实验报告二-对流传热系数准数关联式常数测定

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1、..对流传热系数及准数关联式常数的测定实验报告1.前言研究表明，加入到换热器换热管中的扰流子添加物可以使换热管内流动的液体产生明显的螺旋运动。换句话说，在换热器换热管中加入扰流子添加物，就相当于在换热器换热管中加入空隙率ε≥95%的多孔体，当换热器换热管中流动的液体流经这些扰流子添加物以后，流道内将产生明显的弥散流动效应，在低雷诺数下（Re≥300），由于弥散流动的促进，使换热器换热管中的液体转变为湍流。湍流状态的流动液体其总热阻是所有流态液体中最小的，由于换热器换热管中湍流状态的流动液体热阻非常小，所

2、以，换热器的传热系数（K）值将大大增加。在高的传热系数（K）值状态下，换热器中扰流子强化传热的效果就会非常明显。  当然换热器中的扰流子对流经换热管的不同介质，其强化传热的效果是有区别的。并且，换热管内扰流元件的形状和在传热面上的安装方法，对传热和流阻都有影响，一般可通过实验确定其最佳形式。例如试验表明：在管道的全长填满螺旋形金属丝与间断设置螺旋圈相比，后者在传热性能不变时可减小流阻。  关于扰流子强化传热的原理，还有许多其它见解，有的专家认为扰流子强化传热是基于加大了传热面积和粗糙度，这无疑是正确的。

3、但试验表明，即使不紧贴壁面安装，则轴向固定在流道中心的扰流子也能使α值加大，有人解释为填充物能产生持续不断的涡流，并沿流向产生一个中心旋转流，在离心力的影响下使管中心的流体与壁面边界层流体充分混合。从而减薄了边界层，强化了传热。总的看，有关扰流子强化传热的理论还不完备和一致，一些数据仅来自实验，有待于更多的科研人员开发和利用。  在换热器换热管中加扰流子添加物，最明显的特点就是大大增强了换热管内侧的换热系数。试验表明，在换热器换热管中加扰流子添加物，换热管内侧换热系数可比光管提高3.5倍以上。  扰流子

4、强化传热除了减少金属消耗，它还可以提高工厂热能利用效率，降低能耗。目前，一些设计追求高热强度，而管壳式换热器由于传热效率低，设计中采用的主要手段是选择提高对数平均温差，这要导致能耗的大幅度增加。以炼油厂常减压装置为例，传热温差为60℃，以热—冷流体260～200℃计算，传热占热流21.5%，如果将温差降至33℃，传热损可降至10%采用扰流子强化传热的换热器，在保证换热强度不变的情况下，可以显著降低传热温差，从而降低了热损更好地实现能级匹配，达到节能降耗的目的。  采用扰流子强化传热，另一优点就是可有效地

5、抑制污垢的生成。结垢是换热器非常棘手的问题。污垢使传热效率下降，它的导热性能差，只有钢的1/30～1/50。对碳钢管油冷却器，当水垢厚度达到2mm时，将比新制无垢时的运行效率下降30%。美国传热研究公司对换热器的污垢问题进行了多年的研究，发现污垢的形成、生长，主要与介质温度和流速有关，介质温度越高，介质与壁面温差越大，流速越低，越易形成污垢。为了消除管侧污垢，国外一些厂家通过提高管内流速（V＝2～3m/s），但这带来过高的压降，能耗很大。采用扰流子强化传热的换热器，设备管侧的污垢显著减少。首先，由于流体

6、的弥散流动，介质的温度梯度较小，抑制了污垢的形成、生长；其次，由于弥散流紊动度很高（扰流子强化相当于静态搅拌器），流体中的杂质不易沉积成垢。  资料..使用扰流子强化传热换热器的清洗十分方便。短时期清洗时，可不抽出强化元件，用水速为V＞0.8m/s的清洗水冲刷管程即可。实验表明。当水速达到0.8m/s时，水流将产生强烈的弥散涡流，对管壁有很强的冲刷效应。因此，可以比较干净地除掉扰流子及管壁上的垢物。如果长时间运行后清洗，可抽出强化元件，分别清洗扰流子与管壁，这也很便于实施。  扰流子强化传热元件非常易于

7、装拆、安装，日常维护简便，对旧设备的革新挖潜尤为有利。2、实验目的1.了解套管换热器的构造。2.掌握用热电偶温度计测量温度的方法。3.学习对流传热系数及总传热系数的测定方法。4.了解对流传热系数a的影响因素和强化传热方法。5.学习将测定的实验数据整理成传热系数准数关联式。3、实验原理1.一般情况下，对流传热系数可根据牛顿冷却定律进行实验测定。式中Q——通过壁面的传热速率，W；a——对流传热系数，W/(㎡·℃)；S——传热面积，㎡；——流体与壁面间的温度差，℃本实验用的是套管式换热器，实验管段为黄铜管，空

8、气走管内，饱和水蒸汽走管外，当管壁与污垢热阻可忽略时，a与总传热系数K有下列简化关系：当的特殊情况下，可近似取式中K——总传热系数W/(㎡·℃)；a1——传热管内对流传热系数，W/(㎡·℃)；a0——传热管外对流传热系数，W/(㎡·℃)；K可由总传热速率方程式求出，即：传热速率Q可按下式进行测定和计算：式中：W——空气质量流量，kg/s；Cp——空气定压比热，J/kg﹒℃；t1、t2——空气的进、出口温度，℃。资料..式中：di——套管的内