傳熱綜合試驗(yàn)教學(xué)教材

1、傳熱綜合實(shí)驗(yàn)精品資料實(shí)驗(yàn)五傳熱綜合實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .通過(guò)對(duì)空氣一水蒸氣簡(jiǎn)單套管換熱器的實(shí)驗(yàn)研究，掌握對(duì)流傳熱系數(shù)i的測(cè)定方法，加深對(duì)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(guò)對(duì)管程內(nèi)部插有螺旋線圈的空氣一水蒸氣強(qiáng)化套管換熱器的實(shí)驗(yàn)研 究,測(cè)定其準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式Nu=BR即常數(shù)B、m的值和強(qiáng)化比Nu/Nu, 了解強(qiáng)化傳 熱的基本理論和基本方式。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 .測(cè)定56個(gè)不同流速下普通套管換熱器的對(duì)流傳熱系數(shù)一對(duì)i的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，求關(guān)聯(lián)式 Nu=ARPr0.4中常數(shù)A、m的值。2 .測(cè)定56個(gè)不同流速下強(qiáng)化套管換熱器的對(duì)流傳

2、熱系數(shù)i ,對(duì)i的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)驗(yàn)1所得準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式求得Nit,計(jì)算傳熱強(qiáng)化比 Nu/Nuoo實(shí)驗(yàn)原理(一)普通套管換熱器傳熱系數(shù)及其準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的測(cè)定1 .對(duì)流傳熱系數(shù)i的測(cè)定對(duì)流傳熱系數(shù)i可以根據(jù)牛頓冷卻定律，用實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定。因?yàn)?i<< o ,所以：i Ki Qi/ tmi(W/mC)式中：i 管內(nèi)流體對(duì)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(duì)數(shù)平均溫差， o,(Tw ti1) (Tw ti2)對(duì)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?yàn)閾Q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(rèn)為內(nèi)壁溫 度、外壁溫度和壁面平均溫度近似相等，用 Tw來(lái)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(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)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(cè)量段的實(shí)際長(zhǎng)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(jìn)出口平均溫度。2t i1 , t i2 , Tw, Vi可米取一定的測(cè)量手段得到。2 .對(duì)流傳熱系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的實(shí)驗(yàn)確定空氣在管內(nèi)作強(qiáng)制湍流，且被加熱，準(zhǔn)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(guò)實(shí)驗(yàn)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(qiáng)化套管換熱器傳熱系數(shù)、準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式及強(qiáng)化比的測(cè)定強(qiáng)化傳熱又被學(xué)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(dòng)力消耗，更有效地 利用能源和資金。強(qiáng)化傳熱的方法有多種，本實(shí)驗(yàn)裝置是采用在換熱器內(nèi)管插 入螺旋線圈的方法來(lái)強(qiáng)化傳熱的。圖5-1螺旋線圈強(qiáng)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(qiáng)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(dòng)，因而可 以使傳熱強(qiáng)化。由于繞制線圈的金屬絲僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝3精品資料直徑很細(xì)，流

6、體旋流強(qiáng)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(zhǎng)徑比 H/d是影響傳熱效果和阻力系數(shù)的重要因素?？茖W(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究總結(jié)了形式 為Nu BRem的經(jīng)驗(yàn)公式，其中B和m的值因螺旋絲尺寸不同而不同。在本實(shí)驗(yàn)中，采用普通管中的實(shí)驗(yàn)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(qiáng)化手段的強(qiáng)化效果（不考慮阻力的影響），可以用強(qiáng)化比的概念作 為評(píng)判準(zhǔn)則，它的形式是：Nu/Nuo ,其中Nu是強(qiáng)化管的努塞爾準(zhǔn)數(shù)，Nu是普 通管的努塞爾準(zhǔn)數(shù)，顯然，強(qiáng)化比 Nu/Nuo >1,而且它的值越大，強(qiáng)化效果越 好。需要說(shuō)

