實(shí)驗(yàn)四、換熱

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實(shí)驗(yàn)五 換熱器傳熱系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)（氣汽對(duì)流傳熱）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過(guò)對(duì)本換熱器的實(shí)驗(yàn)研究，掌握對(duì)流傳熱系數(shù)i測(cè)定方法，加深對(duì)其概念和影響因素的理解。2、通過(guò)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用線性回歸分析方法，確定關(guān)聯(lián)式NU=ARemPr0.4中常數(shù)A、m的值。3、通過(guò)對(duì)管程內(nèi)部插有螺旋線圈的空氣水蒸汽強(qiáng)化套管換熱器的實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)定其準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式NU=BRem Pr0.4中常數(shù)B、m的值和強(qiáng)化比NUNU0。4、了解強(qiáng)化傳熱的基本理論和基本方式。5、掌握換熱器的操作方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)定56個(gè)不同空氣流速下普通套管換熱器的對(duì)流傳熱系數(shù)i。2、應(yīng)用線性回歸的方法，求普通套管換熱器準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式NU=A

2、RemPr0.4中常數(shù)A、m的值。3、測(cè)定56個(gè)不同空氣流速下強(qiáng)化套管換熱器的對(duì)流傳熱系數(shù)i。4、應(yīng)用線性回歸的方法，求強(qiáng)化套管換熱器準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式中NU=BRemPr0.4常數(shù)B、m的值。5、同一流量下，根據(jù)所得準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式NU=ARemPr0.4求NU0,計(jì)算傳熱強(qiáng)化NuNu0。6、在同一流量下分別求取普通套管換熱器、強(qiáng)化套管換熱器的總傳熱系數(shù)K0。三、實(shí)驗(yàn)原理1、對(duì)流傳熱系數(shù)i的測(cè)定： （4-1）式中：i管內(nèi)流體對(duì)流傳熱系數(shù)， w/（m2·）;Qi管內(nèi)傳熱速率，w； Si 管內(nèi)傳熱面積， m2；tm管內(nèi)流體空氣與管內(nèi)壁面的平均溫度差，；傳熱速率： （4-2）式中： V空氣流過(guò)測(cè)量段上

3、平均體積，m3/h；at測(cè)量段上空氣的平均密度， kg/m3；Cpat測(cè)量段上空氣的平均比熱，J/(kgK)；t傳熱管出口溫度與空氣進(jìn)口溫度之差， ；內(nèi)壁面與流體間的溫差，。由下式確定：tm= 當(dāng)2>t1 / t2 >0.5時(shí)，可簡(jiǎn)化為 式中：t1，t2 冷流體（空氣）的入口、出口溫度，； Tw 壁面平均溫度，；2、對(duì)流傳熱系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的實(shí)驗(yàn)確定：流體在管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流時(shí)，處于被加熱狀態(tài)，準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的形式為：Nui=AReimPrin其中，傳熱準(zhǔn)數(shù)：Nui=，雷諾準(zhǔn)數(shù)： ,普朗特準(zhǔn)數(shù)：Pri =測(cè)量段上空氣的平均流速：物性數(shù)據(jù)i、cpi、i 、i可根據(jù)定性溫度tm查得。經(jīng)過(guò)計(jì)算可知

4、,對(duì)于管內(nèi)被加熱的空氣,普朗特準(zhǔn)數(shù)Pri變化不大,可以認(rèn)為是常數(shù)，關(guān)聯(lián)式可簡(jiǎn)化為Nu=ARemPr0.4。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定不同流量下的Rei與Nui。3、求關(guān)聯(lián)式Nu=ARemPr0.4中的常數(shù)項(xiàng)以Nu/Pr0.4為縱坐標(biāo),Re為橫坐標(biāo),在對(duì)數(shù)坐標(biāo)系上標(biāo)繪Re關(guān)系，作圖、回歸得到準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式Nu0=ARemPr0.4中的常數(shù)。處理強(qiáng)化管的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以Nu/Pr0.4為縱坐標(biāo)，Re為橫坐標(biāo),在對(duì)數(shù)坐標(biāo)系上標(biāo)繪Nu/Pr0.4Re關(guān)系，作圖回歸得到準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式 Nu=BRen Pr0.4中的常數(shù)。4、強(qiáng)化比的確定:將強(qiáng)化套管換熱器求得的Re、Pr數(shù)值分別帶入普通管和強(qiáng)化管換熱器所得的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式中，可以得到

