對流給熱系數(shù)測定實驗

1、一：實驗目的：1)觀察水蒸氣在水平管外壁上的冷凝現(xiàn)象；2）測定空氣或水在圓形直管內強制對流給熱系數(shù)；3）測定蒸汽在水平管外冷凝給熱系數(shù)；4）掌握熱電阻（偶）測溫方法；5）掌握計算機自動控制調節(jié)流量的方法；6）掌握渦輪流量傳感器和智能流量積算儀的工作原理和使用方法；7）了解電動調節(jié)閥、壓力傳感器和變頻器的工作原理和使用方法；8）掌握化工原理實驗軟件庫（組態(tài)軟件MCGS和VB實驗數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)）的使用。二：基本原理：在套管換熱器中，環(huán)隙通以水蒸氣，內管管內通以空氣或水，水蒸氣冷凝放熱以加熱空氣或水，在傳熱過程達到穩(wěn)定后，有如下關系式：     &

2、#160;                             （121）式中：V被加熱流體體積流量，m3/s；      被加熱流體密度，kg/m3；      CP 被加熱流體平均比熱，J/(kg

3、83;)； 0、i水蒸氣對內管外壁的冷凝給熱系數(shù)和流體對內管內壁的對流給熱系數(shù)，W/(m2·)；   t1、t2 被加熱流體進、出口溫度，；A0、Ai  內管的外壁、內壁的傳熱面積，m2；(TTW)m 水蒸氣與外壁間的對數(shù)平均溫度差，；                       

4、0;                        （122） (twt)m 內壁與流體間的對數(shù)平均溫度差，；                    

5、                                                  

6、                         （123）式中：T1、T2 蒸汽進、出口溫度，；Tw1、Tw2、tw1、tw2 外壁和內壁上進、出口溫度，。當內管材料導熱性能很好，即值很大，且管壁厚度很薄時，可認為Tw1tw1，Tw2tw2，即為所測得的該點的壁溫。由式（123）可得：       

7、;                                                  

8、0;                                  （124）               

9、0;                                                 

10、0;   （125） 若能測得被加熱流體的V、t1、t2，內管的換熱面積A0或Ai，以及水蒸氣溫度T，壁溫Tw1、Tw2，則可通過式（1 24）算得實測的水蒸氣（平均）冷凝給熱系數(shù)0；通過          式（1 25）算得實測的流體在管內的（平均）對流給熱系數(shù)i。在水平管外，蒸汽冷凝給熱系數(shù)（膜狀冷凝），可由下列半經(jīng)驗公式求得：            &

11、#160;                                               （126）式中： 0

12、60; 蒸汽在水平管外的冷凝給熱系數(shù)，W/(m2·)；    水的導熱系數(shù)，W/(m2·)；                       g   重力加速度，9.81m/s2；    水的密度，kg/m3；    

13、60;                                                 

14、60;       r   飽和蒸汽的冷凝潛熱，J/kg；    水的粘度，N·s/m2；  d0   內管外徑，m；                           

15、;                 t   蒸汽的飽和溫度ts和壁溫tw之差，。   上式中，定性溫度除冷凝潛熱為蒸汽飽和溫度外，其余均取液膜溫度，即tm = (ts + tw) / 2，其中：tw = (Tw1 + Tw2) / 2。 流體在直管內強制對流時的給熱系數(shù)，可按下列半經(jīng)驗公式求得：湍流時：        

16、                                                  

17、    （127）式中： i流體在直管內強制對流時的給熱系數(shù)，W/(m2·)；  流體的導熱系數(shù)，W/(m2·)；                               di  內管內徑，m；  

18、;        Re  流體在管內的雷諾數(shù)，無因次；   Pr  流體的普朗特數(shù)，無因次。上式中，定性溫度均為流體的平均溫度，即tf = (t1 + t2) / 2。 過渡流時： ii                       

