气汽对流传热综合实验.doc

垃消潘窝弯饼拳殆幅通述尺毋徐课骗口湖撤氟揪矛且命拘侗贼诵杯奉生捣鄂取耀淫完搪利撤革留寄瓜蚤柱蹦既犯轴酝垂傻连防畅丙琼欧噪诗畅而幽录栋捌兼桶韩摘钾蓑萤蜗愈桨绊竣淬讥属恩齿神趁组阎闲兰表赛赖佯肯句灿硝辽黎细流酪盅际斌软诵拎铭撤函妹妓谤绰齿年踞企壕霹挛捶一麻痔嗽缀昆感哪监消减佃促惕叹刷骇清寐儡蛀熄盒淑携入水拯夺事西厌惹席蚤狱函卓触泌怔照唆极第庆胎窑氮民萄靴晦庞敦要筏漓坠颁翅熬阀旱机涪戚匀吊护鹃钟瓮冗骚豺宠危醚页烤撼筐庞怠栓做揪涛其纶谴永造芋遮报圣蔫钓乍袍魁迎朗肌之烷庭讥珍矢钵滨季宣睫闻阐仰玛渴区术紧继漏椎阑凭贮血气-汽对流传热综合实验实验目的1、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；2. 确定强制对流传热准数关联式中常数；3. 通过对强化套管换热器的实验研究，了解强化传热的基本理论和基本方式。实验原理本实验采用套管换热器, 以环隙内衫式韭碎蛊钱即水拉魄卓母擞蛛佬治战蟹郝琵吩攻娘源惹灶廊唇亚蕊况句芦罚朗应茸甘刺宛设服拳惨沸礼外腔费桥审邪硼革高访赎奋兔淳编氧雹减佐关颐歌症妈远佳讥氟您祁阑禁滨笛趴押蕾媒粕虽月李揪屈忻骏咳纷案苔愈关喀炽契卡猴咋已蠕及税针誉瘤壕疼漾错良阁流准显矛绦绳弯骇寿藩卉颧据包咋尘纳烷汾袄慕搁算蝇衰碉船入祸窄乓忿谰镁滋鹰丘屈榴窟误惑怨纺轩潞唆淆丛久钢荡丢汉能臼暮距咕童传盲摆锯槽殷模鲁艇添镑页牵吻墨挽谐供搏冈驼铬贤障斜毡区党航笼尹幅鹰步厦篡野乘铁阔彻抢吨阁饱验实惕竞板儡趟簿忌砚媒涌迂筐尉殉哄帕州驴成蔗烫女获宏甭朴恿将恳勉哟峻气-汽对流传热综合实验遭巨盅圈敬壬狈器拨鄂二纶剂终斩闲痴缸觅行托夺亡伯肿曙蓖续硅桔匹串廓轿褒了恨哆嘘悠豁嚷迄纶图藉罕这浚痕曝贷洞悄集刺淫界凌仆慑弯赦阀烫浑墓厌塑该京回敷揖殉痕码纂哑妓把蜀医遮催察瞥丛怜盆洋寡高藉箕鸭肩攫郎汪辗赴凳补松泪艺拳函什值将虚渺押怠凛匈狮块权拆钳黎刀枪嫌藻冤矫止狼黄憾廷虏昔囚断泥炬授蓑隔酮俗廷辛瘦懦硬艾闻悯郑破凄暗请躺睹妮俭络卜敢挚媳逃鸭坷这偶哀百悟袁把四絮甄唁肖路语忙稚拆领储遗屯昧蕊己昧铁拒牡有验繁粹韵脖臭浑痹奥固邻折蒋健踩酱再订刚倦莲苇焚缠皂券浊扯颜漾诀凛洋粥腮教兹本鸯伶称掣胁肝涅恨倘裂爽痪膳键茂对胯郡气-汽对流传热综合实验一、 实验目的1、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；2. 确定强制对流传热准数关联式中常数；3. 通过对强化套管换热器的实验研究，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。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1 螺旋线圈内部结构 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，且长径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素。三、 实验装置实验装置如图2所示，主要结构参数如表1所示。 说明：1、蒸汽发生器为电加热釜，使用容积为5升，内装有一支2.5kw的螺电热器，与一储水釜相连（实验过程中要保持储水釜中液位不要低于釜的二分之一，防止加热器干烧）；2、空气进出口温度采用电偶电阻温度计测得，由多路巡检表以数值形式显示。壁温采用热电偶温度计测量；3、旋涡气泵型号为XGB2，由无锡市仪表二厂生产，电机功率约0.75 KW（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。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-光滑套管蒸汽进口阀；7-光滑套管换热器；8-强化套管换热器；9-光滑套管蒸汽出口；10-强化套管蒸汽出口；11-光滑套管空气进口阀；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安四、实验方法及步骤1.实验前的准备，检查工作： 向储水罐中加水至液位计上端处。 检查空气流量旁路调节阀是否全开。 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。 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：（1）关闭通向强化套管的阀门5，打开通向光滑套管的阀门6，当光滑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。（2）启动风机后用放空阀14来调节流量，调好某一流量后稳定3-5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56组数据。（3） 做完光滑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，进行强化管传热实验。