传热综合实验.doc

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1、实验五传热综合实验一、实验目的1.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。2.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，测定其准数关联式Nu=BRem中常数B、m的值和强化比Nu/Nu0，了解强化传热的基本理论和基本方式。二、实验内容1.测定5～6个不同流速下普通套管换热器的对流传热系数，对的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m的值。2.测定5～6个不同流速下强化套管换热器的对流传热

2、系数，对的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=BRem中常数B、m的值。3.同一流量下，按实验1所得准数关联式求得Nu0，计算传热强化比Nu/Nu0。三、实验原理（一）普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定1.对流传热系数的测定对流传热系数可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定。因为<<,所以：（W/m2·℃）式中：—管内流体对流传热系数，W/(m2·℃)；Qi—换热器传热速率，W；Si—管内换热面积，m2；—对数平均温差，℃。对数平均温差由下式确定：式中：ti1，ti2—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

3、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，管外为蒸汽冷凝，因此，将壁面平均温度近似视为蒸汽的温度，且保持不变。传热面积(内)：式中：di—传热管内径，m；Li—传热管测量段的实际长度，m。由热量衡算式：其中质量流量由下式求得：式中：Vi—冷流体在套管内的平均体积流量，m3/h；cpi—冷流体的定压比热，kJ/(kg·℃)；ρi—冷流体的密度，kg/m3。cpi和ρi可根据定性温度tmi查得，为冷流体进出口平均温度。ti1，ti2，Tw，Vi可采取一定的测量手段得到。2.对流传热系数准数关联式的实验确定空气在管内作强制湍流，且被加热，准数关联式的形式

4、为：其中：，，物性数据λi、cpi、ρi、μi可根据定性温度tmi查得。这样通过实验确定不同流量下的Rei与，再用线性回归方法即可确定A和m的值。（二）、强化套管换热器传热系数、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，它能减小换热器的传热面积，以减小换热器的体积和重量；提高现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。图5-1螺旋线圈强化管内部结构螺旋线圈的结构图如图5-1所示，螺旋线圈由直径3

5、mm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的比值以及管壁粗糙度为主要技术参数，长径比H/d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的经验公式，其中B和m的值因螺旋丝尺寸不同而不同。在本实验中，采用普通管中的实验方法确定不同流量下的Rei与，用线性回归方法可确定B和m的值。研究强

6、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：，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＞1，而且它的值越大，强化效果越好。需要说明的是，如果评判强化方式的真正效果和经济效益，则必须考虑阻力因素，阻力系数随着换热系数的增加而增加，从而导致换热性能的降低和能耗的增加，只有强化比较高，且阻力系数较小的强化方式，才是最佳的强化方法。四、实验流程1.实验流程实验流程图见图5—2。实验装置的主体是两根平行的换热套管，空气由旋涡气泵吹出，由旁路调节阀调节，经孔板流量计，由支路控制阀选择不同的支路进入不同的换热管的内管。

7、蒸汽由加热釜产生后由蒸汽上升管上升，经支路控制阀选择不同的支路进入套管壳程。装置结构参数如表5—1所示。图5—2空气-水蒸气传热综合实验装置流程图1.普通套管换热器；2.内插有螺旋线圈的强化套管换热器；3.蒸汽发生器；4.旋涡气泵；5.旁路调节阀；6.孔板流量计；7.风机出口温度（冷流体入口温度）测试点；8、9.空气支路控制阀；10、11.蒸汽支路控制阀；12、13.蒸汽放空口；14.蒸汽上升主管路；15.加水口；16.放水口；17.液位计；18.冷凝液回流口表5—1实验装置结构参数实验内管内径di（mm）20.00实验内管外