉另一 側(cè)，且開啟和關(guān)閉控制閥要

13、緩慢，防止管線截斷或蒸汽壓力過大突然噴出；5 .必須保證空氣管線的暢通。在接通風機電源之前，兩個空氣支路控制閥 之一和旁路調(diào)節(jié)閥必須全開。在轉(zhuǎn)換支路時，應(yīng)先關(guān)閉風機電源，然后開啟和 關(guān)閉控制閥；僅供學習與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝6精品資料6 .調(diào)節(jié)流量后，應(yīng)至少穩(wěn)定510分鐘后讀取實驗數(shù)據(jù) 七、實驗數(shù)據(jù)整理1 .將普通管實驗數(shù)據(jù)填入表一。并以一組數(shù)據(jù)為例寫出計算過程;2 .將粗糙管實驗數(shù)據(jù)填入表二。并以一組數(shù)據(jù)為例寫出計算過程;3 .以Re為橫坐標，以Nu/Pr0.4為縱坐標，將上述表中數(shù)據(jù)繪制在同一雙對 數(shù)坐標圖中；4 .對實驗結(jié)果進行分析與討論表1普通管實驗記錄1234567傳熱管

14、內(nèi)徑di m0.0020.0020.0020.00 20.00 20.0020.00 2流通截卸積A, m23.143.143.143.143.143.143.14孔板壓差(Kpa)0.150.480.911.471.982.492.95空氣入口溫度 t(c)26.232.334.736.838.940.842.4空氣出口溫度 ti2(C)75.173.973.172.272.372.472.6壁面熱電勢E(mv)4.154.134.124.124.124.114.10表2普通管數(shù)據(jù)整理1234567壁面溫度Tw( C)98.998.498.298.297.997.797.4平均溫差A(yù)tm(C

15、)43.841.941.441.240.038.937.3管內(nèi)平均溫度 tmi(C)50.653.153.954.555.656.657.53、p(kg/m )1.0911.0831.0861.07 81.0751.0711.068Cp1.0051.00 51.0051.00 51.0051.0051.005Pr0.69 80.69 70.6970.6970.6970.6970.6961002.83 02.8472.8542.8582.8462.8722.878僅供學習與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝7精品資料01000001.961.971.981.981.991.992.00流通截卸積A

16、, m2*10A-43.143.143.143.143.143.143.14管內(nèi)流量V(m3/h)6.1712.7919.0625.7 131.0335.8839.9 7空氣流速u(m/s)5.4611.3 116.8622.7427.4531.7435.36管內(nèi)傳熱面積Si m2*10A-26.286.286.286.286.286.286.28傳熱量Q(W)0.09 20.16 10.22 20.2740.3110.3390.36a (W/r C)0.0330.0660.0850.1060.1240.1390.15 1Re6078 .412435.318494.924761.3296573

17、4164.437764.5Nu0.0230.0460.0590.0740.0860.09 70.1050 4Nu/(Pr . )0.0260.0530.06 80.08 50.0990.11 20.12 1表3 強化管實驗記錄及數(shù)據(jù)整理1234567傳熱管內(nèi)徑di,m0.00 20.00 20.00 20.00 20.0020.00 20.00 2孔板壓差(Kpa)0.150.480.911.471.982.492.88空氣入口溫度 f)78.275.074.272.773.073.774.4空氣出口溫度 ti2(C)78.275.074.272.773.073.774.4壁面熱電勢E(mv)

18、4.144.144.134.134.134.134.13表4強化管數(shù)據(jù)整理1234567管內(nèi)傳熱面積Si,6.286.286.286.286.286.286.28m2*10A-2管內(nèi)平均溫度 tmi(C)54.653.654.154.555.9557.458.7555555八，3、1.071.081.071.071.0731.061.06p(kg/m )819883Cpr 1.001.00 11.001.001.001.00 155551.00555僅供學習與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝8精品資料Pr0.69 70.69 70.69 70.69 70.6970.6960.6961002.8582.85 12.8542.8572.8682.8782.88501000001.98 21.9871.98 01.98 21.9901.99 82.00 2壁卸溫度Tw( C)98.698.698.498.498.498.498.4平均溫差A(yù)tm(C)41.841.341.041.340.138.737.5管內(nèi)流量Vi(m3/h)6.2412.8119.0725.7131.0635.9739.53流通截卸積A, m2*10-43.143.143.143.143.143.143.14空氣流速u(m/s)5.5211.316.7 822.7427.4831.8234.97