对流传热实验

4. 温度仪表：本装置配置一块AI-518温度控制仪表，一块AI-702M温度巡检仪和一块AI-
704M温度巡检仪，AI-518温度控制仪表用于控制蒸发器温度，一块AI-702M和一块AI-704M
温度显示仪直接显示所对应各点的温度,另一块702M显示蒸发器压力和气体流量。
5. 开关、指示灯 按下开关指示灯亮表明对应的工作正在运行，关闭时则按开关上箭
头的方向旋转即可。
5
T
2
12
4
T
T
6 89
T
73
T
T
PT
10 1
11 φ 42 不 锈 钢管
1、550W旋涡风 机 2、 冷流体出口温度 3、冷 流体入口温度 4、热流 体出口温度 5、热流体 入口温度 6、调 节阀 7、普通套管换热 器 8、0.25MP高温压 力表 9、蒸汽温度 10、蒸汽发生 器 11、DN32涡街流 量计 12、强化套管 换热器
2.实验2的操作步骤、原始数据表、数据整理表（换热量、传热系数、各准数、Nu0和强 化比，还包括重要的中间计算结果）、准数关联式的回归结果；
3.在同一双对数坐标系中绘制光滑管、波纹管的Nu～Re的关系图；
八、思考题
1. 影响传热膜系数的因素有哪些？ 2. 在蒸气冷凝时，若存在不凝性气体，你认为将会有什么影响？应该采取什么措施？ 3. 蒸气冷凝后，将产生冷凝水，如冷凝水不能放出，累积后淹埋加热铜管，你认为将 会有什么影响？应该采取什么措施？ 4. 本实验中所测定的壁面温度是靠近蒸气侧的温度，还是接近空气侧的温度？为什么？ 5. 在实验中有哪些因素影响实验的稳定性？
≤200 伏 ≤10 安
2. 蒸发器为不锈钢制成，最大加热功率为3KW。其上装有液位计，正常液位要维持在
2/3处，最多加至液位计所能指示的范围最高处。必要时加水，以免电热管干烧（加水时需注
意水位超过液位计指示时仍往蒸发器内加水，液位计将无法显示液位）。其表面也包有保温
层。
3. 风机为旋涡风机，输入功率为550W转速为 2800/min,风量为95m3/h。
(9)

Stm
式中：λ——空气导热系数，W／（m·℃）；
μ一空气的粘度，Pa·s； d——套管换热器的内管平均直径，m； ρ1——进口温度t1时的空气密度，kg／m3。 由于热阻主要集中在空气一侧，本实验的传热面积S取管子的内表面较为合理，即 S＝πdl 5．空气流量可通过流量计直接读取（m3/h）
三、实验内容
1.光滑管 （1）测定6～8个不同流速下光滑管换热器的对流传热系数α1。 (2)对 α1的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=ARem中常数A、m的值。
2.波纹管 (1)测定6～8个不同流速下波纹管换热器的对流传热系数α1。 (2)对 α1的实验数据进行线性回归，求波纹管换热器关联式Nu=ARem中常数A、m的 值。
We——冷流体的质量流量，kg／s；
V——冷流体（空气）的体积流量，m3/s； ρ1一冷流体（空气）的密度，kg／m3； K——换热器总传热系数，W/（m2·℃）； Cpc一一冷流体（空气）的平均比定压热容，kJ/（kg·K）； S——传热面积，m2；
Δtm——蒸汽与空气的对数平均温度差，℃。 空气的流量及两种流体的温度等可以通过各种测量仪表测得。综合上面各式即可算出传
11
(7)
K 1
蒸汽冷凝传热膜系数远远大于空气传热膜系数，则K≈α1。因此，只要在实验中测得冷、热
流体的温度及空气的体积流量，即可通过热衡算求出套管换热器的总传热系数K值，由此求
得空气传热膜系数α1。
4．努塞尔数和雷诺数的计算
Re

