清華傳熱學(xué)綜合換熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū).doc

綜合傳熱演示實(shí)驗(yàn)（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康木C合傳熱實(shí)驗(yàn)的主要目的是通過(guò)對(duì)飽和蒸汽冷凝現(xiàn)象的觀察和測(cè)試，加深對(duì)傳熱系數(shù)K的理解，同時(shí)比較不同表面和材質(zhì)的管子內(nèi)部蒸汽冷凝過(guò)程的不同，以分析影響傳熱過(guò)程的因素。（二）實(shí)驗(yàn)原理綜合傳熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)是利用管外空氣的自然對(duì)流或者受迫對(duì)流對(duì)管內(nèi)蒸汽進(jìn)行冷卻，通過(guò)凝結(jié)水量來(lái)對(duì)各種狀況的換熱管的傳熱系數(shù)K進(jìn)行初步計(jì)算。對(duì)流是一種比較獨(dú)特的傳熱型式，主要特點(diǎn)是從邊界表面向運(yùn)動(dòng)流體的傳熱或者是通過(guò)運(yùn)動(dòng)流體內(nèi)的一個(gè)流動(dòng)面的熱量傳遞。如果流體的運(yùn)動(dòng)是由泵、風(fēng)機(jī)、風(fēng)扇或者其他類(lèi)似設(shè)備產(chǎn)生的，稱為受迫對(duì)流；如果流體的運(yùn)動(dòng)是由于傳熱本身所產(chǎn)生的密度差造成的，稱為自然對(duì)流。對(duì)這些傳熱過(guò)程的細(xì)致觀察表明，基本的傳熱機(jī)理是傳導(dǎo)和輻射，兩者均受流體運(yùn)動(dòng)的影響。在低速流體流動(dòng)中，對(duì)于通過(guò)邊界表面流入或輸出熱量的對(duì)流過(guò)程，引入換熱系數(shù)是很方便和直觀的方法。將牛頓冷卻定律和傅立葉熱傳導(dǎo)定律應(yīng)用到有壁面隔開(kāi)的流體流體傳熱過(guò)程中，就可以得到利用實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的流體溫度來(lái)計(jì)算傳熱系數(shù)K的表達(dá)式： (1)而就K的物理本質(zhì)來(lái)說(shuō)，其中包含著諸多復(fù)雜的物理過(guò)程。特別是針對(duì)輻射過(guò)程，很難有準(zhǔn)確的物理解析式。為了體現(xiàn)出輻射過(guò)程的影響，本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用涂黑管和鍍鉻管進(jìn)行比較，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看到換熱過(guò)程中輻射因素的作用。（三）實(shí)驗(yàn)裝置圖1所示為實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖。實(shí)驗(yàn)臺(tái)由電熱蒸汽發(fā)生器、一組表面狀況不同的六根銅管（翅片管、光管、涂黑管、鍍鉻管、加鋸末保溫管和加玻璃纖維保溫管）、配汽集箱、冷凝水蓄水器（可計(jì)量）、凝結(jié)水收集聯(lián)箱和支架組成，同時(shí)支架上裝有一臺(tái)可移動(dòng)風(fēng)機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)管外受迫對(duì)流。手動(dòng)開(kāi)關(guān)自動(dòng)開(kāi)關(guān)水位計(jì)電接點(diǎn)壓力表電熱蒸汽發(fā)生器飽和蒸汽配汽集箱實(shí)驗(yàn)管段計(jì)量用蓄水器冷凝水收集聯(lián)箱風(fēng)機(jī)圖1 綜合傳熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)示意圖（四）實(shí)驗(yàn)步驟1. 打開(kāi)電熱蒸汽發(fā)生器上的供氣閥，然后從底部的給水閥門(mén)向蒸汽發(fā)生器內(nèi)注水，當(dāng)水面達(dá)到水位計(jì)的三分之二的高度時(shí)，關(guān)閉給水閥門(mén)；2. 打開(kāi)蒸汽發(fā)生器上的電加熱器開(kāi)關(guān)（手動(dòng)、自動(dòng)），指示燈亮，內(nèi)部電熱器開(kāi)始加熱。待電接點(diǎn)壓力表達(dá)到要求壓力時(shí)（事先按需要用螺絲扳手調(diào)定），電接點(diǎn)壓力表動(dòng)作（斷電）。此時(shí)將手動(dòng)開(kāi)關(guān)關(guān)掉，由電接點(diǎn)壓力表控制繼電器，使加熱器在一定的范圍加熱，以維持實(shí)驗(yàn)所需蒸汽量；3. 打開(kāi)配汽管上所有閥門(mén)（或按實(shí)驗(yàn)需要打開(kāi)其中幾個(gè)閥門(mén)）和玻璃蓄水器下方的放水閥。然后打開(kāi)供氣閥緩慢向?qū)嶒?yàn)管段內(nèi)送汽（送汽壓力略高于實(shí)驗(yàn)壓力），預(yù)熱整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并將系統(tǒng)內(nèi)的空氣排凈；4. 待蓄水器下部放水閥向外排出蒸汽一段時(shí)間后關(guān)閉全部放水閥門(mén)，預(yù)熱完畢。此時(shí)要調(diào)節(jié)配汽管底部放水閥門(mén)使其微微冒汽，以排除在膠管內(nèi)和配汽管內(nèi)的凝水。調(diào)節(jié)送汽壓力，即可開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。為防止玻璃蓄水器破壞，建議實(shí)驗(yàn)壓力0.02Mpa，最大不超過(guò)0.05Mpa；5. 做自然對(duì)流實(shí)驗(yàn)時(shí)，將蓄水器下部的全部放水閥關(guān)閉，注視蓄水器內(nèi)水位變化，待水位上升至“0”位時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)（如實(shí)驗(yàn)多根管段，只要在開(kāi)始計(jì)時(shí)時(shí)，記下每根蓄水器水位初讀數(shù)即可），實(shí)驗(yàn)正式開(kāi)始，待凝水水位達(dá)到一定高度時(shí)，記錄供氣時(shí)間和凝水量；6. 如要進(jìn)行受迫對(duì)流實(shí)驗(yàn)，放掉積存在蓄水器及管路中的水，開(kāi)動(dòng)風(fēng)機(jī)對(duì)被測(cè)管段進(jìn)行吹風(fēng)，收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)方法同上；7. 實(shí)驗(yàn)完畢后關(guān)閉電源，打開(kāi)所有放水閥、放汽閥，待水排凈后再將所有法門(mén)關(guān)閉，切斷電源和水源。（五）傳熱系數(shù)計(jì)算方法5.1基本物性參數(shù)和實(shí)驗(yàn)管段尺寸數(shù)據(jù)水的物性：p0.02Mpa時(shí)，飽和溫度tl105； 汽化潛熱r2243kJ/kg實(shí)驗(yàn)管段基本尺寸：實(shí)驗(yàn)銅管外徑d0.025m；計(jì)算長(zhǎng)度 自然對(duì)流時(shí)l0.9m； 受迫對(duì)流時(shí)l0.5m（風(fēng)筒長(zhǎng)度）。5.2實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)可記錄供氣時(shí)間s和蓄水器的水位高度hcm。5.3傳熱系數(shù)K的計(jì)算所有被測(cè)管段均以基管（銅管）表面積為準(zhǔn)，則有：傳熱面積 m2凝結(jié)水