液液傳熱實(shí)驗(yàn)講義

1、傳熱（冷水熱水）綜合實(shí)驗(yàn)講義一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 通過對冷水熱水簡單套管換熱器的實(shí)驗(yàn)研究，掌握對流傳熱系數(shù) a 及總傳熱系數(shù) K o 的測定方法，加深對其概念和影響因素的理解。m 0.4二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 在套管式換熱器中，測定 56 個不同流速下，管內(nèi)冷水與管間熱水之間的總傳熱系數(shù) K o ；流體與管壁面間對流傳熱系數(shù) a o 和 a i 。2 將測定值同運(yùn)用 K o 與 a o ， a i 之間關(guān)系式計(jì)算得出的 a i 值進(jìn)行比較；計(jì)算得出 Nu1(實(shí)驗(yàn))和 Nu2(計(jì)算)的值3 對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，求關(guān)聯(lián)式 Nu1(實(shí)驗(yàn))=ARemPr0.4 和 Nu2(計(jì)算)=ARemPr0.4 中常數(shù)

2、A、m 的值。三、 實(shí)驗(yàn)原理1 總傳熱系數(shù) K o 的測定：由總傳熱速率方程式Q = K o So Dtm （1-1）Q（1-2）式中：Q 傳熱速率，W；S o 換熱管的外表面積，m2；Dtm 對數(shù)平均溫度差，；K o 基于管外表面積的總傳熱系數(shù)，W/( m2·)；由熱量衡算式：Q = WCCP (t2 - t1 ) （1-3）12 學(xué)會應(yīng)用線性回歸分析方法，確定關(guān)聯(lián)式 Nu = ARe Pr中常數(shù) A、m 的值；Ko =SoDtm式中：WC 冷流體的質(zhì)量流量，kg/s；CP 冷流體的定壓比熱，kJ/( kg·)；t1 , t 2 分別為冷流體進(jìn)、出口溫度，；So = pd

3、 o L （1-4）式中： d o 傳熱管的外徑，m；L 傳熱管的有效長度，m；= （1-5）ln ln 1式中：T1，T2 分別為熱流體進(jìn)、出口溫度，；2 對流傳熱系數(shù)a i ， a o 的測定對流傳熱系數(shù)a i ， a o 可以根據(jù)牛頓冷卻定律來實(shí)驗(yàn)測定：Q = a i Si (t wm - tm ) （1-6）Q（1-7）式中：Si 換熱管的內(nèi)表面積， Si = pdi L m2；t m 冷流體平均溫度， t m = ；2t wm 換熱管內(nèi)壁表面的平均溫度，；同理：Q（1-8）式中： Tm 熱流體平均溫度， Tm = ；2Twm 換熱管外壁表面的平均溫度，；因?yàn)閭鳠峁転樽香~管，其導(dǎo)熱系數(shù)

4、很大，加上傳熱管壁很薄故認(rèn)為 Twm » t wm ， Twm 用熱電偶來測量。3 總傳熱系數(shù)計(jì)算式2Dt m =Dt 2 - Dt1 (T1 - t 2 ) - (T2 - t1 )Dt 2T - t 2Dt1T2 - t1Si (t wm - t m )t1 + t 2So (Tm - Twm )T1 + T21（1-9）d o bd o 1a i d i ld m a o4、三個準(zhǔn)數(shù)Pr = （1-10）Nu = （1-11）Re = （1-12）冷流體在管內(nèi)作強(qiáng)制湍流，準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的形式為Nu = A Re m Pr n其中：取冷流體的定性溫度為定值，物性數(shù)據(jù) l 、Cp、 r

5、 、 m 可根據(jù)冷流體定性溫度查得。則普蘭特準(zhǔn)數(shù) Pr 是常數(shù)，則關(guān)聯(lián)式的形式簡化為：Nu = A Re m Pr0.4通過實(shí)驗(yàn)確定不同流量下的 Re 與 Nu ，然后用線性回歸方法確定 A 和 m 的值。四、 實(shí)驗(yàn)裝置與流程實(shí)驗(yàn)流程圖及基本結(jié)構(gòu)參數(shù)：如圖 2-1 所示，實(shí)驗(yàn)裝置的主體是一根平行的套管換熱器，內(nèi)管為紫銅材質(zhì)，外管為不銹鋼管，兩端用不銹鋼法蘭固定。實(shí)驗(yàn)的熱流體在電加熱釜內(nèi)加熱，其內(nèi)有 2 根 2.5KW 螺旋形電加熱器，用 220 伏電壓加熱；經(jīng)熱流體循環(huán)泵進(jìn)入換熱器的殼程。冷流體由離心泵抽出，由流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)入換熱器的管程。達(dá)到逆流換熱的效果。東 3oK =+1

6、8T89+ -+- +- +- 101772 2120131441162223 15圖 2-1 水-水熱交換器流程及裝備圖實(shí)驗(yàn)裝置：1給水閥；2高位槽；3流量調(diào)節(jié)閥；4轉(zhuǎn)子流量計(jì)；5、7、17銅康銅熱偶；6、19熱敏電阻溫度傳感器；8二次儀表；9熱電偶冷端溫度補(bǔ)償器；10熱電偶接線板；11加水口；12電加熱釜；13液位計(jì)；14加熱釜電源；15熱水循環(huán)泵；16泵電機(jī)電源；18數(shù)字溫度計(jì)；20傳熱管；21套管；22高位槽溢流。23離心泵；24熱水流量調(diào)節(jié)閥；五、 注意事項(xiàng)1 由于采用熱電偶測溫，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，是否全部浸沒在冰水混合物中。2 檢查電加熱