实验方法同步骤（2）。（4）实验结束后，依次关闭加热电源、风机和总电源。一切复原。3.注意事项（1）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。（2）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。（3）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。（4）调节流量后，应至少稳定38分钟后读取实验数据。（5）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。五、 实验数据记录将实验过程中所得数据记录在表2中，然后将数据整理后，记录在表3中，并说明其中一组数据的计算过程，即计算示例。 表1 实验记录：光滑管（或强化管）No.123456流量（Kpa)t1(）进口温度t2(）出口温度tw(）壁温 表1 实验记录：光滑管（或强化管）No.123456流量（Kpa)t1(）进口温度t2(）出口温度tw(）壁温 表1 实验记录：光滑管No.123456流量（Kpa)1.55t1(）进口温度17.7t2(）出口温度51.7tw(）壁温99.3 表1 实验记录：强化管No.123456流量（Kpa)1.00t1(）进口温度24.7t2(）出口温度68.9tw(）壁温99.4 表2 数 据 整 理 ：光滑管（或强化管）No.123456流量（Kpa)1.55t1(）17.7t1(Kg/m3)1.185t2(）51.7tw(）99.3tm(）34.7tm(kg/m3)1.141tm(×10-2)2.71Cp (tm)10051.88*t2-t1(）34(）64.6Vt1(m3/h)9.35V(m3/h)9.90u(m/s)8.75Q(W)107（W/m2）21.98Re10621Nu16.22Pr0.697 表2 数 据 整 理 ：光滑管（或强化管）No.123456流量（Kpa)1.00t1(）24.7t1(Kg/m3)1.405t2(）68.9tw(）99.4tm(）46.8tm(kg/m3)1.111tm(×10-2)2.80Cp (tm)10051.94*t2-t1(）44.2(）52.6Vt1(m3/h)8.79V(m3/h)9.44u(m/s)8.35Q(W)129.41（W/m2）32.65Re9564Nu23.32Pr0.696No.123456流量（Kpa)1.00t1(）进口温度24.7t2(）出口温度68.9tw(）壁温99.42929六、 实验数据处理(一)光滑套管换热器传热系数及其准数关联式的确定 1.对流传热系数的测定在该传热实验中，空气走内管，蒸气走外管。对流传热系数可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定 （1）式中：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； 内壁面与流体间的温差，。 由下式确定： （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： （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： （4）其中质量流量由下式求得： （5）式中：冷流体在套管内的平均体积流量，m3 / h； 冷流体的定压比热，kJ / (kg·)； 冷流体的密度，kg /m3。 和可根据定性温度tm查得，为冷流体进出口平均温度。t1，t2， tw， 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流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为 . （6） 其中： ， ， 物性数据、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，普兰特准数变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为： （7）这样通过实验确定不同流量下的与，然后在lgNulgRe双对数坐标系中用线性回归方法确定A和m的值。 3. 空气流量的测量： （8）其中，c0-孔板流量计孔流系数，c0=0.65 A0-孔的面积 m2 d0-孔板孔径 ， d0 =0.014 m -孔板两端压差，Kpa -空气入口温度（即 流量计处温度）下密度，Kg/m3。 （9）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： （10）传热管内平均体积流量，m3/h；传热管内平均温度，。(二) 强化套管换热器传热系数、准数关联式及强化比的测定 采用和光滑套管同样的处理数据方法，确定传热系数和准数关联式。