傳熱綜合實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)2傳熱綜合實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^對(duì)簡(jiǎn)單套管換熱器的實(shí)驗(yàn)，掌握對(duì)流傳熱系錚的測(cè)定方法。應(yīng)用線形回歸分析方i法，確定關(guān)聯(lián)式Nu=ARemPro.4中常數(shù)a、m的值。通過對(duì)強(qiáng)化套管換熱器的實(shí)驗(yàn)，測(cè)定其準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式Nu=BRem中常數(shù)b、m的值和強(qiáng)化比Nu/Nu。0套管換熱器的管內(nèi)壓降A(chǔ)p和Nu之間的關(guān)系。二、 實(shí)驗(yàn)原理普通套管換熱器傳熱系數(shù)及其準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的測(cè)定(1)對(duì)流傳熱系數(shù)a的測(cè)定i對(duì)流傳熱系數(shù)a可以根據(jù)牛頓冷卻定理來(lái)實(shí)驗(yàn)測(cè)定：a=Q，其中a為管內(nèi)流TOC\o"1-5"\h\zi iAtxS im i體對(duì)流傳熱系數(shù)，W/(m2?°C)；Q為管內(nèi)傳熱速率，W；S為管內(nèi)換熱面積，m2；At為內(nèi)i i m管壁溫度與內(nèi)管流體溫度的平均溫差，C。平均溫差A(yù)平均溫差A(yù)t=tmw，其中J,J為冷流體的入口、出口溫度，€"為壁面平均溫度，C。而管內(nèi)換熱面積S=兀dL，其中d.為內(nèi)管管內(nèi)徑，m；L.為傳熱管測(cè)量TOC\o"1-5"\h\zi ii i i段的實(shí)際長(zhǎng)度，m。由熱量衡算式Qi二Wcpi(ti2-7,其中質(zhì)量流量由下式得叫=36詁。式中vi為冷流體在套管內(nèi)的平均體積流量，m3/h；c.為冷流體的定壓比熱，kJ/(kg?C)；P為冷流體的密pi i度，kg/m3。c和p可根據(jù)定性溫度t查得，t=tii+ti2為冷流體進(jìn)出口平均溫度。Pi i m m 2(2)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的測(cè)定流體在管內(nèi)作強(qiáng)制湍流，被加熱狀態(tài)下，準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的形式為Nu=ARemPrn，其中\(zhòng)o"CurrentDocument"ad仆dpu c卩Nu=卡亠，Re=iii，Pr二pi。九、c、p、卩都可根據(jù)定性溫度t查入 卩 入 ipiiii i i得。經(jīng)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，可看作常數(shù)，則關(guān)聯(lián)式簡(jiǎn)化為Nu=ARemPto.4。通過實(shí)驗(yàn)確定不同流量下的Re和Nu,然后用線形回歸的方法確定A和m。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(cè)定強(qiáng)化傳熱的方法有多種，本實(shí)驗(yàn)采用在換熱器內(nèi)管插入螺旋線圈的方法。經(jīng)驗(yàn)公式為Nu=BRem，其中B與m的值因螺旋絲尺寸不同而不同。本實(shí)驗(yàn)計(jì)算不同流量下的Re和Nu,用線性回歸的方法可確定B和m。單純研究強(qiáng)化手段的強(qiáng)化效果(不考慮阻力)，可以用強(qiáng)化比Nu/Nu°作為評(píng)判準(zhǔn)則，其中Nu是強(qiáng)化管的努塞爾準(zhǔn)數(shù)，Nu0是普通管的努塞爾準(zhǔn)數(shù)。顯然強(qiáng)化比Nu/Nu0>1,且它的值越大強(qiáng)化效果越好。三、實(shí)驗(yàn)流程圖1—普通套管換熱器；2—內(nèi)插有螺絲線圈的強(qiáng)化套管換熱器；3—蒸汽發(fā)生器；4—旋渦氣泵；5—旁路調(diào)節(jié)閥;6—孔板流量計(jì)；7、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—傳熱系數(shù)分布實(shí)驗(yàn)套盒；15—紫銅管；16—加水口；17—放水口；18—液位計(jì)；19—熱電偶溫度測(cè)量實(shí)驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)接口；20—普通管測(cè)壓口；21—強(qiáng)化管測(cè)壓口四、 原始數(shù)據(jù)記錄(附后)五、 數(shù)據(jù)整理普通管：內(nèi)管外徑22.0mm,內(nèi)管壁厚1.0mm,內(nèi)管直徑20.0mm；強(qiáng)化管：內(nèi)插螺旋絲，

