传热综合实验

实验五传热综合实验

一、实验目得

1、通过对空气—水蒸气简单套管换热器得实验研究,掌握对流传热系数得测

定方法,加深对其概念与影响因素得理解。并应用线性回归分析方法,确定关联式

Nu＝AＲｅm Pr0。4中常数Ａ、ｍ得值。

2。通过对管程内部插有螺旋线圈得空气-水蒸气强化套管换热器得实验研究,

测定其准数关联式Nu＝BＲｅm中常数B、m得值与强化比Nu/Nｕ0,了解强化传热

得基本理论与基本方式。

二、实验内容

1. 测定５~6个不同流速下普通套管换热器得对流传热系数,对得实验数

据进行线性回归,求关联式Nｕ=AＲeｍPr0、4中常数Ａ、m得值。

２.测定5～6个不同流速下强化套管换热器得对流传热系数,对得实验数据

进行线性回归,求关联式Ｎu=BＲeｍ中常数B、ｍ得值。

3、同一流量下,按实验1所得准数关联式求得Ｎu0,计算传热强化比Nu/Ｎｕ

。

三、实验原理

(一) 普通套管换热器传热系数及其准数关联式得测定

1、对流传热系数得测定

对流传热系数可以根据牛顿冷却定律,用实验来测定、因为＜＜,所以: (W／ｍ2·℃)

式中:—管内流体对流传热系数,Ｗ/(m2·℃);

Ｑ

-换热器传热速率,W;

ｉ

S

—管内换热面积,ｍ2;

i

-对数平均温差,℃。

对数平均温差由下式确定:

式中:t i1,ｔｉ2—冷流体得入口、出口温度,℃;

Ｔ

—壁面平均温度,℃;

w

因为换热器内管为紫铜管,其导热系数很大,且管壁很薄,故认为内壁温度、

外壁温度与壁面平均温度近似相等,用Tｗ来表示,管外为蒸汽冷凝,因此,将壁

面平均温度近似视为蒸汽得温度,且保持不变、

传热面积(内):

式中:d i—传热管内径,m;

L

—传热管测量段得实际长度,m、

i

由热量衡算式:

其中质量流量由下式求得:

式中:Vｉ—冷流体在套管内得平均体积流量,m3 / ｈ;

c

—冷流体得定压比热,ｋJ / (kｇ·℃);

pi

ρ

—冷流体得密度,kｇ／m3。

i

c

与ρi可根据定性温度t mi查得,为冷流体进出口平均温度。t i1,t i２,T w, V i pi

可采取一定得测量手段得到。

2、对流传热系数准数关联式得实验确定

空气在管内作强制湍流,且被加热,准数关联式得形式为:

其中: , ,

物性数据λi、ｃpi、ρi、μi可根据定性温度t mi查得、这样通过实验确定不同流量下得Ｒe i与,再用线性回归方法即可确定A与ｍ得值。

(二)、强化套管换热器传热系数、准数关联式及强化比得测定

强化传热又被学术界称为第二代传热技术,它能减小换热器得传热面积,以减小换热器得体积与重量;提高现有换热器得换热能力;使换热器能在较低温差下工作;并且能够减少换热器得阻力以减少换热器得动力消耗,更有效地利用能源与资金。强化传热得方法有多种,本实验装置就是采用在换热器内管插入螺旋线圈得方法来强化传热得。

螺旋线圈得结构图如图5-1所示,螺

旋线圈由直径3mm以下得铜丝与钢丝按一

定节距绕成。将金属螺旋线圈插入并固定

在管内,即可构成一种强化传热管。在近

壁区域,流体一面由于螺旋线圈得作用而

发生旋转,一面还周期性地受到线圈得螺

图5-1 螺旋线圈强化管内部结构

旋金属丝得扰动,因而可以使传热强化。

由于绕制线圈得金属丝直径很细,流体旋

流强度也较弱,所以阻力较小,有利于节省能源、螺旋线圈就是以线圈节距h与管内径d得比值以及管壁粗糙度为主要技术参数,长径比Ｈ/d就是影响传热效果与阻力系数得重要因素。科学家通过实验研究总结了形式为得经验公式,其中B与m得值因螺旋丝尺寸不同而不同。

在本实验中,采用普通管中得实验方法确定不同流量下得Reｉ与,用线性回归方法可确定B与ｍ得值、

研究强化手段得强化效果(不考虑阻力得影响),可以用强化比得概念作为评判准则,它得形式就是:,其中Nｕ就是强化管得努塞尔准数,Nu0就是普通管得努

塞尔准数,显然,强化比>1,而且它得值越大,强化效果越好。需要说明得就是,如果评判强化方式得真正效果与经济效益,则必须考虑阻力因素,阻力系数随着换热系数得增加而增加,从而导致换热性能得降低与能耗得增加,只有强化比较高,且阻力系数较小得强化方式,才就是最佳得强化方法。

四、实验流程

１、实验流程

实验流程图见图5-2。实验装置得主体就是两根平行得换热套管,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得支路进入不同得换热管得内管。蒸汽由加热釜产生后由蒸汽上升管上升,经支路控制阀选择不同得支路进入套管壳程、

装置结构参数如表５—1所示。

图5—2 空气—水蒸气传热综合实验装置流程图

1。普通套管换热器;2。内插有螺旋线圈得强化套管换热器;3。蒸汽发生器;

4、旋涡气泵; 5。旁路调节阀; 6.孔板流量计;7。风机出口温度(冷流体入口温度)测试

点; 8、9、空气支路控制阀; 10、１１、蒸汽支路控制阀;

12、1３。蒸汽放空口; 14。蒸汽上升主管路; １5.加水口; 16.放水口;

１７.液位计; １8、冷凝液回流口

实验内管内径dｉ(mm) 20、0０

实验内管外径d o(mm) 22.0

实验外管内径Ｄi(mm) 5０

实验外管外径D o(mm) 57、0

测量段(紫铜内管)长度l(m) １。00

强化内管内插物(螺旋线圈)尺寸丝径h(ｍm) 1 节距Ｈ(ｍm) 40