传热综合实验

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1、机械工程与自动化学院化工实验技术指导书张文慧编姓名同组人东北大学机械工程与自动化学院实验中心真空与过程装备实验室2014年5月传热综合实验一、实验目的1、通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数i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m0.4关联式Nu=ARePr中常数A、m的值。2、掌握强化转热，提高传热系数α的方法。通过对管程内部插有波节管、螺丝管、扁管的空气—水蒸气强化套管换m0.4热器的实验研究，测定其准数关联式Nu=BRePr中常数B、m的值和强化比Nu/Nu0，了解强化传热的本理论和基本方式

2、（选作）。二、实验原理（一）普通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i的测定对流传热系数i可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定。即QiitSmi（2-1）2式中：i—管内流体对流传热系数，W/(m·℃)；Qi—管内传热速率，W；2Si—管内换热面积，m；t—管内流体空气与管内壁面的平均温差，℃。mi平均温差由下式确定：(tt)(tt)twi1wi2（2-2）mi(tt)wi1ln(tt)wi2式中：ti1，ti2—冷流体的入口、出口温度，℃；tw—壁面平均温度，℃；因为换热器内管的材质，可认为内壁温度、外壁温度和

3、壁面平均温度近似相等，用tw来表示。管内换热面积：SidiLi（2-3）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：QiWicpi(ti2ti1)（2-4）其中质量流量由下式求得：ViiWi3600（2-5）3式中：Vi—冷流体在套管内的平均体积流量，m/h；cpi—冷流体的定压比热，kJ/(kg·℃)；3ρi—冷流体的密度，kg/m。tti1i2cpi和ρi可根据定性温度tm查得，tm为冷流体进出口平均温2度。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，处于被加热状态，准数关联式的形式为mnNu

4、ARePr.（2-6）iiiidiuidiicpii其中：Nui，Rei，Priiii物性数据λi、cpi、ρi、μi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Pri变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为：m0.4NuARePr（2-7）iii这样通过实验确定不同流量下的Rei与Nu，然后用线性回归方法确定Ai和m的值。（二）强化套管换热器传热系数、准数关联式及强化比的测定（选作）在本实验中，采用（一）中的实验方法确定不同流量下的Rei与Nu，i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

5、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：NuNu，其中Nu是强化管的努塞0尔准数，Nu0是普通管的努塞尔准数，显然，强化比NuNu0＞1，而且它的值越大，强化效果越好。需要说明的是，如果评判强化方式的真正效果和经济效益，则必须考虑阻力因素，阻力系数随着换热系数的增加而增加，从而导致换热性能的降低和能耗的增加，只有强化比较高，且阻力系数较小的强化方式，才是最佳的强化方法。三、实验装置实验流程图见图2-1。如图2-1所示，本装置的主体由五根平行的套管换热器组成，内管分别为不锈钢光滑管、波节管、扁管、螺丝管、铜光滑管。外管为不锈钢管

6、，两端用不锈钢法兰固定。实验的蒸汽发生釜为电加热釜，用200伏电压加热。蒸汽上升管路，使用蒸汽支路控制阀分别控制气体进入五个套管换热器。空气由旋涡气泵吹出，由旁路调节阀调节，经孔板流量计，由支路控制阀选择不同的支路进入换热器。管程蒸汽由加热釜发生后自然上升，经支路控制阀选择逆流进入换热器壳程，由另一端蒸汽出口自然喷出，达到逆流换热的效果。四、实验方法及步骤1、向电加热釜加水。2、打开加热电源开关,设定加热电压(不得大于200V),开始加热。3、将本次实验不用的支路的调节阀全部关掉。4、水沸腾后，水蒸汽进入套管换热器外管，蒸汽排出口有恒量蒸汽排出后，标志着实

7、验可以开始。整个实验过程中始终保持换热器出口处有水蒸气。5、、加热十分钟后，启动旋涡气泵并用调节阀来调节流量,在一定的流量下稳定3—5分钟后分别测量空气的流量，空气进、出口的温度、换热器内管壁面的温度均由仪表显示得到。然后,在改变流量稳定后，再分别测量空气的流量、空气进、处口的温度和壁面温度后继续实验。共测6-8组数据。6、关闭加热器开关。5分钟后关闭鼓风机，并将旁路阀全开。切断电源。7、强化管实验内容同上。（选作）。1——蒸汽发生器2——液位计3——放水阀4——漩涡气泵5——旁路调解法6——孔板流量计7——放水口8、9、10、11、12——蒸汽支路控制阀

8、13、14、15、16、17——空气支路控制阀图2-1空气—水蒸汽