19、0;                                            （128） 式中：  修正系數(shù)，三：實

20、驗裝置與流程:1）實驗裝置本實驗裝置由蒸汽發(fā)生器、LWQ25型渦輪流量變送器、變頻器或PS電動調節(jié)閥、套管換熱器及溫度傳感器、智能顯示儀表等構成。其實驗裝置流程和實驗控制柜面板如圖                                   水蒸氣水（或空氣）對

21、流給熱系數(shù)測定實驗流程圖1、水泵或旋渦氣泵   2、蒸氣發(fā)生器    3、4、旁路閥   5、電動調節(jié)閥 6、蒸汽總閥7、蒸氣調節(jié)閥   8、9、冷凝水排放閥   10、水或空氣流量調節(jié)閥11、惰性氣體排放閥                 水蒸氣空氣體系對流給熱系數(shù)測定實驗控制柜面板圖  水蒸氣空

22、氣體系：來自蒸汽發(fā)生器的水蒸氣進入玻璃套管換熱器，與來自旋渦氣泵的空氣進行熱交換，冷凝水經(jīng)管道排入地溝。冷空氣經(jīng)LWQ25型渦輪流量計進入套管換熱器內管（紫銅管），熱交換后放空。空氣流量可用閥門調節(jié)或變頻器自動調節(jié)。水蒸氣水體系：來自蒸汽發(fā)生器的水蒸氣進入玻璃套管換熱器，與來自高位槽的水進行熱交換，冷凝水經(jīng)管道排入地溝。冷水經(jīng)電動調節(jié)閥和LWQ15型渦輪流量計進入套管換熱器內管（紫銅管），熱交換后進入下水道。水流量可用閥門調節(jié)或電動調節(jié)閥自動調節(jié)。2）設備與儀表規(guī)格（1）紫銅管規(guī)格：直徑16×1.5mm，長度L=1010mm；（2）外套玻璃管規(guī)格：直徑112×6mm，長度L

23、=1010mm；（3）旋渦氣泵：XGB12型，風量090m3/h，風壓12kPa；（4）壓力表規(guī)格：00.1Mpa。（5）電動調節(jié)閥：PS（6）渦輪流量計：         水蒸氣水體系對流給熱系數(shù)測定實驗控制柜面板圖四：實驗步驟與注意事項：1）實驗步驟（一）水蒸氣空氣體系     ）手動操作（1）檢查儀表、風機、蒸汽發(fā)生器及測溫點是否正常，檢查進系統(tǒng)的蒸氣調節(jié)閥（7）是否關閉。（2）打開總電源開關、儀表電源開關、（由教師啟動蒸汽發(fā)生器和打開蒸氣總閥（6）；（3）開啟變頻器，啟動旋渦氣

24、泵（1）；（4）調節(jié)手動調節(jié)閥（10）的開度，閥門全開使風量達到最大；（5）排除蒸汽管線中原積存的冷凝水（方法是：關閉進系統(tǒng)的蒸氣調節(jié)閥（7），打開蒸汽管冷凝水排放閥（8）；（6）排凈后，關閉蒸汽管冷凝水排放閥（8），打開進系統(tǒng)的蒸氣調節(jié)閥（7），使蒸汽緩緩進入換熱器環(huán)隙（切忌猛開，防止玻璃爆裂傷人）以加熱套管換熱器，再打開換熱器冷凝水排放閥（9）（冷凝水排放閥度不要開啟過大，以免蒸汽泄漏），使環(huán)隙中冷6）排凈后，關閉蒸汽管冷凝水排放閥（8），打開進系統(tǒng)的蒸氣調節(jié)閥（7），使蒸汽緩緩進入換熱器環(huán)隙（切忌猛開，防止玻璃爆裂傷人）以加熱套管換熱器，再打開換熱器冷凝水排放閥（9）（冷凝水排放閥度不要