其它數(shù)據(jù)同普通管;測(cè)量段長(zhǎng)度1.00m；孔板流量計(jì):開孔尺寸17.0mm,流量公式系數(shù)A=23.8；40-60r下干空氣比熱容c=1.005kJ/(kg?°C)；普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr=0.698

壁面溫度與熱電勢(shì)的關(guān)系為tw(C)=8.5009+21.25678xE(mV)流量計(jì)壓差與流量的關(guān)系為V二A，——t0 VP、10

表1普通管數(shù)據(jù)處理表項(xiàng)目t/CV/(m3/h)t/CP./(kg/m3)Q/kW?/[W/(m2?°C)]Rex10-4Nu197.991922.339343.3‘1.11640.27849281.08322.2904458.3521297.779431.028244.71.11160.367817110.34333.1561679.1303397.354238.347346.351.10580.422614131.94053.8637194.2281497.779443.950648.451.09840.44878144.86654.37521102.9192597.779449.576650.851.09020.469253159.22164.86850112.4466697.566853.775853.91.08010.470233171.47545.19150120.1944表2強(qiáng)化管數(shù)據(jù)處理表項(xiàng)目t/CVt0/(m3/h)t/CP./(kg/m3)Q/kWa/[W/(m2?C)]Rex10-4Nu197.779419.541852.951.08330.291355103.49051.8967072.7116297.779426.133952.051.08620.36691127.76272.5491289.9611397.779431.2509521.08640.420823146.37593.04919103.0816497.566835.845852.751.08390.460978163.7873.48284115.1321597.566839.504353.951.08000.477613174.36633.81290122.208697.354247.434458.551.06480.480816197.30624.46203136.7428表3強(qiáng)化比數(shù)據(jù)處理表項(xiàng)目123456普通管Nu049.855564.449775.298384.516391.4306104.8070強(qiáng)化管Nu72.711672.711672.711672.711672.711672.7116強(qiáng)化比Nu/Nu01.45841.39581.36901.36221.33661.3047六、計(jì)算舉例1.普通管換熱器（第2組）管壁溫度t二8.5009+21.25678x4.20二97.7794°Cw冷流體入口溫度t0-25.6C'得此溫度下水的密度p10-1.182kg/m39A1流量計(jì)流量V二A,1—10liC二23.8」 一二31.0282m3流量計(jì)流量V二A,1—10liCp 1.182610管內(nèi)傳熱速率Q二Wc管內(nèi)傳熱速率Q二Wcp一t)=31.0282x1.1116x1.005x(63.8-25.6)=0.367817kW213600平均溫差A(yù)tm平均溫差A(yù)tm二97.7794-(63.8+25.6、二53.0794C管內(nèi)換熱面積S=兀dL=管內(nèi)換熱面積S=兀dL=3.14x0.02x1=0.0628m2對(duì)流傳熱系數(shù)367.817a-AtxS-53.0794x0.0628-110.3433W/(m?C)m, t+1 63.8+25.6 .. I厶，宀宀 “「“/丫.