7、明的是，如果評(píng)判強(qiáng)化方式的真正效果和經(jīng)濟(jì)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(qiáng)化比較高，且阻力系數(shù)較小的強(qiáng)化方式，才是最佳的強(qiáng)化方 法。四、實(shí)驗(yàn)流程1.實(shí)驗(yàn)流程實(shí)驗(yàn)流程圖見(jiàn)圖52。實(shí)驗(yàn)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(jì)，由支路控制閥選擇不同的支 路進(jìn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)裝置流程圖僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)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(qiáng)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(jì)；7,風(fēng)機(jī)出口溫度（冷流體入 口溫度）測(cè)試點(diǎn)；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(jì)；18.冷凝液回流口表5-1實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)管內(nèi)徑di (mm20.00實(shí)驗(yàn)內(nèi)管外徑do (mm22.0實(shí)驗(yàn)外管內(nèi)徑D (mm50實(shí)驗(yàn)外管外徑Do (mm57.0測(cè)量段（紫銅內(nèi)管）長(zhǎng)度l （項(xiàng)1.00強(qiáng)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(shí)驗(yàn)測(cè)量手段 流量的測(cè)定：孔板流量計(jì)與壓力傳感器及數(shù)字顯示儀表組成空氣 流量計(jì)。空氣流量由下式計(jì)算：Vt0 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(cè)管段內(nèi)溫度的變化，還需對(duì)體積流量進(jìn)行進(jìn)一步的校正:ViVt0273 tmi293式中：v實(shí)驗(yàn)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(cè)量:a） 空氣進(jìn)、出傳熱管測(cè)量段的溫度由電阻溫度計(jì)測(cè)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(jì)測(cè)出與該溫度對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)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(jì)算得到。五、實(shí)驗(yàn)方法及步驟1 .實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備檢查工作向蒸汽發(fā)生器中加水至液位計(jì)上端紅線處。向冰水保溫瓶中加入適量的冰水，并將冷端補(bǔ)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(kāi)。僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)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(kāi)，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(dòng)電加熱器開(kāi)關(guān)，開(kāi)始加熱。2 .實(shí)驗(yàn)操作A.人工實(shí)驗(yàn)操作合上電源總開(kāi)關(guān)。打開(kāi)加熱電源開(kāi)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(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中始終保持換熱器出口處有水蒸氣。啟動(dòng)風(fēng)

11、機(jī)，用放空閥來(lái)調(diào)節(jié)流量，在一定的流量下 ，穩(wěn)定510分鐘后分 別測(cè)量空氣的流量、空氣進(jìn)出口溫度、壁面溫度。改變流量，待流量穩(wěn)定后再分別測(cè)量空氣的流量、空氣進(jìn)、出口溫度、 壁面溫度后繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，依次關(guān)閉加熱電源、風(fēng)機(jī)和總電源。一切復(fù)原。B.使用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制試驗(yàn)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)并按照操作說(shuō)明進(jìn)行操作；合上電源總開(kāi)關(guān)、加熱電源開(kāi)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(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中始終保持換熱器出口處有水蒸氣；計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)分別對(duì)空氣流量、空氣 進(jìn)出口溫度、換熱器水蒸氣溫度進(jìn)行采集；b.改變空氣流量，待操作穩(wěn)定后，分別用計(jì)算機(jī)測(cè)量空氣

12、流量、空氣進(jìn)出口溫度、水蒸氣溫度；c.用計(jì)算機(jī)對(duì)所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和整理，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并通過(guò)顯 示器顯示或打印出來(lái)。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1 .剛剛開(kāi)始加熱時(shí)，加熱電壓可在 180V左右，但不能過(guò)大；2 .由于采用熱電偶測(cè)溫，所以實(shí)驗(yàn)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(méi)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(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后， 進(jìn)行下一個(gè)實(shí)驗(yàn)之前，如果發(fā)現(xiàn)水位過(guò)低，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)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(kāi)。在轉(zhuǎn)換支路時(shí)，應(yīng)先開(kāi)啟需要的支路閥，再關(guān)閉另一 側(cè)，且開(kāi)啟和關(guān)閉控制閥要

13、緩慢，防止管線截?cái)嗷蛘羝麎毫^(guò)大突然噴出；5 .必須保證空氣管線的暢通。在接通風(fēng)機(jī)電源之前，兩個(gè)空氣支路控制閥 之一和旁路調(diào)節(jié)閥必須全開(kāi)。在轉(zhuǎn)換支路時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉風(fēng)機(jī)電源，然后開(kāi)啟和 關(guān)閉控制閥；僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理1 .將普通管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表一。并以一組數(shù)據(jù)為例寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程;2 .將粗糙管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表二。并以一組數(shù)據(jù)為例寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程;3 .以Re為橫坐標(biāo)，以Nu/Pr0.4為縱坐標(biāo)，將上述表中數(shù)據(jù)繪制在同一雙對(duì) 數(shù)坐標(biāo)圖中；4 .對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析與討論表1普通管實(shí)驗(yàn)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(shì)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(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)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(qiáng)化管實(shí)驗(yàn)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(shì)E(mv)

18、4.144.144.134.134.134.134.13表4強(qiáng)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(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)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