25、開啟過大，以免蒸汽泄漏），使環(huán)隙中冷）自動操作（1）檢查儀表、風機、蒸汽發(fā)生器及測溫點是否正常；（2）打開總電源開關、儀表電源開關、（由教師啟動蒸汽發(fā)生器）；（3）開啟空氣風量手動調節(jié)閥（10），使之開度呈最大狀態(tài)；（4）開啟變頻器，啟動旋渦氣泵（1），并使風量最大；（5）排除蒸汽管線中原積存的冷凝水（方法是：關閉進系統(tǒng)的蒸汽總閥（6），打開蒸汽管凝結水排放閥（7）；（6）排凈后，關閉蒸汽管凝結水排放閥（7），打開進系統(tǒng)的蒸氣調節(jié)閥（7），使蒸汽緩緩進入換熱器環(huán)隙（切忌猛開，防止玻璃炸裂傷人）以加熱套管換熱器，再打開換熱器冷凝水排放閥（9）（冷凝水排放閥的開度不要開啟過大，以免蒸汽泄漏），使環(huán)

26、隙中冷凝水不斷地排至地溝；（7）仔細調節(jié)進系統(tǒng)蒸氣調節(jié)閥（7）的開度，使蒸汽壓力穩(wěn)定地保持在0.05MPa以下（可通過微調惰性氣體排空閥使壓力達到需要的值），以保證在恒壓條件下操作。（8）打開“對流給熱系數(shù)測定實驗.MCGS組態(tài)文件，出現(xiàn)提示輸入工程密碼對話框，輸入密碼1121后，進入組態(tài)環(huán)境，按“F5”鍵進入軟件運行環(huán)境。按提示輸入班級、姓名、學號、裝置號后按“確定”進入“對流給熱系數(shù)測定實驗軟件”界面，點擊“對流給熱系數(shù)測定實驗”按鈕，進入實驗界面。當一切準備就緒后單擊“開始按鈕”開始實驗，根據(jù)測試要求，由大到小逐漸調節(jié)變頻器，控制空氣的流量，合理確定36個實驗點，待穩(wěn)定后點擊數(shù)據(jù)自動采集

27、或分別從溫度、壓力巡檢儀及智能流量計算儀（控制面板上）上讀取各有關參數(shù)；當測好所需的實驗次數(shù)后單擊“停止”按鈕停止實驗。若實驗完畢單擊“退出實驗”。回到“對流給熱系數(shù)測定實驗軟件”界面，再單擊“退出實驗”按鈕退出實驗系統(tǒng)。（9）實驗終了，首先關閉蒸氣調節(jié)閥（7）切斷設備的蒸汽來路，經(jīng)一段時間后，再關閉變頻器，然后關閉蒸汽發(fā)生器（由教師完成）、儀表電源開關及切斷總電源。（二）水蒸氣水體系   ）手動操作（1）檢查儀表、蒸汽發(fā)生器及測溫點是否正常；（2）打開總電源開關、儀表電源開關、（由教師啟動蒸汽發(fā)生器和打開蒸氣總閥（6）并使電動調節(jié)閥的電源呈“關”狀態(tài)；（3）關閉電動調節(jié)閥

28、兩端的閥門，開啟旁路閥，使管內通以一定量的水，排除管內空氣；（4）排除蒸汽管線中原積存的冷凝水（方法是：關閉進系統(tǒng)的蒸汽總閥（6），打開蒸汽管凝結水排放閥（7）；（5）排凈后，關閉蒸汽管凝結水排放閥（7），打開進系統(tǒng)的蒸氣調節(jié)閥（7），使蒸汽緩緩進入換熱器環(huán)隙（切忌猛開，防止玻璃炸裂傷人）以加熱套管換熱器，再打開換熱器冷凝水排放閥（9）（冷凝水排放閥的開度不要開啟過大，以免蒸汽泄漏），使環(huán)隙中冷凝水不斷地排至地溝；（6）仔細調節(jié)進系統(tǒng)蒸氣調節(jié)閥（7）的開度，使蒸汽壓力穩(wěn)定保持在0.05MPa以下（可通過微調惰性氣體排空閥使壓力達到需要的值），以保證在恒壓條件下操作，再根據(jù)測  試要求，由大到小逐漸調節(jié)空氣流量手動調節(jié)閥（10）的開度，合理確定36個實驗點，待