液液傳熱實(shí)驗(yàn)講義

#傳熱（冷水—熱水）綜合實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、通過對冷水一熱水簡單套管換熱器的實(shí)驗(yàn)研究，掌握對流傳熱系數(shù)a及總傳熱系數(shù)Ko的測定方法，加深對其概念和影響因素的理解。2、學(xué)會(huì)應(yīng)用線性回歸分析方法，確定關(guān)聯(lián)式Nu=ARemPw中常數(shù)a、m的值；二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、在套管式換熱器中，測定5?6個(gè)不同流速下，管內(nèi)冷水與管間熱水之間的總傳熱系數(shù)K；流體與管壁o面間對流傳熱系數(shù)a和a。oi2、將測定值同運(yùn)用K與a，a之間關(guān)系式計(jì)算得出的a值進(jìn)行比較；計(jì)算得出Nu1（實(shí)驗(yàn)）和Nu2（計(jì)算）ooi i的值2、對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，求關(guān)聯(lián)式Nu1（實(shí)驗(yàn)）=ARemPr0.4和Nu2（計(jì)算）=ARemPr0.4中常數(shù)A、m的值。三、實(shí)驗(yàn)原理1、總傳熱系數(shù)K的測定:

o由總傳熱速率方程式Q=KSAtoomQ

SA（1-1）（1-2）om式中：Q——傳熱速率，W；S——換熱管的外表面積，m2；oAt——對數(shù)平均溫度差，℃；mK——基于管外表面積的總傳熱系數(shù)，W/（m2.℃）；o由熱量衡算式：Q=卬C（t-1）CP2 1式中：WC——冷流體的質(zhì)量流量，kg/s；CP——冷流體的定壓比熱，kJ/（kg.℃）；t,t——分別為冷流體進(jìn)、出口溫度，℃；12S=兀dLoo式中：d 傳熱管的外徑，m；oL——傳熱管的有效長度，m；（1-3）（1-4）AtmAt-At——2 1Atln—2At1(T-1)-(T-1)―1 2 2 T-tlnt—2T-121（1-5）式中：T1，T2——分別為熱流體進(jìn)、出口溫度，℃；2、對流傳熱系數(shù)a對流傳熱系數(shù)a,iQ=aS(tiiwmQa的測定o可以根據(jù)牛頓冷卻定律來實(shí)驗(yàn)測定：—t）m（1-6）式中：S.itwm同理：a=2、對流傳熱系數(shù)a對流傳熱系數(shù)a,iQ=aS(tiiwmQa的測定o可以根據(jù)牛頓冷卻定律來實(shí)驗(yàn)測定：—t）m（1-6）式中：S.itwm同理：a= iS(t—t)iwmm換熱管的內(nèi)表面積冷流體平均溫度，t（1-7）S=兀dLit+1-4 22m2；℃；換熱管內(nèi)壁表面的平均溫度，℃；a= oS(T—T)omwm（1-8）式中：Tm熱流體平均溫度Twm換熱管外壁表面的平均溫度，℃；因?yàn)閭鳠峁転樽香~管，其導(dǎo)熱系數(shù)很大，加上傳熱管壁很薄故認(rèn)為T氏t

