传热实验实验报告

传热实验实验报告

一、实验目的

1、研究传热试验设备上三种管的传热系数K。

2、研究设备的结构特点以及实验数据，定量描述保温管、裸管、汽水套管的传热特性。

3、研究流量改变对总传热系数的影响，并分析哪一侧流体流量是控制性热阻，如何强化传

热过程。

二、实验原理

根据传热基本方程、牛顿冷却定律以及圆筒壁的热传导方程，已知传热设备的结构尺寸，只要测得传热速率Q，以及各有关的温度，即可算出K，α 和λ。

（1）测定汽-水套管的传热系数K（W /(m2·℃)）：

Q=KAΔt m

式中：A——传热面积，m2；Δt m——冷、热流体的平均温度，℃；Q——传热速率，W 。

Q =W汽r

式中：W汽——冷凝液流量，kg/s ；r——冷凝液汽化潜热，J / kg 。

（2）测定裸管的自然对流给热系数α（W /(m2·℃)）：

Q=α A（t w - t f）

式中：t w，t f——壁温和空气温度，℃。

（3）测定保温材料的导热系数λ（W /(m·℃)）：

Q=λA m（T w - t w）/ b

式中：Tw，tw ——保温层两侧的温度，℃；b——保温层的厚度，m；Am ——保温层内外壁的平均面积，m2。

三、实验装置与流程

（1）实验装置：该装置主体设备为“三根管”：汽-水套管、裸管和保温管。这“三根管”与锅炉、汽包、高位槽、智能数字显示控制仪等组成整个测试系统。

本实验采用水蒸汽冷凝的方法，将水蒸气分别通过保温管、裸管和套管换热器中冷凝传热，通过测量蒸汽冷凝量、壁温、水温及空气的温度等参数，推算出保温管的导热系数、裸管和套管的对流传热系数。

（2）实验流程：锅炉内加热产生的水蒸气送入汽包，然后在三根并联的紫铜管内同时冷凝，冷凝液有计量管或量筒收集，以测冷凝液速率。三根紫铜管外情况不同：一根管外用珍珠岩保温；另一根是裸管；还有一根为一套管式换热器，管外是来自高位槽的冷却水。可定性观察到三个设备冷凝速率的差异，并测定K、α 和λ。

（3）设备主要技术数据：

1）传热管参数：

各设备结构尺寸如下：(mm)

2）温度测定：空气、水温度及传热管壁温测量全部采用铜-康铜热电偶温度计测量，温度T （℃）由数字仪表显示。

3）冷凝液的计量采用试管与烧杯读数。

四、实验步骤

（1）熟悉设备流程，检查个阀门的开关情况，排放汽包中的冷凝水。

（2）打开加热器进水阀，加水至液面计高度的2/3后关闭进水阀。

（3）将电热棒接上电源，并将调压器电压从0 调至200V待有蒸汽后，将变压器电压调制220V。

（4）有蒸汽后，打开套管换热器冷却水进口阀，调节冷却水流量为某一值。

（5）待传热过程稳定后，分别测量汽-水套管、裸管和保温管单位时间的冷凝流量、壁温、水温及空气温度。

（6）重复进行步骤(5)，直至数据重复性较好为止。

（7）实验结束后，切断加热电源，关闭冷却水阀。

五、实验数据

（1）环境条件

（2）数据表格

六、实验数据处理

（1）测定汽-水套管的传热系数K

首先使用第一组数据运算

近似使用100℃时水的汽化潜热为2256.5kJ/kg

冷却水进水温度 ℃ 出口温度均值 ℃

蒸汽进入温度 ℃，离开温度 ℃（认为仅发生冷凝）

则

℃

内管内径，外径，则

传热面积

℃

同理，使用另外两组平行数据可计算得到K值分别为℃、℃

取三组均值得

℃

（2）计算裸管的自然对流给热系数

首先使用第一组数据进行运算

近似使用100℃时水的汽化潜热为2256.5kJ/kg

外壁平均温度为

℃ ℃

空气实验前后平均温度为

℃ ℃

裸管内径，外径，则

传热面积

℃

同理，使用另外两组数据计算得到为℃、℃取均值得

℃

（3）测定保温材料的导热系数λ

首先使用第一组数据进行运算

近似使用100℃时水的汽化潜热为2256.5kJ/kg

保温层内壁平均温度为

℃ ℃

保温层外壁平均温度为

℃ ℃

保温层厚度，保温层内径，外径，则

保温层内外壁平均面积

导热系数为

℃

同理，使用另外两组数据计算得到为℃、℃

取均值得

℃

七、结果分析

对比三种传热管的传热系数，可以发现汽水套管的最大，保温管的最小。究其原因，是因为在汽水套管中，通过对流传热与导热，加之逆流的运行方式，大大增强了冷热流体之间的热交换，因而传热系数值较大；在裸管中只存在自然对流，传热阻力相较更大，对流传热系数也自然较小；而保温管中包裹了保温材料，保温材料的保温原理便在于通过减小导热系数以增加导热热阻，从而降低管道的热损失，实验结果也与这一原理相互印证。

但除此之外还发现，在三组平行试验中，三种管道的传热系数测定结果之间均存在一定的误差，这可能是因为测量时系统还未达到稳定状态，也可能是因为管道附近受到不均匀的空气扰动。此外，可能还存在着人员冷凝水体积读数误差、温度传感器系统误差、气包内蒸汽状态不稳定等因素有关。