《传热实验讲稿》PPT课件.ppt

传热实验讲稿白净,一、实验目的,二、实验装置,三、实验操作,四、实验原理,五、实验报告要求,六、有关问题解释,一、实验目的1、了解实验流程及其热电阻测温原理。2、用实测法和理论计算法分别计算出管内测、计、Nu测、Nu计及 总传热系数K的值，并进行比较。3、在双对数坐标纸上标出管内Nu测、Nu计与Re关系，最好用计算机回归出Nu测与Re关系，并给出回归的精度。4、比较K更接近i 或0。,原理过程计算步骤,一、管内空气对流传热计算二、管外蒸气冷凝传热计算三、总传热系数的计算四、计算小结,1、管内传热膜系数的测定。、管内空气质量流量的计算G Kg/S 空气转子流量计的标定条件：空气转子流量计的实际条件：P0=101325 Pa P1=101325+P Pa T0=273+20 K T1=273+t0 K 0=1.205 Kg/m3 Kg/m3 近似理想气体 转子流量计计算式为：则实际流量校核为：对气体：f有：则实际风量为：空气的质量流量为：Kg/S,、管内雷诺数Re的计算 因为空气在管内流动时，其温度、密度、风速均发生变化，而质量流量却为定值，因此，其雷诺数计算按下式进行：式中的物性数据可按管内定性温度 t=（t1+t3）/2 求出。、计算、努塞尔特准数 Nu计算值：计算=0.023/d Re0.8 Pr0.4 Nu计算=0.023 Re0.8 Pr0.4 上式中的物性数据，Pr 均按管内定性温度求出。,、测定、努塞尔特准数Nu测定值根据热量衡算式：q=GCpt 此为换热器的热负荷又由传热速度方程：Q=Atm,2、管外传热系数,(1)管外传热系数测定：根据管外传热速率方程：Q=Aotmo,(2)管外传热系数计：根据单根水平圆管外蒸气冷凝给热系数计算式：,式中物性数据均按管外液膜内定性温度查取：,3、总传热系数K的计算,（1）K实际：（以管外表面为基准）又据总传热方程：Q=KAtm,（2）K测定计算：（以管外表面为基准）,（3）K计算：（以管外表面为基准）,4、计算过程小结,2个定性温度：管内空气定性温度：t=(t1+t3)/2 管外液膜定性温度：t=(t5+tw)/2 tw=(t2+t4)/2 2个温差t 管内热量衡算：Q=GCPt t=t3-t1 管外传热膜系数 O计算式中的 t=t5-tw(3)3个平均温差：管内传热速率方程：Q=Aitm 中的tm 管外传热速率方程：Q=Aotm 中的tm 总传热速率方程：Q=KAtm 中的tm,管内,管外,总,五、实验报告要求1、实验结果的表格表示（要求计算出以下表格中的各项）每人可用一组不同数据作计算示例，其余可采用计算机结果。,2、实验结果的坐标图表示 在双对数坐标纸上标出Nu测定、Nu计算与Re的关系。,为何要标NuRe而不标Re?从Nu=0.023Re0.8 Pr0.4 中只有Pr影响，而其变化又很小，所以可以近似看成Nu=ARe B关系；而=0.023/dRe0.8Pr0.4中多了的影响，若写成=ARe B的关系误差会大。又因为 Nu=AReB 关系与管径无关，因此适用范围更大，既不同管径作出的 Nu=AReB 结果一样。,3、实验结果的公式表达 对实验结果 Nu测=f(Re)的数学表达式，有多种回归方式，但经常用到的有两种：最小二乘法回归（具体参见实验讲义,常用）对符合形如 y=A xB 幂函数的关系，可采用：log(y)=log(A)+B log(x)Y=A+B X 然后对上的线形方程进行最小二乘法回归，可得到系数A与B。