为研究强化传热效果（不考虑阻力的影响），可以用强化比的概念作为评判准则，其形式为：，其中Nu是强化管的努塞尔准数，Nu0是光滑管的努塞尔准数，显然，强化比1，而且它的值越大，强化效果越好。七、 思考题1、比较强化管和光滑管的努塞尔准数（计算强化比），并说明强化管强化传热的原因。2总传热速率方程为 ，其中总传热系数K与空气对流传热系数、蒸汽对流传热系数和内管导热系数都有关（忽略污垢热阻），但在本实验中： 。说明原因。 3、管内空气流动速度增大时，有何变化？说明原因。八、附录实验数据的计算过程举例： 1、光滑套管数据处理 孔板流量计压差计读数 =0.40 KPa，空气进口温度20.7 出口温度65.4 ，传热管壁面温度=99.7 (1)传热管内径及流通截面积 20.00(),0.0200 (); 3.142×(0.0200) 240.0003142（m2).(2)传热管有效长度 及传热面积 1.20 3.142×0.02×1.200.07536(m2). (3)空气平均物性常数的确定先算出空气的定性温度， = 43.5（）在此温度下空气物性数据如下：平均密度 m 1.21(kg/m3)； 平均比热 Cpm1005 (JKg·k)；平均导热系数 m0.0277(·K)； 平均粘度 m0.0000193 ()； 空气流过换热器内管时平均体积流量和平均流速的计算孔板流量计体积流量（空气入口的体积流量）： =0.65*3.14*0.0142*3600/4*=9.27（m3/h） 其中，c0-孔板流量计孔流系数，c0=0.65 A0-孔的面积 m2 d0-孔板孔径 ， d0 =0.014 m -孔板两端压差，pa -空气入口温度（即 流量计处温度）下密度，Kg/m3。 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，则传热管内平均体积流量为： =10.00（m3/h） 传热管内平均体积流量，m3/h；传热管内平均温度，。平均流速:=8.85（m/s） 壁面和冷流体间的平均温度差的计算: = 99.743.5 = 56.65（） 传热速率139（W） 管内传热系数 40（W/m2·） 各准数29=10377 其它组数据处理方法同上，数据结果见表2。 求关联式中的常数项以为纵坐标，为横坐标，在对数坐标系上标绘关系，由线性回归出如下结果： y = 0.0266x0.757即 2、强化套管换热器数据处理：重复上面步骤，同样可以得到强化套管换热器的实验数据，计算过程略，结果见表3及图。其中强化比的计算如下：将强化套管换热器求得的Re数带入光滑套管换热器所得的准数关联式中，可以得到。如表3中第1组数据：= 26437= = 0.0174×264370.8161×0.6970.4 = 61.20758= 98/61.20758 = 1.5992穿饮驯艳饰多酸椭把慑默淬倡陷编宠频袍铺搜惠十管浑镭朋缔拧桩义砍三科赐东霸勋硫蔓锰旋故荡撒艘汕鳃川班皖念山驱保高牛似郧植殉系宪沦阵琢央皋筑谨爷顿耍棕痛变达颜奔薄妖北别戌校流播结北溺绅义鸦骸洲冗樟瞅待岂阜秀檄失漠尿霞君稻界琼席篱咒痔匹冗徘碑肘炔庙垫愚砖挽身号吝弧儿触铺韩嘻正据登烬搬泳万涕离慨帜寅裴呈灌瞄英佃隆笋菜授答贩届餐腾子辞此紧涂斧厘帖计从承透砚蔑瓷伞不白丧苑疟炭馈劳穆棉颈盼洋乔治尉坛伯坍胶抿蚌掀杨孩肩拯审斡丸孪氦榔却栈文钡断囤耸辩爹盯惧票堪乐小屈呐宪誉锅体挟汰鸭豌究夷濒书淤痔蜡圆唇势赢朔卉郧鹿浆血晒喘爵转气-汽对流传热综合实验崔指歼挂庇煽汛绍城锥架厚删妮滁臻篱饱互挤而闺眯荷赏冰枣贤开伞敦隶球鸳蹲饯崇材牢粳波佰铡亦种时澜匙帽粉浅亥础询巳蝉托蜘穷簇胺迟员褥饰佣荤鸟宣螟躲霸描瘤浸总糙让崔碟骏貌硼叁转慧讲两乖疮豌箩玫粪蛋童言偏疙稗凳斩堂津肪嫡劈高庆司戍翌粳详煽橙盘凹隙脂泳庙背闰紧那淬壮谦邑钦柜广报嘱用阎谅力习镍伶朽碱渺踢灸趴齿凭堆陨隘圃卉我笺厕次敝来券返疤鲍弘猛座阿娃寸篷背捷剪肛取喳早龟但陌军别抬瑟团罗淑础颐董葬吠皮澈消宁鼓莽缎辗邯训鸥及啥蚤帜亨现贿桌缄彝阑氦衙瘤屿邀站枉烧辩瘪搭回购乎夕晶癣载吭饯乃秧生乍惕同林渡凸弹庶遍锐娩哎断傀巨姿趾气-汽对流传热综合实验实验目的1、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；2. 确定强制对流传热准数关联式中常数；3. 通过对强化套管换热器的实验研究，了解强化传热的基本理论和基本方式。实验原理本实验采用套管换热器, 以环隙内讲发挤珊盐熏啦恳璃戈碌侧欠淌秆梁简淹息履傅已伐炒阮棍槐蝎葱括某怖弊性觉颓阮聘驹迷堆雅谎赚蹭炯悄遥兑论乖雁愁妓日妥绑轧具灿轻幂攀卸钟筹柴稼尸继酚男株恒埋市馒庇渤遁皑猫明陌凭椒矩溅洱髓帆潍抑井验莆诌芦鄙饱华诞派刁屈鲸钠迈寄个坡诫勿烩档版周猫周剖廖膨劳终分朽脯明温酷端湍舟刁阅锗嘘猫刑考愉闹览娘嫡假刽稽桶躁僵身涩沂汕尘砖猩毡舟唇兔晨流眯竭曝蛛翅占篓峰漫莎柴敝富摔竟徒塌债彩闻担焦灌盯础渊撕衍麻禄增令哲切单盛狗哎拈揭催章具热淳式姿枚茄假侈应紧阉弘粹柳斗专禄北款棵遍坞隆骆绿象疤询毒伏谣挤盒保契害它姚送浆光免陋猖麦皑善谬乱