套管换热器传热系数的测定

实验六 套管换热器传热系数的测定
一、实验目的
测定套管换热器中用水蒸汽加热空气的总传热系数并确定传热准数方程式
m e u CR N =中的系数C 和指数m 。

二、基本原理
⒈根据传热速率方程式，确定总传热系数：
m t KA Q ∆=或
m t A Q K ∆=
式中：Q ——传热速率，W ；
K ——总传热系数，W/(m 2
·K)； A ——传热面积，m 2；
m t ∆——对数平均温差，℃。

⑴传热速率由冷流体带走的热量求出：
)(122t t C m Q P S -=
式中：m S2——冷流体的质量流量，kg/s ；
C P -——冷流体比热，J/(kg ·K)； t 1、t 2——冷流体进出口温度，℃。

⑵对数平均温差可按下式计算：
)ln(212
1t t t t t m ∆∆∆-∆=
∆
式中：11t T t -=∆，22t T t -=∆
T ——蒸汽温度，℃。

⒉气体在圆形直管内流动时传热系数的准数关联式可写成下列函数关系：
)Pr,(Re,Gr f Nu =
对一定种类的气体来说，在很大的温度和压强范围内Pr 数值实际保持不变，气体在
管内强制流动下Gr 也可忽略不计，因此上式可简化为：
m e u CR N =
本实验目的之一，即学习用实验方法测定空气在圆形直管内作强制流动时的对流传热系数，通过对数据的处理，确定上式中的系数C 和指数m 。

本实验设备不能测定管壁温度，因此不能直接确定空气的传热膜系数，由下式可知：
o o i
m i i
i
d d d bd K αλα++=11
1
当管壁外侧热阻和管壁热阻m i
d bd λ都很小（αo >>αI ）时，总传热系数K I 与管内冷流
体的传热膜系数α可近似相等，即i i K α≈，由此即可确定u N （
λαi
i u d N =
）。

三、实验装置
实验装置流程如附图所示，空气由 一台小型离心式鼓风机供应，经孔板流量计送入内管，套管环隙空间通入水蒸汽由电热式蒸汽发生器供应。

设备材质及尺寸：
内管：铜管1#、3#设备为光滑管，2#、4#设备为螺旋管；两种管内径均为17.8mm ，内管有效长度为1.224m ； 外管：Dg50有缝钢管；
孔板流量计孔径φ20.32mm ，孔流系数C=；空气流量可由下式计算：
s
R
gR CS
V o /m 001233
.0)
(221ρ
ρ
ρρ=-=
式中：R ——流量计压差，mmH 2O ；
S ——孔板孔口截面面积，m 2； ρo ——压差计指示液密度，kg/m 3；
ρ1——压差计指示液上部介质密度，kg/m 3。

四、实验步骤
首先熟悉实验设备、流程、测量仪表的使用方法，在此基础上按以下步骤进行实验。

⒈蒸汽发生器提前加水至规定液面，实验前半小时左右给电加热（三支4kW 电热棒同时加热）；
⒉待蒸汽发生器压力升至时，关掉一支电热棒，实验过程中保持发生器压力稳定在～之间；
⒊先全开阀①，启动鼓风机，，然后缓缓打开阀②，控制加热蒸汽压力为不变，打开阀③（放空考克）排除不凝气，视蒸汽冒出立即管壁阀③，实验过程中不再排不凝气；
⒋保持空气最大流量（阀①全开状态），观察各处温度变化情况，待T 、t 1、t 2保持稳定不再变化，即可开始记录数据；
⒌从大到小调节空气流量（关小阀①），共测取5～6个不同空气流量下的数据；注意：每调节一次空气流量要等3～5分钟，待各处温度稳定后，方可记录数据；
⒍实验完毕，先关闭阀②，然后停鼓风机，待各组实验完毕，蒸汽发生器停止加热，拉开电源总闸。

五、实验结果及数据处理
⒈将实测数据记入表1，计算结果记入表2；
⒉由计算数据在双对数坐标纸上标绘Nu ～Re 关系曲线以确定系数C 与指数m ； ⒊按附录4要求编写实验报告 原始数据记录表：
班级：姓名：实验时间：
计算数据表：
六、实验过程中应注意的问题
⒈开蒸汽发生器前应首先观察其中液面是否达到规定液位；
⒉开电源时，应注意：所有管线上的阀门全关；
⒊实验之前应打开放空考克排放不凝气；
⒋单管压差计应首先调零或记录初始值（孔板，计前）；
⒌每组数据读取前，应确保各处温度已经稳定；
⒍实验过程中一定确保加热蒸汽压力恒定；
⒎实验停止前约10分钟，蒸汽发生器停止加热，所有实验停止时，应使其压力小于1at；⒏全关电源，实验过程中冷凝水要回收；
⒐流量调节过程中应注意所取数据在整个范围内的均匀分布。