7、釜中的水位是否在正常范圍內(nèi)。特別是每個實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行下一實(shí)驗(yàn)之前，如果發(fā)現(xiàn)水位過低，應(yīng)及時補(bǔ)給水量。3 調(diào)節(jié)流量后，應(yīng)在流量計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定后再讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。4-+FI61951112243六、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告1 傳熱實(shí)驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)表、數(shù)據(jù)結(jié)果表（換熱量、傳熱系數(shù)、各準(zhǔn)數(shù)以及重要的中間計(jì)算結(jié)果）、準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的回歸過程、結(jié)果與具體的回歸方差分析，并以其中一組數(shù)據(jù)的計(jì)算舉例。2 在同一雙對數(shù)坐標(biāo)系中繪制 Nu1/Pr0.4Re 和 Nu2/Pr0.4Re 的關(guān)系圖。3 對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析與討論。七、 實(shí)驗(yàn)步驟傳熱實(shí)驗(yàn)仿真主要設(shè)備介紹圖如下圖 2-2 所示：方 仿 真圖 2-2 傳熱實(shí)驗(yàn)仿真設(shè)備介紹圖 到“參

8、數(shù)設(shè)置”界面設(shè)置套管長度、套管外徑、套管內(nèi)徑，設(shè)置冷水進(jìn)口溫度。點(diǎn)“實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)置”記錄到實(shí)驗(yàn)報(bào)表中。注意：參數(shù)設(shè)置好后在本實(shí)驗(yàn)中不可更改。 在“實(shí)驗(yàn)裝置圖”中，檢查電加熱釜液位計(jì)，若發(fā)現(xiàn)水量較少，打開注水閥 VA103，補(bǔ)充水量至 2/3 處； 在“儀表面板一”中，打開電源總開關(guān)，啟動冷水離心泵電源開關(guān)； 在“實(shí)驗(yàn)裝置圖”中，打開冷水給水閥 VA101 至最大；等待高位槽有溢流后，再打開流量調(diào)節(jié)閥 VA102；5 在“儀表面板一”中，啟動電加熱釜開關(guān)，加熱電加熱釜中的水；啟動熱水循環(huán)泵電源開關(guān)； 在“實(shí)驗(yàn)裝置圖”中，打開熱水給水閥 VA104，設(shè)定閥門開度為 50%，保持熱水的流量固定不變；

9、通過調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥 VA102 的開度，調(diào)節(jié)流量所需值，在“儀表面板一”界面查看流量，待數(shù)值穩(wěn)定后，到“實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一”面板點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄一”和“實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)二”面板點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄二”按鈕，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)至“實(shí)驗(yàn)報(bào)表”。 回到“實(shí)驗(yàn)裝置圖”中，調(diào)節(jié)閥門 VA102 開度由小到大或由大到小，重復(fù)步驟 7，記錄 6 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。八、 注意事項(xiàng)：所有錯誤操作提示以動畫燈泡為標(biāo)志： 若打開電源總開關(guān)、冷水離心泵開關(guān)，且高位槽液位沒有恒定，就打開流量調(diào)節(jié)閥 VA102時，出現(xiàn)提示： 若打開電源總開關(guān)、電加熱釜開關(guān)，未打開注水閥 VA103，但電加熱釜液位較低時，出現(xiàn)提示：東 方-322九、 思考題1 間壁

10、式換熱器的傳熱機(jī)理是（）。A. 熱傳導(dǎo)；B. 對流給熱； C. 熱輻射；答案：A、B62 本實(shí)驗(yàn)傳熱過程中冷熱流體的接觸方式是（）。A直接接觸式傳熱； B. 間壁式傳熱； C. 蓄熱式傳熱；答案：B3 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的主要特點(diǎn)是( )。A. 恒截面,恒壓差； B. 變截面,變壓差；C. 恒流速,恒壓差； D. 變流速,恒壓差；答案：C4 有關(guān)轉(zhuǎn)子流量計(jì)，下面哪一種說法是錯誤的。A. 轉(zhuǎn)子流量計(jì)為變截面的流量計(jì)；B. 通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流體壓力降與流量無關(guān)；C. 只能用于測定液體的流量；D. 當(dāng)所測流體的密度變化時需要校準(zhǔn)；答案：D5 在多層壁中，溫度差隨熱阻的變化是（）。A. 熱阻越大溫度差越大；

11、B. 熱阻越大溫度差越??； C. 溫度差不隨熱阻的變化而變化；答案：A6 影響傳熱系數(shù)的主要因素有（）。A. 液體的狀態(tài)：流體在傳熱過程中是否有相變化。有相變化時傳熱系數(shù)比無相變化時小。B. 流體的物理性質(zhì)；C. 流體的運(yùn)動狀況：層流、過渡流或湍流；D. 流體對流的狀況：自然對流、強(qiáng)制對流；E. 傳熱表面的形狀、位置及大?。淮鸢福築、C、D、E7 在本實(shí)驗(yàn)中，換熱器中流體流動的方向是（）。7A.并流； B. 逆流； C. 錯流； D. 折流；答案：B8 流體在管路中作穩(wěn)態(tài)流動時,具有（）特點(diǎn)。A. 呈平緩的滯流；B. 呈勻速運(yùn)動；C. 在任何截面處流速，流量，壓強(qiáng)等物理參數(shù)都相等；D. 任一截面處的流速，流量，壓強(qiáng)等物理參數(shù)不隨時間而變化；答案：D9 離心泵為什么要在出口閥門關(guān)閉的情況下啟動電機(jī)？A. 防止離心泵里的液體漏掉；B. 因?yàn)榇藭r離心泵的功率最小，開機(jī)噪音小；C. 因?yàn)榇藭r離心泵的功率最小，即電機(jī)電流為最?。籇