5、Nu及Nu0,強(qiáng)化比=Nu/ Nu0 。5、換熱器總傳熱系數(shù)K0的確定實(shí)驗(yàn)中若忽略換熱器的熱損失，在穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程中，空氣升溫獲得的熱量與對(duì)流傳遞的熱量及換熱器的總傳熱量均相等，則以外表面為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)S0傳熱管外表面?zhèn)鳠崦娣e(m2)因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)中i<<0，故傳熱管內(nèi)的對(duì)流傳熱系數(shù)i熱冷流體間的總傳熱系數(shù)K。四、實(shí)驗(yàn)裝置：如下圖氣-氣傳熱綜合測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置流程圖傳熱管系數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)：實(shí)驗(yàn)內(nèi)管內(nèi)徑d1(mm)20.00實(shí)驗(yàn)內(nèi)管外徑d2(mm)22.0實(shí)驗(yàn)外管內(nèi)徑D2(mm)50實(shí)驗(yàn)外管外徑D2(mm)57.0測(cè)量段(紫銅內(nèi)管)長(zhǎng)度L(m)第一套1.00 第二套1.20強(qiáng)化內(nèi)管內(nèi)插

6、物(螺旋線圈)尺寸絲徑h(mm)1截距H(mm)40加熱釜操作電壓200伏操作電流10安1、溫度測(cè)量(1)空氣入口溫度t1、空氣出口溫度t2，由電阻溫度計(jì)測(cè)量，由數(shù)字顯示儀表直接讀出。第一套：切換開(kāi)關(guān)擋位分別對(duì)應(yīng)的測(cè)溫點(diǎn)是： 0普通管空氣入口溫度、1普通管空氣出口溫度、2強(qiáng)化管空氣入口溫度、3強(qiáng)化管空氣出口溫度、4釜溫。第二套：數(shù)字顯示儀表顯示的溫度分別是：0普通管空氣入口溫度、1普通管空氣出口溫度、2強(qiáng)化管空氣入口溫度、3強(qiáng)化管空氣出口溫度。 (2)壁面（外管內(nèi)壁）平均溫度Tw因?yàn)閾Q熱器內(nèi)管為紫銅管，其導(dǎo)熱系數(shù)很大，且管壁很薄，故認(rèn)為內(nèi)壁溫度、外壁溫度和壁面平均溫度近似相等，用Tw表示。第一

7、套：由數(shù)字毫伏計(jì)測(cè)出與其對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)E(mv，熱電偶是由銅-康銅組成)，由公式Tw=8.5+21.26×E( mv)計(jì)算得到。切換開(kāi)關(guān)擋位分別對(duì)應(yīng)的測(cè)溫點(diǎn)是： 0普通管壁面熱電勢(shì)、1強(qiáng)化管壁面熱電勢(shì)。第二套：由數(shù)字顯示儀表直接讀取。上普通管壁面溫度，下強(qiáng)化管壁面溫度。2、空氣流量測(cè)定V（m3/h）V=Vt1× (m3h)式中 Vt1空氣入口溫度（即流量計(jì)處溫度）下的體積流量， m3/h；tm測(cè)量段上空氣的定性溫度（即tm=），；t1,t2分別為空氣的進(jìn)口溫度及出口溫度，；Vt1的計(jì)算：第一套：*3600 P孔板兩端壓差，pa；t1空氣入口溫度（即流量計(jì)處溫度）下的密度，kg

8、/m3。C0孔板流量計(jì)孔流系數(shù)， C0=0.65A0孔的面積，m2；d0孔板孔徑， d0=0.017m；第二套：式中:V2020時(shí)體積流量, m3/hV20=13.909×(P)0.648P孔板兩端壓差，kpa；3、 電加熱釜 是生產(chǎn)水蒸氣的裝置，使用體積為7升(加水至液位計(jì)的上端紅外線)，內(nèi)裝有一支2.5kw的螺旋形電熱器，為了安全和長(zhǎng)久使用，建議最高加熱電壓不超過(guò)200伏。4、 氣源(鼓風(fēng)機(jī)) 又稱旋渦氣泵，XGB2型，電機(jī)功率約0.75kw，產(chǎn)生的最大和最小空氣流量基本滿足要求，使用過(guò)程中，輸出空氣的溫度呈上升趨勢(shì)，5 、穩(wěn)定時(shí)間 是指在外管內(nèi)充滿飽和蒸汽，在排出口有適量的不凝

9、汽(氣)體排出，空氣流量調(diào)節(jié)好后，過(guò)15分鐘，空氣出口的溫度可基本穩(wěn)定。五、實(shí)驗(yàn)步驟1實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備、檢查工作(1)第一套 向電加熱釜加水至液位計(jì)上端紅線處。第二套:向儲(chǔ)水罐中加水至液位計(jì)上端處(2)（第一套） 向冰水保溫瓶加入適量的冰水。(3) 檢查空氣流量旁路調(diào)節(jié)閥是否全開(kāi)。(4) 檢查普通管支路各控制閥是否已打開(kāi)，保證蒸汽和空氣管線的暢通。(5) 接通電源總閘，設(shè)定加熱電壓，啟動(dòng)電加熱器開(kāi)關(guān)，開(kāi)始加熱。2實(shí)驗(yàn)開(kāi)始(1)一段時(shí)間后水沸騰，水蒸汽自行充入普通套管換熱器外管，觀察蒸汽排出口有恒量蒸汽排出，標(biāo)志著實(shí)驗(yàn)可以開(kāi)始。(2)約加熱10分鐘后

