換熱器傳熱系數(shù)的測定指導(dǎo)書

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實(shí)驗(yàn)三 換熱器傳熱系數(shù)的測定指導(dǎo)書一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.通過對(duì)空氣水蒸汽簡單換熱管的實(shí)驗(yàn)研究，掌握對(duì)流傳熱系數(shù)的測定方法，加深對(duì)其概念和影響因素的理解；并應(yīng)用線性回歸分析方法，確定關(guān)聯(lián)式中常數(shù)A、m的值。2.通過對(duì)管程內(nèi)部插有螺旋線圈的空氣-水蒸氣強(qiáng)化套管換熱器的實(shí)驗(yàn)研究，測定其系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式中常數(shù)B、m的值和強(qiáng)化比，了解強(qiáng)化傳熱的基本理論和基本方式。3.了解熱電偶溫度計(jì)的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.測定5-6個(gè)不同空氣流速下簡單套管換熱器的對(duì)流傳熱系數(shù)。2.對(duì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，求關(guān)聯(lián)式中常數(shù)A、m的值。3.測定5-6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)。4.

2、對(duì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，求關(guān)聯(lián)式中常數(shù)B、m的值。5.同一流量下，根據(jù)所得準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式求，計(jì)算傳熱強(qiáng)化比。三、實(shí)驗(yàn)原理 光滑套管換熱器傳熱系數(shù)及其準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的測定 對(duì)流傳熱系數(shù)的測定在該傳熱實(shí)驗(yàn)中，空氣走內(nèi)管，蒸氣走外管。對(duì)流傳熱系數(shù)可以根據(jù)牛頓冷卻定律，用實(shí)驗(yàn)來測定 （1）式中：管內(nèi)流體對(duì)流傳熱系數(shù)，W/(m2)； Qi管內(nèi)傳熱速率，W； Ai管內(nèi)換熱面積，m2； 內(nèi)壁面與流體間的溫差，。 由下式確定： （2）式中：t1，t2 冷流體的入口、出口溫度，； tw 壁面平均溫度，； 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 來表示

3、。 管內(nèi)換熱面積： （3）式中：di內(nèi)管管內(nèi)徑，m； Li傳熱管測量段的實(shí)際長度，m。 由熱量衡算式： （4）其中質(zhì)量流量由下式求得： （5）式中：冷流體在套管內(nèi)的平均體積流量，m3 / h； 冷流體的比定壓熱容，kJ / (kg·K)； 冷流體的密度，kg /m3。 和可根據(jù)定性溫度tm查得，為冷流體進(jìn)出口平均溫度。t1，t2， tw， 可采取一定的測量手段得到。 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)制湍流，被加熱狀態(tài)，準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的形式為 . （6） 其中： ， ， 物性數(shù)據(jù)、可根據(jù)定性溫度tm查得。經(jīng)過計(jì)算可知，對(duì)于管內(nèi)被加熱的空氣，普蘭特準(zhǔn)數(shù)變化不大，可以認(rèn)為是常數(shù)，

4、則關(guān)聯(lián)式的形式簡化為： （7）這樣通過實(shí)驗(yàn)確定不同流量下的與，然后用線性回歸方法確定A和m的值。 強(qiáng)化套管換熱器傳熱系數(shù)、準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式及強(qiáng)化比的測定圖1 螺旋線圈內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)化傳熱又被學(xué)術(shù)界稱為第二代傳熱技術(shù)，它能減小初設(shè)計(jì)的傳熱面積，以減小換熱器的體積和重量；提高現(xiàn)有換熱器的換熱能力；使換熱器能在較低溫差下工作；并且能夠減少換熱器的阻力以減少換熱器的動(dòng)力消耗，更有效地利用能源和資金。強(qiáng)化傳熱的方法有多種，本實(shí)驗(yàn)裝置是采用在換熱器內(nèi)管插入螺旋線圈的方法來強(qiáng)化傳熱的。螺旋線圈的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，螺旋線圈由直徑3mm以下的銅絲和鋼絲按一定節(jié)距繞成。將金屬螺旋線圈插入并固定在管內(nèi)，即可構(gòu)成一種強(qiáng)化傳熱管