定性溫度t=-4 2= =44.7°C，此溫度下水的密度P=1.1116kg/m3,m22粘度卩二1.9335x10-5Pa-s，熱導(dǎo)率九二2.7889x10-2W/(m)C)雷諾數(shù)d-p-u0.02雷諾數(shù)d-p-u0.02x1.1116Re= =—卩 1.9335x10-54x31.02823600x3.14x0.022=3.15616x104努塞爾準(zhǔn)數(shù)110.3433x0.020.027889=79.13032.強(qiáng)化管換熱器（第2組）管壁溫度t—8.5009+21.25678x4.20—97.7794Cw流量計(jì)流量V流量計(jì)流量V—A：—10 lip—23.8」一—26.1339m3/hP 1.169410管內(nèi)傳熱速率Wcp-管內(nèi)傳熱速率Wcp-1)-26.1339x1.0862x1.005X(75.2-28.9)-0.36691kW213600平均溫差A(yù)tm平均溫差A(yù)tm二97.7794-(75.2+28.9\二45.7294C管內(nèi)換熱面積S=兀dL—3.14x0.02x1=0.0628管內(nèi)換熱面積S=兀dL—3.14x0.02x1=0.0628m2對(duì)流傳熱系數(shù)Q 366.91[crrcra— — —127.7627w/(m2°C)AtxS45.7294x0.0628m4x26.1339雷諾數(shù)Re-d卩u-0.02x1.0862- 亠… -2.54912x1041.97025x10-53600x3.14x0.022+宀一—a?d127.7627x0.02 “v努塞爾準(zhǔn)數(shù)Nu— — —89.9611九0.0284043.強(qiáng)化比計(jì)算(第2組)Nu—0.0096x31561.60.8685—64.44970強(qiáng)化比NuNu—89.9611—1.39580 64.44974.對(duì)普通管進(jìn)行回歸計(jì)算①線性回歸（第2組）由Nu—ARemPr0.4得lgPr0.4丿—lgA+mlgRe,即y—a+bx791303代入數(shù)據(jù)得y2—他如—1961，v-1-9612-3?846；x2-臨31561.6-4.499‘x2二4.4992二20?241；xy=4.499x1.961=8.823222...b= 7-飼二0.85856a二亍-bX=—1.955，得A=10-1.955=0.0111工x2-n彭iNu=0.011Re0.8685Pr0.4相關(guān)性由計(jì)算機(jī)計(jì)算得相關(guān)系數(shù)r2=0.9981，即r=0.999。由n=6,n-2=4,查相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)表得r(X=0.01)=0.917<|r|=0.999。這表明Re和Nu兩變量線性相關(guān)在?=0.01的高min水平上仍然是顯著的，因此在Re、Nu之間求回歸直線是完全合理的。方差分析123456平均值Nu58.352179.130394.2281102.9192112.4466120.194494.5451ANu58.730177.587292.4880103.0336113.0508119.5374名稱平方和自由度方差方差比回歸U=2613.647fU=m=1Vu=U/fU=2613.647F=Vm/Vq=1643.80剩余Q=6.36176fQ=n-2=4VQ=Q/(n-2)=1.59UQ總計(jì)lyy=2596.127f^=n-1=5Q查表得F(1,4)=21.2???所作回歸在最高水平0.01水平上仍然是顯著的，此結(jié)論與用0.01相關(guān)系數(shù)r作顯著性檢驗(yàn)的結(jié)論一致。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析討論圖1普通管和強(qiáng)化管換熱器的Nu-Re圖10000/X10000/XV////理通管:R2=0.997/丿強(qiáng)化管:R:=0.9978/101001000Nu由Pr=0.698得光滑管的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式Nu=0.0096Reo.8685=O.O11Reo.8685Pro.4，即A=0.011,m=0.8685。與經(jīng)驗(yàn)公式Nu=0.023Reo.8Pro.4相比，實(shí)驗(yàn)得A與m的相對(duì)誤差分別為52.17%和5.45%。由強(qiáng)化管的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式Nu=O.O4