化工傳熱綜合實驗(共10頁)

1、PAGE PAGE 11 化工傳熱綜合實驗(shyn)裝置說明書天津大學化工基礎實驗(shyn)中心20117強化傳熱(chun r)又被學術界稱為第二代傳熱技術，它能減小初設計的傳熱面積，從而減小換熱器的體積和重量，提高現(xiàn)有換熱器換熱能力，減小換熱阻力，降低換熱器動力消耗，使換熱器在較低溫差下就可以工作，從而有效地利用能源，節(jié)省資金。強化傳熱的方法有多種，本實驗裝置采用的是在換熱器內管插入螺旋線圈的方法來達到強化傳熱的目的。圖-1 螺旋線圈內部結構螺旋(luxun)線圈內部結構如圖-1所示，線圈(xinqun)由直徑3mm以下的銅絲(tn s)和鋼絲按一定節(jié)距繞成。在普通套管換熱器內將金屬螺

2、旋線圈插入并固定，即構成強化傳熱管?？拷鼙趨^(qū)域，流體一方面受到螺旋線圈的作用而發(fā)生旋轉，一方面還周期性地受到線圈螺旋金屬絲的擾動，使湍流程度增大，減小層流內層厚度，從而達到強化傳熱的目的。由于繞制線圈的金屬絲直徑很細，流體旋流強度較弱，所以流動阻力小，有利于節(jié)省能源。螺旋線圈以線圈節(jié)距H與管內徑d的比值為技術參數，另外，管長與管徑之比（管徑比）是影響傳熱效果和阻力系數的重要因素。強化傳熱的機理較為復雜，經過多年實驗研究，人們總結出了的經驗公式，其中B和m值的大小因螺旋絲尺寸不同而變化。按照實驗方法操作，確定不同流量下Rei與Nu的數值，再通過線性回歸最終確定B和m的數值。單純研究強化手段的強

3、化效果（不考慮阻力的影響），可以用強化比的概念作為評判指標，它的形式是：Nu/Nu0，其中Nu是強化管的努塞爾準數，Nu0是普通管的努塞爾準數，顯然，強化比Nu/Nu01，且比值越大，強化效果越好。1.傳熱綜合實驗裝置流程圖見圖-2，儀表面板示意圖見圖-3。 圖-2 空氣-水蒸氣傳熱綜合(zngh)實驗裝置流程圖 1-液位計；2-儲水罐；3-排水閥；4-蒸汽(zhn q)發(fā)生器；5-強化套管蒸汽進口閥； 6-光滑套管(to un)蒸汽進口閥；7-光滑套管換熱器；8-內插有螺旋線圈的強化套管換熱器；9-光滑套管蒸汽出口；10-強化套管蒸汽出口；11-光滑套管空氣進口閥；12-強化套管；空氣進口閥

4、；13-孔板流量計；14-空氣旁路調節(jié)閥；15-旋渦氣泵2.實驗裝置主要技術參數1.傳熱管結構參數見附表一 表一：傳熱管結構參數實驗內管內徑di（mm）20.00實驗內管外徑do（mm）22.0實驗外管內徑Di（mm）50實驗外管外徑Do（mm）57.0測量段（紫銅內管）長度l（m）1.20強化管內插物螺旋線圈尺寸絲徑h（mm）1節(jié)距H（mm）40加熱釜操作電壓200伏操作電流10安 圖-3 實驗(shyn)儀表面板(min bn)圖2.空氣(kngq)流量計(1)孔板壓力傳感器及數字顯示儀表組成空氣流量計?？諝饬髁坑晒剑?）計算： （1）式中：- 20 下的體積流量，m3/h ；-孔板兩端

5、壓差，KPa；-空氣在入口溫度（即流量計處溫度）下的密度（kg/m3）。 (2)實驗條件下空氣流量V (m3/h)計算: （2）式中：V-實驗(shyn)條件（管內(un ni)平均溫度）下空氣(kngq)流量，m3/h； -換熱器管內平均溫度，； t1-換熱器內管空氣進口（即流量計處）溫度，。3.溫度測量 (1)空氣進入傳熱管測量段前的溫度t1()由電阻溫度計測量，數字顯示儀表直接讀出。 (2)空氣流出傳熱管測量段時的溫度t2 ()由電阻溫度計測量，數字顯示儀表直接讀出。(3)管外壁面平均溫度tw()由數字溫度計測量,熱電偶由銅-康銅組成。4.蒸汽發(fā)生器： 產生水蒸汽的裝置,內裝2.5kw電

6、熱器一支, 加熱電壓控制160伏左右，加熱約15分鐘后水開始沸騰有蒸汽產生。蒸氣發(fā)生器旁邊配有方型水箱，可連續(xù)向蒸汽發(fā)生器內注水。每次實驗前應先檢查水箱液位，其液位不得低于水箱高度三分之二時方可加熱，以免由于缺水使加熱器干燒造成事故。5.氣源(鼓風機)又稱旋渦氣泵, 型號XGB-12。6.穩(wěn)定時間，是指當外管內充滿飽和蒸汽,并從不凝氣排出口有適量汽(氣)體排出時,調節(jié)好空氣流量3-5分鐘左右，空氣出口溫度t2()可基本穩(wěn)定不變此段時間稱為穩(wěn)定時間。三、實驗方法及步驟： 1.實驗前的檢查準備工作： (1)向水箱中加水至液位計上端，保證水箱液位不低于水箱高度三分之二。 (2)檢查空氣旁路調節(jié)閥是否

