化工原理 传热实验.doc

实验四 传热实验 本传热实验装置采用计算机数据在线采集和自动控制系统，可实行自动操作或手动操作。通过对以空气和水蒸气为介质的套管换热器实验研究，可以掌握传热系数、传热膜系数的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解；学会用最小二乘法确定关联式中常数A、的值。通过对普通套管换热器和强化套管换热器的比较，了解工程上强化传热的措施。 实验内容（任选一个） 1．强化传热措施的探讨。采用计算机数据在线采集系统，测定普通套管换热器和强化套管换热器的传热系数 ；用作图法或最小二乘法关联出中常数A、的值。通过对普通套管换热器和强化套管换热器的实验结果比较，说明强化传热的原理并对强化传热的其它措施进行探讨。 2．测定不同流速下的普通套管换热器或强化套管换热器的传热膜系数，用作图法或最小二乘法关联出中常数A、的值，并对实验结果进行比较。 二．实验原理： 对于流体在圆形直管中作强制湍流时的对流传热系数的准数关联式可以表示成： （1） 系数C与指数和则需由实验加以确定。对于气体，Pr基本上不随温度而变，可视为一常数，因此，式（1）可简化为： （2） 式中： 通过实验测得不同流速下孔板流量计的压差，空气的进、出口温度和换热器的壁温（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、外壁温度与壁面的平均温度近似相等），根据所测的数据，经过查物性数据和计算，可求出不同流量下的Nu和Re，然后用线性回归方法（最小二乘法）确定关联式中常数A、的值。 三．实验装置与主要技术数据 实验装置 1．流程 实验装置的流程如图1所示。装置的主体是两根平行的套管换热器，内管为紫铜材质，外管为不锈钢管，两端用不锈钢法兰固定。实验用的蒸汽发生器为电加热釜，加热电压可由固态调节器调节。空气由旋涡气泵提供，使用旁路调节阀调节流量。蒸汽管路，使用三通和球阀分别控制进入两个套管换热器。 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。 强化套管换热器是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。螺旋线圈的结构如图1所示。螺旋线圈由直径3mm以上的铜丝或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的作用而发生旋转，一面还周期性地受到线圈的螺旋金属丝的扰动，因而可以使传热强化。螺旋线圈是以线圈节距H与管内径d的比值以及管壁粗糙度（2d/h）为主要技术参数，且长径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素。 2．测量仪表 测量仪表的面板如图2所示。 温度显示仪表下方的转换开关共有7档，分别为： 0――显示普通管空气进口温度； 1――显示普通管空气出口温度； 2――显示强化管空气进口温度； 3――显示强化管空气出口温度； 4――显示电加热釜水温； 5、6――为空档。 热电偶（毫伏计）显示仪表下方的转换开关共有7档，分别为： 0――显示普通管壁温的热电势E； 1――显示强化管壁温的热电势E； 其余为空档。 （二）主要技术数据 传热实验装置主要参数：见表1 表1 实验装置主要参数 实验内管内径　d2（mm） 19.25 实验内管外径　d1（mm） 22.01 实验外管内径　D2（mm） 50 实验外管外径　D1（mm） 52.5 总管长（紫铜内管）　L（m） 1.30 测量段长度　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 加热釜 操作电压（V） ≤200 操作电流（A） ≤10 2．空气流量计 （1）由孔板与压力传感器及数字显示仪表组成空气流量计。 （2）不锈钢孔板的孔径比m＝17mm／44mm≈0.39 （3）孔板流量计为非标准设计，故进行了整体校正，得到空气流量与压差之间的关系，由公式（3）计算。 （3） 式中：――空气入口温度（即流量计处温度）下的体积流量， ――孔板两端压差，kPa ――空气入口温度（即流量计处温度）下的密度， （4）实验条