第三个实验,学生实验：气-汽传热综合实验 (1)

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1、气-汽传热综合实验一、实验目的1.掌握传热系数K的测定原理；2.掌握传热系数K的测定方法及数据处理。二、实验原理根据传热基本方程，已知传热设备的结构尺寸，只要测得传热速度，以及各有关温度，即可算出传热系数。三、套管换热器实验简介（一）实验装置的功能和特点本实验装置是由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。通过对本换热器的实验研究，可以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，确定关联式中常数A、m的值；通过

2、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，测定其强化比，了解强化传热的基本理论和基本方式。实验装置的主要特点如下：⑴实验操作方便，安全可靠。⑵数据稳定可靠，强化效果明显，用图解法求得的回归式与经验公式很接近。⑶水、电的耗用小，实验费用低。⑷传热管路采用管道法兰连接,不但密封性能好,而且拆装也很方便。⑸箱式结构，外观整洁，移动方便。（二）光滑套管换热器传热系数及其准数关联式的测定⒈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

3、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/(

4、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。⒉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，然后用线性回归方法确定A和m的值。（三）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

5、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。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

6、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。科学图1螺旋线圈内部结构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。采用和光滑套管同样的实验方法确定不同流量下得Rei与Nu，用线性回归方法可确定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是光滑管的努塞尔准数，显然，强化比＞1

7、，而且它的值越大，强化效果越好。（四）实验流程和设备主要技术数据⒈设备主要技术数据见表1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⒉实验流程如图2所示图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-普通套

8、管蒸汽进口阀；7-普通套管换热器；8-内插有螺旋线圈的强化套管换热器;9-普通套管蒸汽出口；10-强化套管蒸汽出口;11-普通套管空气进口阀；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-旋涡气泵加水口；（1）温度的测量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（1—普通管空气进口温