5、。在近壁區(qū)域，流體一面由于螺旋線圈的作用而發(fā)生旋轉(zhuǎn)，一面還周期性地受到線圈的螺旋金屬絲的擾動(dòng)，因而可以使傳熱強(qiáng)化。由于繞制線圈的金屬絲直徑很細(xì)，流體旋流強(qiáng)度也較弱，所以阻力較小，有利于節(jié)省能源。螺旋線圈是以線圈節(jié)距H與管內(nèi)徑d的比值技術(shù)參數(shù)，且長徑比是影響傳熱效果和阻力系數(shù)的重要因素。科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)研究總結(jié)了形式為的經(jīng)驗(yàn)公式，其中B和m的值因螺旋絲尺寸不同而不同。采用和光滑套管同樣的實(shí)驗(yàn)方法確定不同流量下得Re與Nu，用線性回歸方法可確定B和m的值。單純研究強(qiáng)化手段的強(qiáng)化效果（不考慮阻力的影響），可以用強(qiáng)化比的概念作為評(píng)判準(zhǔn)則，它的形式是：，其中Nu是強(qiáng)化管的努塞爾準(zhǔn)數(shù)，Nu0是光滑管的努塞爾

6、準(zhǔn)數(shù)，顯然，強(qiáng)化比1，而且它的值越大，強(qiáng)化效果越好。四、實(shí)驗(yàn)流程與裝置 1. 實(shí)驗(yàn)流程實(shí)驗(yàn)裝置的主體是兩根平行的套管換熱器，內(nèi)管為紫銅材質(zhì)，外管為不銹鋼管，兩端用不銹鋼法蘭固定。實(shí)驗(yàn)的蒸汽發(fā)生器為電加熱器，內(nèi)有2根2.5kW螺旋形電熱器、用160V電壓加熱。 空氣由旋渦氣泵吹出，由旁路調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，經(jīng)孔板流量計(jì)，由支路控制閥選擇不同的支路進(jìn)入換熱器器。管程蒸汽由加熱器發(fā)生后自然上升，經(jīng)支路控制閥選擇與空氣呈逆流進(jìn)入換熱器殼程，由另一端蒸汽出口自然噴出，達(dá)到逆流換熱效果。圖1 空氣-水蒸氣傳熱綜合實(shí)驗(yàn)裝置流程圖1-普通套管換熱器；2-內(nèi)插有螺旋線圈的強(qiáng)化套管換熱器；3-蒸汽發(fā)生器；4-旋渦氣泵；5

7、-旁路調(diào)節(jié)閥；6-孔板流量計(jì)；7-風(fēng)機(jī)出口溫度（冷流體入口溫度）測試點(diǎn)；8、9-空氣支路控制閥；10、11-蒸汽支路控制閥；12、13-蒸汽放空口；14-蒸汽上升主管路；15-加水口；16-放水口；17-液位計(jì)；18-冷凝液回流口2.實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)備主要技術(shù)數(shù)據(jù)見表1 表1 實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)管內(nèi)徑di（mm）20.00實(shí)驗(yàn)內(nèi)管外徑do（mm）22.0實(shí)驗(yàn)外管內(nèi)徑Di（mm）50實(shí)驗(yàn)外管外徑Do（mm）57.0測量段（紫銅內(nèi)管）長度L（m）1.00強(qiáng)化內(nèi)管內(nèi)插物（螺旋線圈）尺寸絲徑h（mm）1節(jié)距H（mm）40加熱釜操作電壓200伏 操作電流10安 實(shí)驗(yàn)的測量手段 空氣流量的測量空氣流量計(jì)由孔

