实验四气-汽对流传热综合实验报告材料

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1、化学实验教学中心实验报告化学测量与计算实验Ⅱ实验名称：气-汽对流传热综合实验报告学生姓名：学号：院（系）：年级：级班指导教师：研究生助教：12实验日期：2017.05.26交报告日期：2017.06.02一、实验目的1.掌握对流传热系数αi的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解；2.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；3.通过对管程内部插有螺旋线圈的空气-水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其强化比NuNu0，了解强化传热的基本理论和基本方式。二、实验原理本实验采用套管换热器,以环隙内流动的饱和水蒸汽加热管内空气，水蒸汽和空气间的传热过

2、程由三个传热环节组成：水蒸汽在管外壁的冷凝传热，管壁的热传导以及管内空气对管内壁的对流传热。本实验装置采用两组套管换热器，即光滑套管换热器及强化套管换热器。（一）光滑套管换热器传热系数及其准数关联式的测定1.对流传热系数αi的测定在该实验中，空气走内管，蒸汽走外管。对流传热系数αi可以根据牛顿冷却定律，用实验测定αi=Qi∆tm×Si（1）式中，αi为管内流体对流传热系数，W(m2∙℃)；Qi为管内传热速率，W；Si管内换热面积，m2；∆tm为内壁面与流体间的温差，℃。∆tm由右式确定：∆tm=tw-t1+t22（2）式中，t1和t2分别为冷流体的入口、出口温度，℃；tw为壁

3、面平均温度，℃。应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、外壁温度和壁面温度近似相等，用tw来表示。12管内换热面积：Si=πdiLi（3）式中，di为内管管内径，m；Li为传热管测量段的实际长度，m。由热量衡算式：Qi=WmCpm(t2-t1)（4）其中质量流量由右式求得：Wm=Vmρm3600（5）式中，Vm为冷流体在套管内的平均体积流量，m3h；Cpm为冷流体的定压比热，kJkg∙℃；ρm为冷流体的密度，kgm3。Cpm和ρm可根据定性温度tm查得，tm=t1+t22为冷流体进出口平均温度。t1、t2、tw、Vm可采取一定的测量手段得到。2.对

4、流传热系数准数关系式的实验确定流体在管内做强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为：Nu=ARemPrn（6）其中，Nu=αidiλi，Re=umdiρmμm，Pr=Cpmμmλm物性数据λm、Cpm、ρm、μm可根据定性温度tm查得。经计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特常数Pr变化不大，可认为是常数，则关联式的形式简化为：Nu=ARemPr0.4（7）这样通过实验确定不同流量下的Re与Pr，然后用线性回归方法确定A、m的值。（二）强化管换热器传热系数、准数关联式及强化比的测定强化传热又被学术界称为第二代传热技术，它能减小初设计的传热面积，以减小换热器的体积和重量；提高现

5、有换热器的换热能力；使换热器能在较低温差下工作；并且能够减少换热器的阻力以减少换热器的动力消耗，更有效地利用能源和资金。强化传热的方法有多种，本实验装置是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。螺旋线圈的结构图如图1所示，螺旋线圈由直径3mm以下的铜丝和钢丝按一定节距绕成。将金属螺旋线圈插入并固定在管内，即可构成一种强化传热管。在近壁区域，流体一面由于螺旋线圈的作用而发生旋转，一面还周期性地受到线圈的螺旋金属丝的扰动，因而可以使传热强化。由于绕制线圈的金属丝直径很细，流体旋流强度也较弱，所以阻力较小，有利于节省能源。螺旋线圈是以线圈节距H与管内径d的比值技术参数，且长

6、径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素。科学家通过实验研究总结了形式为Nu=BRem的经验公式，其中B和m的值因螺旋丝尺寸不同而不同。采用和光滑套管同样的实验方法确定不同流量下得Rei和Nu，用线性回归方法可确定B和m的值。12单纯研究强化手段的强化效果（不考虑阻力的影响），可以用强化比的概念作为评判准则，它的形式是：NuNu0，其中Nu是强化管的努塞尔准数，Nu0是普通管的努塞尔准数，显然，强化比NuNu0>1，而且它的值越大，强化效果越好。12三、实验流程设备主要技术数据1.设备主要技术数据见下表：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（m

7、m）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）1.00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2.实验的测量手段（1）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为：（8）其中，为20℃下的体积流量，m3/h；∆P为孔板两端压差，Kpa；t1为空气入口温度（及流量计处温度），℃。由于换热器内温度的变化，传热管内的体积流量需进行校