本实验的数据处理程序既采用此方法回归。本实验最好用最小二乘法编写程序将结果回归出来。若没有时间自己编程可以用提供的程序处理，也可用Excel自己处理。作图法（具体参见实验讲义，这种方法误差较大，一般不用）在所标绘的双对数坐标图上，将各实验点用一条直线表示（这也正是对Nu=AReB标绘在双对数坐标纸上的原因），并以此为斜边作一直角三角形，则:B=a/b求出B后，将线上的某点坐标值（Re1,Nu1)代入Nu=AReB中可求出A。,4、分析讨论规律分析讨论 NuRe关系：是否符合Nu=AReB关系？在双对数坐标纸上是否为一直线关系？管内测Re关系：所以提高的有效途径是提高Re，即可提高流速u、降低管径d、提高湍动程度等，但能否一味地提高流速u和降低管径d？管外管内Re关系：随着管内Re，Q，管外冷凝量，比较管外计与测相差较大也无明显规律？从而说明管外并非纯粹的滴状冷凝。在实验时要注意观察。管外计管内计说明：有相变化的传热系数与无相变化的传热系数之间，液体的对流传热系数与气体的对流传热系数之间的关系。从总K计管内计知：从而说明热阻主要集中在？何为传热控制步骤？总传热系数K和对流传热系数之间的关系？结果误差分析 理论上空气被加热时：Pr=0.7 Nu=0.02 Re 0.8 实际得到的回归结果：Nu=A ReB 试分析造成误差的可能的主要原因：要简明扼要。,有关问题简单解释：,1、热电阻工作原理 利用金属电阻值可随温度变化现象，通过测得电阻值从而可计量出温度值。t=f(R)本实验用的是金属铂电阻。金属电阻可用于精确测量低温是其特点之一。2、为什么要设置蒸汽放空口？原因有：排放不凝气。管外蒸汽冷凝若有不凝气，会在蒸汽与管壁之间形成一气膜，大大降低其传热系数。所以工厂中靠蒸汽冷凝加热的换热器都设置有放空口。防止蒸汽蹩压。若无放空口，蒸汽压力升高引起蒸汽温度会发生变化，还可能导致设备发生危险；,3、为何用放空阀来调节流量？因为用的是旋涡气泵，根据旋涡泵特性曲线可知：,4、为何风量调节后各点温度“稳定”需要一定时间？“稳定”是指各测量点的所有测量物理参数不随时间而变化，只是空间位置的函数。原因：风量Q壁温管外蒸气冷凝量Q壁温逐渐稳定。而随着壁温变化，Q也变化，两者互相制约，互相影响，只有当两者不发生变化时，才称之为稳定。所以这个过程需要一定的时间本实验特别在风量较大变化时稳定时间较长。,5、为何风量，壁温 根据管外 Q=0Atm 知，因为管外蒸汽温度 ts 不变，若壁温tw不变，则tm也不变，传热面积A是不变的。当风量，Q，只有使0。根据分析，管外蒸汽冷凝最理想的为滴状冷凝，但实际情况也同时存在膜状冷凝。对膜状冷凝，随着管外冷凝量增加，其液膜只会变厚，导致0只会减小，则:tm，tm=ts-tw，tw一定随风量增加而减小。,6、风量G，管外蒸汽温度不变，问空气通过加热管后的温升t=t3-t1 如何变化？假如进口气温不变，出口气温如何变化？,从而可知随风量G，温升t 一定 当然，进口气温 t1 不变，则 t3 一定。,由管内热量衡算方程和传热速率方程知：G Cp t=A t m 假定风量到2倍时，G2=2 G1,Cp由于随温度变化很微小，可认为不变；,G，由前知tw，管内平均气温t。因此tm认为近似不变,7、工业上用于蒸气冷凝加热的一般如何设计？本实验装置有何缺点？本实验为何管外蒸气冷凝管内空气的？,答：蒸气走管外（壳程）：能及时移走冷凝液，不影响冷凝传热面积；蒸气上进下吹：可加速冷凝液向下流动速度，降低液膜厚度，提高。答：本实验装置为回收方便冷凝液则采用的是下进上吹，对单根管影响不大。