8、板與差壓變送器和二次儀表組成。該孔板流量計(jì)在20時(shí)標(biāo)定的流量和壓差的關(guān)系式為： （8）流量計(jì)在實(shí)際使用時(shí)往往不是20，此時(shí)需要對(duì)該讀數(shù)進(jìn)行校正： （9）式中：孔板流量計(jì)兩端壓差，KPa； 20時(shí)體積流量， m3/h；流量計(jì)處體積流量，也是空氣入口體積流量，m3/h； 流量計(jì)處溫度，也是空氣入口溫度，。由于換熱器內(nèi)溫度的變化，傳熱管內(nèi)的體積流量需進(jìn)行校正： （10）傳熱管內(nèi)平均體積流量，m3/h；傳熱管內(nèi)平均溫度，。 溫度的測量空氣進(jìn)出口溫度采用Cu50銅電阻溫度計(jì)測得，由多路巡檢表以數(shù)值形式顯示（1普通管空氣進(jìn)口溫度；2普通管空氣出口溫度；3強(qiáng)化管空氣進(jìn)口溫度；4強(qiáng)化管空氣出口溫度；5 加熱釜

9、水溫）。壁溫采用熱電偶溫度計(jì)測量，光滑管的壁溫由顯示表的上排數(shù)據(jù)讀出，強(qiáng)化管的壁溫由顯示表的下排數(shù)據(jù)讀出。 電加熱釜是產(chǎn)生水蒸汽的裝置，使用體積為7升(加水至液位計(jì)的上端紅線),內(nèi)裝有一支2.5kw的螺旋形電熱器加熱。 氣源(鼓風(fēng)機(jī)) 又稱旋渦氣泵，XGB2型，電機(jī)功率約0.75 KW（使用三相電源），使用過程中，輸出空氣的溫度呈上升趨勢。五、實(shí)驗(yàn)方法及步驟 實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備，檢查工作。 向電加熱釜加水至液位計(jì)上端紅線處。 檢查空氣流量旁路調(diào)節(jié)閥是否全開。 檢查蒸氣管支路各控制閥是否已打開。保證蒸汽和空氣管線的暢通。 接通電源總閘，設(shè)定加熱電壓，啟動(dòng)電加熱器開關(guān)，開始加熱。2. 實(shí)驗(yàn)開始. 關(guān)閉通

10、向強(qiáng)化套管的閥門11，打開通向簡單套管的閥門10，當(dāng)簡單套管換熱器的放空口12有水蒸氣冒出時(shí)，可啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，此時(shí)要關(guān)閉閥門8，打開閥門9。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中始終保持換熱器出口處有水蒸氣冒出。 啟動(dòng)風(fēng)機(jī)后用放空閥5來調(diào)節(jié)流量，調(diào)好某一流量后穩(wěn)定5-10分鐘后，分別測量空氣的流量，空氣進(jìn)、出口溫度及壁面溫度。然后，改變流量測量下組數(shù)據(jù)。 做完簡單套管換熱器的數(shù)據(jù)后，要進(jìn)行強(qiáng)化管換熱器實(shí)驗(yàn)。先打開蒸汽支路閥11，全部打開空氣旁路閥5，關(guān)閉蒸汽支路閥10，關(guān)閉空氣支路閥9，打開空氣支路閥8，進(jìn)行強(qiáng)化管傳熱實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)方法同步驟。 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，依次關(guān)閉加熱電源、風(fēng)機(jī)和總電源。一切復(fù)原。注意事項(xiàng):1.必須保證蒸