7、全開。 (3)檢查蒸氣管支路各控制閥是否已打開，保證蒸汽和空氣管線暢通。2. 開始實驗： (1)接通(ji tn)電源總開關(kigun)，設定(sh dn)加熱電壓(不大于200V)，啟動電加熱器開始加熱。 (2)當有水蒸氣從套管換熱器不凝氣排出口冒出時開始實驗。請注意整個實驗過程中要始終保持該出口有水蒸氣冒出。 (3)啟動風機，通過旁路調節(jié)閥調節(jié)空氣流量,保持一定流量，穩(wěn)定3-5分鐘，分別測取空氣的流量、空氣進、出口溫度，由溫度巡檢儀測量（提示：下標1代表光滑管空氣入口溫度、2代表光滑管空氣出口溫度、3代表粗糙管空氣入口溫度、4代表粗糙管空氣出口溫度）,換熱器內管壁面的溫度由溫度巡檢儀測量

8、（提示：上代表光滑管壁面溫度；下代表粗糙管壁面度）。改變空氣流量，穩(wěn)定后繼續(xù)測取相關項數據。如此測定810組數據，作好記錄。五、附數據處理過程舉例：1.實驗數據處理過程 ( 以第一套普通管數據為例) 孔板流量計壓差計讀數 =0.89 KPa， 空氣進口溫度35.0 傳熱管壁面溫度=100.4 空氣出口溫度73.8 ，(1)傳熱管內徑及流通截面積 20.00()0.0200 (); 3.142(0.0200) 240.0003142（m2).(2)傳熱管有效長度 及傳熱面積 1.20 3.1420.021.200.07536(m2). (3)空氣平均物性常數(chngsh)的確定空氣(kngq)

9、定性(dng xng)溫度， = 54.4（）此溫度下空氣物性數據如下：平均密度 m 1.16(kg/m3)； 平均比熱 Cpm1005 (JKgk)；平均導熱系數 m0.0285(K)； 平均粘度 m0.0000198 ()；（4）空氣流過換熱器內管時平均體積流量和平均流速的計算孔板流量計體積流量：=0.653.140.01423600/4=14.12（m3/h） 傳熱管內平均體積流量: =15.78（m3/h）平均流速:=13.95（m/s）（5）壁面和冷流體間的平均溫度差的計算: = 100.454.4 = 46（）（6）傳熱速率186（W）（7）管內(un ni)傳熱系數 54（W/m

10、2）（8）各項準數:38=15389 其它(qt)組數據處理方法同上（數據(shj)處理見表二）。9.關聯(lián)式中的常數項確定：以為縱坐標，為橫坐標，在對數坐標系上標繪關系，見圖四中直線。由圖線回歸出如下結果： y = 0.0299x0.7195 即 10.套管換熱器數據重復以上測定步驟，對強化套管換熱器進行測定數據見表三。 11.強化套管換熱器實驗準數關聯(lián)圖見圖四。表 二 普 通 管 數 據 整 理 表裝置編號：11 - 普 通 管No.1234567流量（Kpa）0.891.782.773.704.685.746.73t1(）3535.9037.7040.0042.9046.9052.4t1(

11、Kg/m3)1.161.151.151.141.131.121.10t2(）73.871.871.271.472.273.776.2Tw(）100.4100.3100.3100.3100.3100.2100.3 (）54.4053.8554.4555.7057.5560.3064.30m(kg/m3)1.091.091.091.091.081.071.06m100(mK)2.852.852.852.862.882.902.93Cpm(JKgk)1005100510051005100510051005m10000()1.981.981.981.981.992.012.02t2-t1（）38.80

12、35.9033.5031.4029.3026.8023.80 (）46.0046.4545.8544.6042.7539.9036.00Vt1(m3/h)14.1220.0025.0129.0132.7736.5139.87Vm (m3/h)15.7822.3127.9532.5436.9741.5345.89um(m/s)13.9519.7324.7228.7732.6936.7240.58Q (W)186244285310327333322（W/m2）54708292101111119Re15389218212725431512354343921442394Nu38495864707681

13、Nu/(Pr0.4)44576774818894表 三 強 化 管 數 據 整 理 表 裝置編號：11 - 強化管No.1234567流量（Kpa）0.661.372.092.913.634.485.23t1(）36.336.4037.9040.5043.2048.7054.7t1(Kg/m3)1.151.151.151.141.131.111.09t2(）88.986.385.184.684.785.887.3Tw(）100.0100.0100.2100.3100.2100.3100.4 (）62.6061.3561.5062.5563.9567.2571.00m(kg/m3)1.061.0

14、71.071.061.061.051.03m100(mK)2.922.912.912.922.932.952.98Cpm(JKgk)1005100510051005100510051005m10000()2.022.012.012.022.022.042.05t2-t1（）52.6049.9047.2044.1041.5037.1032.60 (）37.4038.6538.7037.7536.2533.0529.40Vt1(m3/h)12.1917.5621.7425.7528.8732.3535.27Vm (m3/h)13.9620.0424.8129.4933.2037.5641.41um(m/s)12.3417.7221.9426.0729.3633.2136.62Q (W)206282328361378372350（W/m2）7397113127138149158Re13014188112327727500307303413636865Nu5067778794101106Nu/(P