主要原因是方便回收冷凝液。答：蒸气冷凝管内，原因有：因为对任何对流传热，其传热热阻可以认为集中在传热膜内，根据：Q=At A 及t可认为不变 由于相变化放出的潜热由于温差而传递的显热，所以有相变化的会远远大于无相变化的，这是主要原因；另外，对于本实验的管内走的是气体，由于气体的液体的，也会造成小，这是次要原因。即使管内也是水，管内外一样，但因为有上述的主要原因，同样管外的有相变的管内。,8、工业上为何用饱和蒸气冷凝加热而不用过热蒸气？,过热蒸气冷凝机理分析：、当冷凝壁温Tw饱和蒸气温度Ts 时 壁面无冷凝，此时给热过程与普通的对流给热过程完全相同，即属于无相变给热，反而很小。、当冷凝壁温Tw饱和蒸气温度Ts 时 壁面上有冷凝现象发生，对于过热蒸气，冷凝过程是由蒸气冷却和冷凝两个串联步骤组成。此时，在过热蒸气和冷凝膜间存在着一个中间层，通过这个中间层，蒸气温度降至饱和温度。对液膜而言，传热推动力仍是Ts-Tw，并不因中间层的存在而改变。因此，其效果和饱和蒸气相同。根据以上分析，工业上通常采用饱和蒸汽而不采用过热蒸汽，一是从工艺上讲，饱和蒸气比过热蒸汽温度恒定，不会引起壁面温度TwTs，操作运行更稳定可靠；二是从经济上讲，饱和蒸汽的经济性优于过热蒸气。,9、为何风量调节不均匀增加？如果风量均匀增加，因为其变化结果Nu=AReB不符合线形关系，而在对数在坐标上标绘的点就会不均匀，若有意将实验点大致按对数规律分布，可是实验结果点在对数坐标上分布更均匀。如图示：对于内径为18mm风量调节：10，12，14，17，20，24，28，32,10、如何提高换热器效果？1、提高管内给热系数 提高管内湍动程度：提高流速或内螺纹。提高管内流速可采用小型换热器或多程；但这均会增加管内阻力能耗。2、提高管外给热系数 提高管外湍动程度：管外折流挡板、多壳程和外管螺纹。但这均会增加管外阻力能耗。3、提高导热系数 采用高导热系数的金属材料，如铜材 4、合理设置流程和放置 如被冷却的流体可以走壳程；为提高蒸汽冷凝效果，蒸汽应上进下吹；为提高蒸汽冷凝系数减少管外液膜厚度采用水平管错排放置。5、选择合理的换热器 如能用直接加热的最好采用直接加热器，能利用环境温度的尽量采用风冷或自然冷方式。,12、关于直接加热、间壁换热、交替换热 直接加热：冷+热=一致，同时进行，效果最好 间壁换热：冷升热降，同时进行，效果适中 交替换热：热降冷升，交替进行，用于废热回收。13、关于管式换热器和板式换热器 换热效果：板式好于管式，同样换热面积占地小 应用限制：板式对流体压力、腐蚀性、颗粒等要求高 维护保养：板式一般维护复杂。14、关于双管程列管换热器 普通双管程：受热应力影响大，易维护 U型管：不受热应力影响，但不易维护 浮头式：不受热应力影响，易维护，但费用高。,15、关于列管换热器 列管直径：越小越有利于传热，但能耗大，易堵塞；折流挡板：有利于管外流体湍动，但越多能耗大；膨胀节（补偿圈）：当冷热流体平均温差超过50时应设置膨胀节，以补偿列管和外筒的热应力，避免损坏。但造价较高。采用双管（壳）程主要是提高管内（外）流体的流速以提高其传热系数。但能耗增加。16、关于板式换热器 薄直板式：换热面积可调，易维护，对压力、腐蚀性要求高；螺旋板式：换热效果很好，对腐蚀性、颗粒等要求高，不易维护；板翅式：结构紧凑，错流接触。对颗粒等要求高，不易维护。,本实验时间安排,17周的周五之前必须交本次和上次离心泵实验报告,Happy New Yearto you!,