V l d
(8)
4
Nu d Kd VlC pc (t2 t1)d
二、实验装置
本实验流程图如图1所示，其主要参数见表。实验设备由两组黄铜管（其中一组为光滑 管，另一组为波纹管）组成平行的两组套管换热器，内管为紫铜材质，外管为不锈钢管，两 端用不锈钢法兰固定。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，其冷凝放出热量通过黄铜管壁被传递到管内流动的空气，达到逆流换热 的效果。饱和蒸汽由配套的电加热蒸汽发生器产生。
六、实验注意事项
1．热球风速仪在测量时才抽出探头，停止实验时则应将探头关好，一定要注意不能损 坏探头内的铂丝等重要测量元件；
2．检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常范围内。特别是每个实验结束后，进行下一实 验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量；
3．必须保证蒸汽上升管线的畅通。即在给蒸汽加热釜电压之前，两蒸汽支路控制阀之 一必须全开。在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭控制阀 必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出；
五、实验操作
1.实验前的准备,检查工作. (1) 向电加热釜加水至液位计 2/3 处； (2) 检查普通管支路各控制阀是否已打开。保证蒸汽和空气管线的畅通； (3) 接通电源总闸，设定加热电压，启动电加热器开关，开始加热； 2. 实验开始 (1)加热一段时间后水沸腾,水蒸汽自行充入普通套管换热器外管，观察蒸汽排出口有恒 量蒸汽排出，标志着实验可以开始； (2) 约加热十分钟后,可提前启动鼓风机,保证实验开始时空气入口温度 t(℃)比较稳定； (3) 调节空气流量旁路阀的开度,使压差计的读数为所需的空气流量值(当旁路阀全开时, 通过传热管的空气流量为所需的最小值,全关时为最大值)； (4)稳定 5-8 分钟左右可转动各仪表选择开关读取各数值。(注意：第 1 个数据点必须稳 定足够的时间)； (5) 重复(3)与(4)共做 6-10 个数值， 最小,最大流量值一定要做； (6) 整个实验过程中,加热电压可以保持(调节)不变,也可随空气流量的变化作适当的调 节； 3．转换支路，重复步骤 2 的内容，进行强化套管换热器的实验，测定 6-10 组实验数 据； 3． 实验结束 (1)关闭加热器开关，过 10 分钟后关闭鼓风机,并将旁路阀全开； (2) 切段总电源； (3) 若需几天后再做实验,则应将电加热釜中的水放干净；
实验六 对流传热实验
一、实验目的
1.学习换热器的基本构造与操作原理； 2.通过对空气—水蒸气光滑套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数α1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Nu=ARemPr0.4 中常数A、m的值； 3.通过对管程内部插有螺纹管的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数 关联式Nu=ARem中常数A、m的值和强化比Nu/Nu0，了解强化传热的途径和措施； 4.掌握热电偶的测温原理及电位差计的使用。
给套管内的空气，使空气的温度升高，空气从管的末端排出管外，传递的热量由（3）式计
算。
Q WeC pc (t2 t1 ) VC pc (t2 t1 )
(3)
根据热传递速率
Q KStm
(4)
所以
KStm VC pc (t2 t1 )
(5)
式中：Q——换热器的热负荷（即传热速率），kJ／s；
热总系数K。 3．传热膜系数的计算
当传热面为平壁或者当管壁很薄时，总的传热阻力和传热分阻力的关系可表示为：
1 1 b 1
(6)
K 1 2
式中：αl——空气在圆管中强制对流的传热膜系数，W／（m2·℃）；
α2——蒸汽冷凝时的传热膜系数，W／（m2·℃）。
当管壁热阻可以忽略（内管为黄铜管而且壁厚b较薄，黄铜导热系数λ比较大）时，
4．必须保证空气管线的畅通。即在接通风机电源之前，两个空气支路控制阀之一和旁 路调节阀必须全开。在转换支路时，应先关闭风机电源，然后开启和关闭控制阀；
5. 实验操作时应注意安全，防止触电和烫伤； 6.测量时应逐步加大气相流量，记录数据。否则实验数值误差较大。
七、实验记录及数据处理
1.记录光滑管测定的操作步骤、按表2记录原始数据、给出数据处理结果表（换热量、 传热系数、各准数以及重要的中间计算结果）、准数关联式的回归过程、结果与具体的回 归方差分析，并以其中一组数据的计算举例；
Nu ARem
(2)
wenku.baidu.com
其中： Nu d

Re

du

V du
4
空气的导热系数λ=0.02826W/(mK)，待定参数A和m可通过实验测定蒸汽、空气的有关数 据后，对式（2）取对数，回归求得直线斜率和截距。
2．传热量计算 努塞尔数Nu或α1无法直接用实验测定，只能测定相关的参数并通过计算求得。当通过套 管环隙的饱和蒸汽与冷凝壁面接触后，蒸汽将放出冷凝潜热，冷凝成水，热量通过间壁传递
1. 传热管参数:
实验装置结构参数
实验内管内径 di（mm）
20.0
实验内管外径 do（mm）
22.0
实验外管内径 Di（mm）
53.0
实验外管外径 Do（mm）
57.0
测量段（紫铜内管）长度 l（m）
1.00
强化内管内插物
丝径 h（mm）
1
（螺旋线圈）尺寸 节距 H（mm）
40
加热釜
操作电压 操作电流
四、实验原理
1．准数关联 影响对流传热的因素很多，根据因次分析得到的对流传热的准数关联为：
Nu C Rem Prn Gr l
(1)
式中C、m、n、l为待定参数。 在实验测定空气在圆管内作强制对流时的对流传热系数，可以忽略自然对流对传热膜系
数的影响，则Gr为常数； 在温度变化不太大的情况下，Pr也可视为常数。所以，准数关联 式（1）可写成