实验四---传热实验

1实验四气-汽对流传热实验一、实验目的⒈了解套管换热器的结构。⒉通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m的值。二、实验原理2.1对流传热系数i的测定在该传热实验中，空气走内管，蒸气走外管。对流传热系数i可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定imiiStQ（1）式中：i—管内流体对流传热系数，W/(m2·℃)；Qi—管内传热速率，W；Si—管内换热面积，m2；mt—内壁面与流体间的温差，℃。mt由下式确定：221ttttwm（2）式中：t1，t2—冷流体的入口、出口温度，℃；tw—壁面平均温度，℃；因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用tw来表示。管内换热面积：iiiLdS（3）式中：di—内管管内径，m；Li—传热管测量段的实际长度，m。由热量衡算式：)(12ttCpWQmmi（4）其中质量流量由下式求得：3600mmmVW（5）式中：mV—冷流体在套管内的平均体积流量，m3/h；mCp—冷流体的定压比热，kJ/(kg·℃)；2m—冷流体的密度，kg/m3。mCp和m可根据定性温度tm查得，221tttm为冷流体进出口平均温度。t1，t2，tw，mV可采取一定的测量手段得到。2.2对流传热系数准数关联式的实验确定流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为nmANuPrRe.（6）其中：iiidNu，mmimduRe，mmmCpPr物性数据m、mCp、m、m可根据定性温度tm查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pr变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为：4.0PrRemANu（7）这样通过实验确定不同流量下的Re与Nu，然后用线性回归方法确定A和m的值。2.3实验的测量手段⑴空气流量的测量空气流量计由孔板与差压变送器和二次仪表组成。该孔板流量计在20℃时标定的流量和压差的关系式为：（8）流量计在实际使用时往往不是20℃，此时需要对该读数进行校正：202732731201tVVt（9）式中：P—孔板流量计两端压差，KPa；20V—20℃时体积流量，m3/h；1tV—流量计处体积流量，也是空气入口体积流量，m3/h；1t—流量计处温度，也是空气入口温度，℃。由于换热器内温度的变化，传热管内的体积流量需进行校正：11273273ttVVmtm（10）648.020)(909.13PV3mV—传热管内平均体积流量，m3/h；mt—传热管内平均温度，℃。⑵温度的测量空气进出口温度采用电偶温度计测得，由多路巡检表以数值形式显示（1—普通管空气进口温度；2—普通管空气出口温度；3—强化管空气进口温度；4—强化管空气出口温度；）。壁温采用热电偶温度计测量，光滑管的壁温由显示表的上排数据读出，强化管的壁温由显示表的下排数据读出。⑶电加热釜是产生水蒸汽的装置，使用体积为7升,内装有一支2.5kw的螺旋形电热器，当水温为30℃时，用(120—180)伏电压加热，约15分钟后水便沸腾，为了安全和长久使用，建议最高加热(使用)电压不超过200伏(由固态调压器调节)。⑷气源(鼓风机)又称旋涡气泵，XGB─2型，由无锡市仪表二厂生产，电机功率约0.75KW（使用三相电源），在本实验装置上，产生的最大和最小空气流量基本满足要求，使用过程中，输出空气的温度呈上升趋势。三、实验装置3.1设备主要技术数据见表1表1实验装置结构参数实验内管内径di（mm）20.00实验内管外径do（mm）22.0实验外管内径Di（mm）50实验外管外径Do（mm）57.0测量段（紫铜内管）长度L（m）1.20强化内管内插物（螺旋线圈）尺寸丝径h（mm）1节距H（mm）40加热釜操作电压≤200伏操作电流≤10安3.2实验流程如图2所示4图2空气-水蒸气传热综合实验装置流程图1-液位管;；2-储水罐；3-排水阀；4-蒸汽发生器；5-强化套管蒸汽进口阀；6-普通套管蒸汽进口阀；7-普通套管换热器；8-内插有螺旋线圈的强化套管换热器;9-普通套管蒸汽出口；10-强化套管蒸汽出口;11-普通套管空气进口阀；12-强化套管空气进口阀、13-孔板流量计；14-空气旁路调节阀；15-旋涡气泵加水口；四、实验方法及步骤⒈实验前的准备，检查工作。⑴向储水罐中加水至液位计上端处。⑵检查空气流量旁路调节阀是否全开。⑶检查蒸气管支路各控制阀是否已打开。保证蒸汽和空气管线的畅通。⑷接通电源总闸，设定加热电压，启动电加热器开关，开始加热。2.实验开始.⑴关闭通向强化套管的阀门5，打开通向简单套管的阀门6，当简单套管换热器的放空口9有水蒸气冒出时，可启动风机，此时要关闭阀门12，打开阀门11。在整个实验过程中始终保持换热器出口处有水蒸气冒出。⑵启动风机后用放空阀14来调节流量，调好某一流量后稳定3-8分钟后，分别测量空气的流量，空气进、出口的温度及壁面温度。然后，改变流量测量下组数据。一般从小流量到最大流量之间，要测量5～6组数据。⑶做完简单套管换热器的数据后，要进行强化管换热器实验。先打开蒸汽支路阀5，全部打开空气旁路阀14，关闭蒸汽支路阀6，打开空气支路阀12,关闭空气支路阀11，进5行强化管传热实验。实验方法同步骤⑵。⒊实验结束后，依次关闭加热电源、风机和总电源。一切复原。五、实验注意事项⒈检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常范围内。特别是每个实验结束后，进行下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。⒉必须保证蒸汽上升管线的畅通。即在给蒸汽加热釜电压之前，两蒸汽支路阀门之一必须全开。在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭阀门必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。⒊必须保证空气管线的畅通。即在接通风机电源之前，两个空气支路控制阀之一和旁路调节阀必须全开。在转换支路时，应先关闭风机电源，然后开启和关闭支路阀。⒋调节流量后，应至少稳定3~8分钟后读取实验数据。⒌实验中保持上升蒸汽量的稳定，不应改变加热电压，且保证蒸汽放空口一直有蒸汽放出。六、原始数据记录表2：原始数据记录表No.序号123456流量（Kpa)T1(℃）ρT1(Kg/m^3)T2(℃）Tw(℃）定性温度at(℃）ρat(kg/m^3)λat*100Cpatμat*10000空气温升dt(℃)平均温差dat(℃）Vt1(m^3/h)V(m^3/h)u(m/s)qc(W)i（W/m2·℃）ReNuNu/(Pr^0.4)七、实验报告要求61、将实验数据及数据结果整理列表。2、准数关联式回归过程、结果与具体的回归方差分析，并以其中一组数据计算举例。（在双对数坐标系中绘制Nu～Re的关系图，求出准数关联式中的常数A和m。）3、将实验结果与经验公式相比较进行分析。4、思考题（1）、本实验中空气和蒸气的流向．对传热效果有什么影响?（2）、在汽－气对流实验中，采用同一换热器，在流体流量及进口温度均不发生变化的时候，两种流体流动方式由逆流改为并流，总传热系数是否发生变化？为什么？（3）、在汽－气对流实验中，测定的壁面温度是接近空气侧的温度，还是接近蒸汽侧的温度？为什么？（4）、环隙间饱和蒸汽的压强发生变化．对管内空气传热膜系数的测越是否会发生影响?（5）、强化换热器传热的措施有哪些？