10、，可提前啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，保證實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)空氣人口溫度t1比較穩(wěn)定。(3)調(diào)節(jié)空氣流量旁路閥的開(kāi)度，使壓差計(jì)的讀數(shù)為所需的流量值(當(dāng)旁路閥全開(kāi)時(shí)，通過(guò)傳熱管的空氣流量為所需的最小值，全關(guān)時(shí)為最大值)。(4)穩(wěn)定58分鐘左右可轉(zhuǎn)動(dòng)各儀表選擇開(kāi)關(guān)讀數(shù)t1、t2、E值。(注意：第1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)必須穩(wěn)定足夠的時(shí)間)。(5)重復(fù)(3)與(4)共做56個(gè)空氣流量值。(6)最小，最大流量值一定要做。(7)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，加熱電壓可以保持不變，也可隨空氣流量的變化作適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。3轉(zhuǎn)換支路，重復(fù)步驟(2)的內(nèi)容，進(jìn)行強(qiáng)化套管換熱器的實(shí)驗(yàn)，測(cè)定56組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。4實(shí)驗(yàn)結(jié)束(1) 關(guān)閉加熱器開(kāi)關(guān)。(2) 過(guò)5分鐘后關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)，并

11、將旁路閥全開(kāi)。(3) 切斷總電源。(4) 若需幾天后再做實(shí)驗(yàn)，則應(yīng)將電加熱釜和冰水保溫瓶中的水放干凈。六、注意事項(xiàng)1、第一套由于采用熱電偶測(cè)溫，所以實(shí)驗(yàn)前要檢查冰桶中是否有冰水混合物共存；檢查熱電偶的冷端，是否全部沒(méi)在冰水混和物中。2、檢查蒸汽加熱釜中的水位是否在正常范圍內(nèi)，特別是每個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行下一個(gè)實(shí)驗(yàn)之前，如果發(fā)現(xiàn)水位過(guò)低，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)給水量。3、必須保證蒸汽上升管線的暢通。既在給蒸汽加熱釜電壓之前，兩蒸汽支路控制閥之一必須全開(kāi)。在轉(zhuǎn)換支路時(shí)，應(yīng)先開(kāi)啟需要的支路閥，再關(guān)閉另一側(cè)，且開(kāi)啟和關(guān)閉控制閥必須緩慢，防止管線截?cái)嗷蛘羝麎毫^(guò)大突然噴出。4、必須保證空氣管線的暢通。即在接通風(fēng)機(jī)電源之

12、前，兩個(gè)空氣支路控制閥之一和旁路調(diào)節(jié)閥必須全開(kāi)。在轉(zhuǎn)換支路時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉風(fēng)機(jī)電源，然后開(kāi)啟和關(guān)閉控制閥。5、電源線的相線，中線不能接錯(cuò)，實(shí)驗(yàn)桌鐵架一定要接地。7、調(diào)節(jié)流量后，應(yīng)穩(wěn)定38分鐘后讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理表一、普通管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理表設(shè)備編號(hào)： 1# 傳熱管內(nèi)徑d1=20mm 外徑d2=22mm 傳熱管長(zhǎng)度：L=1.00m 內(nèi)傳熱面積S1=0.06284（m2） 外傳熱面積S2=0.06912（m2） 孔板流量計(jì)： Co=0.65 do=0.017m Ao=0.0002m2NO.12345678910孔板流量計(jì)壓差(KPa)1.39 2.02 2.523.27 4.05 4.87 t

13、1()26.30 27.60 30.00 32.90 35.60 38.40 t2()63.10 62.90 63.60 64.40 65.40 66.40 Tw(mv)4.24 4.24 4.23 4.23 4.23 4.23 Tw()98.64 98.64 98.43 98.43 98.43 98.43 t1(Kg/m3)1.18 1.18 1.17 1.16 1.15 1.14 tm()44.745.2546.848.6550.552.4m(Kg/m3)1.12 1.12 1.12 1.11 1.10 1.10 m（W/m.k)0.0278 0.0278 0.0280 0.0281 0.

