传热综合实验

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
i
（2-1）
Qi t m S i
式中： i —管内流体对流传热系数，W / (m2·℃)； Qi—管内传热速率，W； Si—管内换热面积，m2；
六、实验纪录
换热器型： 测量段长： 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 内径： 外径： 流量计读数 KPa 入 口 温 度℃ 冷流体 ： 热流体 ： 出 口 温 度℃ 壁温℃
七、思考题
1、空气管路中为什么装旁通阀、空气流量如何调节？ 2、本实验壁温是靠近蒸汽温度还是靠近空气温度，为什么？ 3、影响传热系数的因素有哪些？
日期：
指导教师签字：
八、实验报告内容
1、写出实验数据整理表（换热量、传热系数、各准数及重要的中间 计算结果）并以一组数据的计算举例。
2、在坐标纸上绘出 Nu-Re 的关系图。
3、与另外一实验小组的不同类型换热管的数据进行比较，然后对实验结 果进行分析讨论。
日期：
成绩：
指导教师签字：
S i d i Li
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：
（2-3）
Qi Wi c pi (t i 2 t i1 )
（2-4） 其中质量流量由下式求得：
Wi
（2-5）
Vi i 3600
式中：Vi—冷流体在套管内的平均体积流量，m3 / h； cpi—冷流体的定压比热，kJ / (kg·℃)； ρi—冷流体的密度，kg /m3。
tm cpi 和 ρi 可根据定性温度 tm 查得，
度。 ⒉ 对流传热系数准数关联式的实验确定
t i1 t i 2 为冷流体进出口平均温 2
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
Nui A Re i Prin .
其中： Nui
m
（2-6） ，
ud i di ， Re i i i i i i
Pri
c pi i
i
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：
Nui A Re i Pri0.4
m
（2-7）
这样通过实验确定不同流量下的 Rei 与 Nu i ，然后用线性回归方法确定 A 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： Nu Nu 0 ，其中 Nu 是强化管的努塞 尔准数，Nu0 是普通管的努塞尔准数，显然，强化比 Nu Nu 0 ＞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。
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 关联式 Nu=ARemPr0.4 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 热器的实验研究，测定其准数关联式 Nu=BRem Pr0.4 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（选作） 。
t mi —管内流体空气与管内壁面的平均温差，℃。
平均温差由下式确定：
t mi
(t w t i1 ) (t w t i 2 ) (t t i1 ) ln w (t w t i 2 )
（2-2）
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、外壁温度和壁面平均温度 近似相等，用 tw 来表示。 管内换热面积：
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 调解法 控制阀
2——液位计
3——放水阀
4——漩涡气泵
5——旁路
6——孔板流量计 图 2-1
7——放水口
8 、9、10、11、12——蒸汽支路
13、14、15、16、17——空气支路控制阀 空气—水蒸汽传热综合实验装置流程图
五、使用本实验设备应注意的事项
1．加热水量调解阀不能全关，当水位低于报警点时会发出蜂鸣声，并不 能加热。 2． wk.baidu.com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，五个蒸 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。 4．必须保证空气管线的畅通。即在接通漩涡泵电源之前，五个空气支路 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。
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， 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。