实验五套管换热器液

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1、类發五杏管换热I波-波热文换糸教及膜糸教的测定一、实验目的在工业生产或实验研宂中，常遇到两种流体进行热量交换，来达到加热或冷却之目的。为了加速热量传递过程，往往需要将流体进行强制流动。对于在强制对流下进行的液一液热交换过程，曾有不少学者进行过研究，并取得了不少求算传热膜系数的关联式。这些研究结果都是在实验基础上取得的。对于新的物系或者新的设备，仍需要通过实验来収得传热系数的数据及其计算式。本实验的目的，是测定在套管换热器中进行的液一液热交换过程的总传热系数。流体在圆管p、j作强制湍流时的传热膜系数，以及

2、确立求算传热系数的关联式。同时希望通过本实验,对传热过程的实验研究方法有所了解，在实验技能上受到一定的训练，并对传热基本原理加深理解。二、实验原理冷热流体通过固体壁所进行的热交换过程，先巾热流体把热量传递给固体壁而，然后巾固体壁面的一侧传向另一侧，最后由壁面把热量传给冷流体。换言之，热交换过程即为给热-导热-给热三个串联过程组成。若热流体在套管热交换器的管内流过，而冷流体在管外流过，设备两端试点上的温度如图所示，则在单位时间内热流体向冷流体传递的热量，可由热流体的热量衡算方程來表示:热流体•截面IriT

3、wlT1

4、数值)若什，和」n:分别为热交换器两端冷热流体之间的温度差，即(3)/^T2=T2-T2(4)则平均温度差可按下式计算：A7；-A7；△r2由(1)和(2)两式联立求解，可得传热总系数的计算式:K=dT2)(6)—厦。就固体壁面两侧的给热过程來说，给热速率基本77程为：Q-aAw-a^w(△厂》-尸)⑺根据热交换两端的边界条件，经数学推导，同理可得管内给热过程的给热速率计算式:Q=axAwTm(8)式中：么7与^2_分别表示固体壁两侧的传热膜系数，W/m2-K；，与A/-分别表示同体壁两侧的内壁表

5、面积和外壁表面积，m2;7；.与7；/-分别表示固体壁两侧内壁面温度和外壁面温度，K;ATn；-热流体与内壁面之间的平均温度差，K;热流体与管内壁之间的平均温度差可按丁式计算：（^―仏

6、）一一仏2）lnw-w（^2一心2）巾(1)和(8)式联立求解可得管A传热膜系数的计算式为(10)msCp(T'-T2)An△厂w同理也可得到管外给热过程的传热膜系数的类同公式。流体在圆形直管内作强制对流时，传热膜系数么与各项影响因素(如：管内径tZ,m;管(11)lAj流速w，m/s;流体密度p，kg/m3；流体粘度"

7、，Pa•s；定压比热容，Cp，J/(kg•K)和流体导热系数人W/(m•K)之间的关系可关联如下准数关联式：Nu=aRc,nPrn式屮：r/dNu=—-,努塞尔准数(Nusseltnumber);A^C=~~p~，雷诺准数(Reynoldsnumber);Pr=-^，普兰特准数(Prandtlnumber)。/I上列关联式屮系数和指数a/的具体数值，需要通过实验来测定。实验测得〃、m,«数值后，则传热膜系数即可由该式计算.例如：当流体在圆形直管内作强制湍流吋。Re〉10000Pr=0.7-160L/d>

8、50则流体被冷却时，理值可按下列公式求算：M/=0.023Re08Pr03(13a)或汉=0.023-(^)08(^)03(13b)d//A流体被加热时，7Vt/=0.023Re08Pr04(14a)或汉=0.023-(^)08(^)04(14b)d//Z当流体在套管环隙内作强制湍流时，上列各式中J用当量直径心替代即可。各项物性常数均取流体进出口平均温度下的数值.三、实验装置及其流程本实验装置主要巾套管热交换器、恒温循环水槽、高位稳压水槽以及一系列测量和校制仪表所组成，装置流程如阁所示：套管热交换器液一

9、液热交换实验装置流程图套管热交换器rtl—根＜H2X1.5mm的黄铜管作为内管，20X2.0mm的有机玻璃管作为套管所构成。套管热交换器外而再套一根*32X2.5mm有机玻璃管作为保温管。套管热交换器两端测温点之间距离(测试段距离)为1000mm.每一个检测面的管内，管外和管壁上各设置三支铜-康铜热电偶，并通过转换开关与数字电压表相联接，用以测量管内，管外的流体温度和管内壁的温度。热水由循环水泵从恒温水槽送入管内，然后经转子流量计再返回槽内