14、0282 0.0284 Cpm(J/Kg.k)100910091009100910091009m×1.94 1.94 1.95 1.95 1.96 1.97 tm()51.78 51.39 49.75 48.07 46.34 44.57 V20(m3/h)Vt1(m3/h)25.73 31.07 34.82 39.83 44.50 48.99 Vm(m3/h)27.31 32.90 36.75 41.88 46.64 51.19 um(m/s)24.14 29.08 32.49 37.03 41.24 45.26 Q(W)316.3 364.9 386.2 410.4 430.0 4

15、40.9 i(W/m2)97.2 113.0 123.5 135.8 147.7 157.4 Re28759 34504 38185 43020 47384 50360 Nu69.9 81.2 88.4 96.7 104.6 111.0 Pr0.703 0.703 0.702 0.702 0.702 0.702 Nu/Pr0.480.5 93.5 101.8 111.4 120.5 127.9 普通管關(guān)聯(lián)式 Nu = 0.0249Re0.7894Pr0.4 A=0.0249,m=0.7894K(W/m2)88.4 102.7 112.3 123.5 134.2 143.1 計(jì)算實(shí)例： 已知：傳

16、熱管內(nèi)徑d=0.02m，流通截面積：F=*d2/4=3.142*0.022/4=0.（m2）傳熱管長(zhǎng)度L=1.00m，傳熱面積S=*d*L=3.142*0.02*1.0=0.06284（m2）孔板流量計(jì)：流量系數(shù)Co=0.65，孔板直徑do=0.017m， 孔板截面積Ao=*d2/4（m2）以第六組數(shù)據(jù)為例：1、 空氣物理性常數(shù)的確定：查表或根據(jù)回歸公式計(jì)算可得：t1=38.4 () t1=1.14(Kg/m3)測(cè)量段上空氣的定性溫度 ()測(cè)量段上空氣的平均密度m=1.1(Kg/m3)。平均比熱Cpm=1009 (J/Kg.k)平均導(dǎo)熱系數(shù)m=0.0284（W/m.k)，平均粘度m=1.97*

17、10-5 （Pa.s）2、冷熱流體間的平均溫差tm=()上式中傳熱管壁面平均溫度Tw=8.5+21.26*E=8.5+21.26*4.23=98.48 ()3、 管內(nèi)平均體積流量：（m3/h）)4、管內(nèi)平均流速 （m/s）5、傳熱速率 (W)6、管內(nèi)傳熱系數(shù)(W/m2)7、雷諾準(zhǔn)數(shù)傳熱準(zhǔn)數(shù)普蘭特準(zhǔn)數(shù)8、求準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式Nu=ARemPr0.4中的常數(shù)項(xiàng)：A，m。計(jì)算以Nu/Pr0.4為縱坐標(biāo)，Re為橫坐標(biāo)，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中繪Nu/Pr0.4-Re關(guān)系圖，并進(jìn)行回歸公式。見(jiàn)下圖9、計(jì)算強(qiáng)化比Nu/Nu0 將強(qiáng)化管的Re、Pr值帶入普通管的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式中，求NuoNu0=0.0249Re0.7894Pr

18、0.4=103.25 強(qiáng)化比Nu/Nu0=129.3/103.25=1.2510、管內(nèi)總傳熱系數(shù) (W/m2)因?yàn)閕<<0，因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)中i<<0，故傳熱管內(nèi)的對(duì)流傳熱系數(shù)i熱冷流體間的總傳熱系數(shù)K。（i、0分別為管內(nèi)、外壁傳熱系數(shù)）11、同理，處理強(qiáng)化管的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作圖、回歸得到準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式Nu=BRemPr0.4中的常數(shù)項(xiàng)B，m。12、強(qiáng)化管的實(shí)驗(yàn)數(shù)見(jiàn)表二。表二、強(qiáng)化管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)原始記錄表設(shè)備編號(hào)： 1# 傳熱管內(nèi)徑d=20mm 流通截面積：F=0.（m2） 傳熱管長(zhǎng)度：1.00M 傳熱面積S=0.06284（m2） 孔板流量計(jì)： Co=0.65 do=0.017m Ao

19、=0.0002m2NO.12345678910孔板流量計(jì)壓差(KPa)1.13 1.81 2.242.94 3.58 4.12 t1()27.10 29.20 32.20 34.90 37.90 39.70 t2()67.70 68.30 69.70 70.50 71.40 72.30 Tw(mv)4.24 4.24 4.24 4.24 4.24 4.24 Tw()98.64 98.64 98.64 98.64 98.64 98.64 t1(Kg/m3)1.18 1.17 1.16 1.16 1.15 1.14 tm()47.448.7550.9552.754.6556.00 m(Kg/m3)1.11 1.11 1.10 1.10 1.09 1.09 m（W/m.k)0.0280 0.0281 0.0283 0.028