11、汽上升管線的暢通。即在給蒸汽加熱釜電壓之前，兩蒸汽支路閥門之一必須全開。在轉(zhuǎn)換支路時(shí)，應(yīng)先開啟需要的支路閥，再關(guān)閉另一側(cè)，且開啟和關(guān)閉閥門必須緩慢，防止管線截?cái)嗷蛘羝麎毫^大突然噴出。2.必須保證空氣管線的暢通。即在接通風(fēng)機(jī)電源之前，兩個(gè)空氣支路控制閥之一和旁路調(diào)節(jié)閥必須全開。在轉(zhuǎn)換支路時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉風(fēng)機(jī)電源，然后開啟和關(guān)閉支路閥。3.調(diào)節(jié)流量后，應(yīng)至少穩(wěn)定510分鐘后讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。4.實(shí)驗(yàn)中保持上升蒸汽量的穩(wěn)定，不應(yīng)改變加熱電壓，且保證蒸汽放空口一直有蒸汽放出。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1. 數(shù)據(jù)整理表表2 光滑套管換熱器原始數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)整理表裝置編號(hào)： 傳熱管內(nèi)徑：0.020m 有效長度：1.00m 冷流體

12、：空氣（管內(nèi)） 流體：蒸汽（管外）123456孔板壓差（KPa）空氣入口溫度t1（）（kg/m3）空氣出口溫度t2（）壁面溫度（）管內(nèi)平均溫度（）（kg/ m3）*100（W/m·）（kJ/ kg·）*10000（Pa·s）空氣進(jìn)出口溫差t（）平均溫差tm（）20時(shí)空氣流量（m3/h）流量計(jì)處空氣流量（m3/h）管內(nèi)平均流量（m3/h）平均流速u（m/s）傳熱量（W）（W/m2·）ReNuNu / Pr0.4表3 強(qiáng)化套管換熱器原始數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)整理表裝置編號(hào)： 傳熱管內(nèi)徑：0.020m 有效長度：1.00m 冷流體：空氣（管內(nèi)） 流體：蒸汽（管外）1234

13、56孔板壓差（KPa）空氣入口溫度t1（）（kg/m3）空氣出口溫度t2（）壁面溫度（）管內(nèi)平均溫度（）（kg/ m3）*100（W/m·）（kJ/ kg·）*10000（Pa·s）空氣進(jìn)出口溫差t（）平均溫差tm（）20時(shí)空氣流量（m3/h）流量計(jì)處空氣流量（m3/h）管內(nèi)平均流量（m3/h）平均流速u（m/s）傳熱量（W）（W/m2·）ReNuNu / Pr0.4Nu0Nu / Nu02.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算過程 ( 光滑套管第1列數(shù)據(jù)為例) 孔板流量計(jì)壓差計(jì)讀數(shù) =5.30KPa，空氣進(jìn)口溫度41.8出口溫度66.4()，傳熱管壁面溫度=100.3(1)

14、傳熱管內(nèi)徑及流通截面積 20.00(),0.0200 (); 3.142×(0.0200) 240.（m2).(2)傳熱管有效長度 及傳熱面積 1.00 3.142×0.02×1.000.06284(m2). (3)空氣平均物性常數(shù)的確定先算出空氣的定性溫度， = 54.1（）在此溫度下空氣物性數(shù)據(jù)如下：平均密度 m 1.08(kg/m3)； 平均比熱1005 (JKg·k)；平均導(dǎo)熱系數(shù) m0.0285(·K)； 平均粘度 m0. ()； 空氣流過換熱器內(nèi)管時(shí)平均體積流量和平均流速的計(jì)算20時(shí)對(duì)應(yīng)的孔板流量計(jì)體積流量= 22.696×5.300.5 = 52.25（m3/h）因?yàn)榱髁坑?jì)處溫度不是20，故需校正：（m3/h） 傳熱管內(nèi)平均體積流量: （m3/h）平均流速:=49.78（m/s） 壁面和冷流體間的平均溫度差的計(jì)算: = 100.354.1 = 46.2（） 傳熱速率418（W） 管內(nèi)傳熱系數(shù) 144 （W/m2·） 各準(zhǔn)數(shù)101 其它組數(shù)據(jù)處理方法同上，數(shù)據(jù)結(jié)果見表2。