气-汽对流传热综合实验

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1、气-汽对浼馋熱餘合实胗一、实验装置的功能和特点本实验装置是巾光滑套管换热器和强化内管的套管换热器组成的，以空气和水蒸汽为传热介质，可以测定对流传热系数，用于教学实验和科研屮。通过对本换热器的实验研究，可以掌握对流传热系数6^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MziARempr04屮常数A/〃的值；通过对管程内部插有螺旋线阁的空气-水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其强化比$^~，了解强化传热的基本理论和基本方式。二、套管换热器实验简介(-)光滑套管换热

2、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a.=——(1)屹xS,.式中：％—管内流体对流传热系数，W/(m2-°C)；a•—管A传热速率，w;Sj一管闪换热而积，m2;A/w—内壁面与流体间的温差，°C。由下式确定：<=tw(2)式屮：z2—冷流体的入口、出口温度，°C;tw一巒面平均温度，°C;因为换热器A管为紫铜管，其导热系数很大，且管壙很薄，故认为A壁温度、外壁温度和壁而平均温度近似相等，

3、用心来表示。管内换热面积：Sz=瓜/人(3)式中：di一内宵宵内径，m;乙，•一传热管测量段的实际长度，m。由热量衡算式：(4)Qi=KCp^2-^)其中质量流量巾卜式求得:vmpm3600式中：—冷流体在套管内的平均体积流量，m3/h；Cpm一冷流体的定压比热，kJ/(kg•°C)；一冷流体的密度，kg/nA和/^可根据定性温度心查得，为冷流体进出口平均温度。z2，‘，可采取一定的测量手段得到。1.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Nil=AR

4、ew,Pr"•(6)其中：Nu=,Re=U,ndiPm,pr=Cp太又"i物性数据Aw、Cpm、pm、//,„可根据定性温度心查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pr变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为：Nu=ARew,Pr0.4(7)这样通过实验确定不同流量下的Re与，然后用线性回归方法确定A和m的侪。㈡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，它能减小初没计的传热面积，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

5、换热器能在较低温差1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來强化传热的。螺旋线圈的结构图如图1所示，螺旋线圈巾直径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，流体一面巾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。巾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

6、于节省能源。螺旋线圈是以线圈节距//与管内径6/的比值技术参数，且长径比是影响传热效果和肌力系数的重要因素。科学家通过__图1螺旋线圈内部结构实验研究总结了形式为的经验公式，其中B和/n的伉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与Mg用线性冋归方法可确定B和m的值单纯研究强化手段的强化效果(不考虑BI力的影响)，可以用强化比的概念作为评判准则，它的形式是：Nu/Nu^,其中■是强化管的努塞尔准数，yvno是光滑管的努塞尔准数，显然，强化比而且它的值越大，强化效果越好

7、。三、实验流程和设备主要技术数据1.设备主要技术数裾见表1表1实验装置结构参数实验内管lAj径4(mm)20.00实验内管外径(mm)22.0实验外管内径A(mm)50实验外管外径ZZ,(mm)57.0测量段(紫铜闪管)长度L(m)1.20强化内管内插物丝径/?(mm)1(螺旋线圈)尺寸节距H(mm)40操作电压<200伏fin执父操作电流■安2.实验流程如图2所示3.实验的测:W:手段(1)空气流量的测量空气流fi计由孔板与差压变送器和二次仪表组成。该孔板流fi计的流fi和压差的关系式为:1Z

8、4I2XAPV,=coxA()x(8)VPf式中：Cf孔板流量计孔流系数，Co=O.7AD-孔的而积m2df孔板孔径，d()=0.017mVz-空气入口温度(及流量计处温度)下的体积流量，m3/h;△P-孔板两端压差，Kpa空气入口温度(室温)下密度，Kg/m图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