wm，wmT用熱電偶來測量。wm3、總傳熱系數(shù)計(jì)算式1dbd o-+o—ad 入dii1+—

ao（1-9）4、三個(gè)準(zhǔn)數(shù)Pr=（1-10）（1-11）（1-12）（1-11）（1-12）Nu=—人udPRe二 H冷流體在管內(nèi)作強(qiáng)制湍流，準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的形式為Nu=ARemPrn其中：取冷流體的定性溫度為定值，物性數(shù)據(jù)九、Cp、P、H可根據(jù)冷流體定性溫度查得。則普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr是常數(shù)，則關(guān)聯(lián)式的形式簡化為:Nu=ARemPr0.4通過實(shí)驗(yàn)確定不同流量下的Re與Nu，然后用線性回歸方法確定A和m的值。四、實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)流程圖及基本結(jié)構(gòu)參數(shù)：如圖2-1所示，實(shí)驗(yàn)裝置的主體是一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)的熱流體在電加熱釜內(nèi)加熱，其內(nèi)有2根2.5KW螺旋形電加熱器，用220伏電壓加熱；經(jīng)熱流體循環(huán)泵進(jìn)入換熱器的殼程。冷流體由離心泵抽出，由流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)入換熱器的管程。達(dá)到逆流換熱的效果。圖2-1水-水熱交換器流程及裝備圖實(shí)驗(yàn)裝置：1—給水閥；2—高位槽；3—流量調(diào)節(jié)閥；4—轉(zhuǎn)子流量計(jì)；5、7、17—銅－康銅熱偶；6、19—熱敏電阻溫度傳感器；8—二次儀表；9—熱電偶冷端溫度補(bǔ)償器；10—熱電偶接線板；11—加水口；12—電加熱釜；13—液位計(jì)；14—加熱釜電源；15—熱水循環(huán)泵；16—泵電機(jī)電源；18—數(shù)字溫度計(jì)；20—傳熱管；21—套管；22—高位槽溢流。23—離心泵；24—熱水流量調(diào)節(jié)閥；五、注意事項(xiàng)1、由于采用熱電偶測溫，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，是否全部浸沒在冰水混合物中。2、檢查電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)行下一實(shí)驗(yàn)之前，如果發(fā)現(xiàn)水位過低，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)給水量。3、調(diào)節(jié)流量后，應(yīng)在流量計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定后再讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。六、報(bào)告內(nèi)容1、傳熱實(shí)驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)表、數(shù)據(jù)結(jié)果表（換熱量、傳熱系數(shù)、各準(zhǔn)數(shù)以及重要的中間計(jì)算結(jié)果）、準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的回歸過程、結(jié)果與具體的回歸方差分析，并以其中一組數(shù)據(jù)的計(jì)算舉例。2、在同一雙對數(shù)坐標(biāo)系中繪制Nu1/PrA0.4~Re和Nu2/PrA0.4~Re的關(guān)系圖。3、對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析與討論。七、傳熱實(shí)驗(yàn)仿真操作步驟傳熱實(shí)驗(yàn)仿真主要設(shè)備介紹圖如下圖2-2所示：圖2-2傳熱實(shí)驗(yàn)仿真設(shè)備介紹圖⑴到“參數(shù)設(shè)置”界面設(shè)置套管長度、套管外徑、套管內(nèi)徑，設(shè)置冷水進(jìn)口溫度。點(diǎn)“實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)置”記錄到實(shí)驗(yàn)報(bào)表中。注意：參數(shù)設(shè)置好后在本實(shí)驗(yàn)中不可更改。⑵在“實(shí)驗(yàn)裝置圖”中，檢查電加熱釜液位計(jì)，若發(fā)現(xiàn)水量較少，打開注水閥VA103,補(bǔ)充水量至2/3處；⑶在“儀表面板一”中，打開電源總開關(guān)，啟動(dòng)冷水離心泵電源開關(guān)；⑷在“實(shí)驗(yàn)裝置圖”中，打開冷水給水閥VA101至最大；等待高位槽有溢流后，再打開流量調(diào)節(jié)閥VA102；⑸在“儀表面板一”中，啟動(dòng)電加熱釜開關(guān)，加熱電加熱釜中的水；啟動(dòng)熱水循環(huán)泵電源開關(guān)；⑹在“實(shí)驗(yàn)裝置圖”中，打開熱水給水閥VA104,設(shè)定閥門開度為50%，保持熱水的流量固定不變；⑺通過調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥VA102的開度，調(diào)節(jié)流量所需值，在“儀表面板一”界面查看流量，待數(shù)值穩(wěn)定后，到“實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一”面板點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄一”和“實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)二”面板點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄二”按鈕，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)至“實(shí)驗(yàn)報(bào)表”。⑻回至廠實(shí)驗(yàn)裝置圖”中，調(diào)節(jié)閥門VA102開度由小到大或由大到小，重復(fù)步驟7,記錄6組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。注意事項(xiàng)：所有錯(cuò)誤操作提示以動(dòng)畫燈泡為標(biāo)志：三⑴若打開電源總開關(guān)、冷水離心泵開關(guān)，且高位槽液位沒有恒定，就打開流量調(diào)節(jié)閥VA102時(shí)，出現(xiàn)提示：引錯(cuò)誤操作2 Q岡請?jiān)诟呶徊塾幸缌骱螅俅蜷_流量調(diào)節(jié)閥口⑵若打開電源總開關(guān)、電加熱釜開關(guān)，未打開注水閥VA103,但電加熱釜液位較低時(shí)，出現(xiàn)提示:引錯(cuò)誤操作1 □岡電加熱釜液位過低，請補(bǔ)充水量至正?？谒伎碱}間壁式換熱器的傳熱機(jī)理是（）。A.熱傳導(dǎo)；B.對流給熱；C.熱輻射；答案：A、B本實(shí)驗(yàn)傳熱過程中冷熱流體的接觸方式是（）。A.直接接觸式傳熱；B.間壁式傳熱；C.蓄熱式傳熱；答案：B轉(zhuǎn)子流量計(jì)的主要特點(diǎn)是（）。恒截面,恒壓差；B.變截面,變壓差；恒流速,恒壓差；D.變流速,恒壓差；答案：C4、有關(guān)轉(zhuǎn)子流量計(jì)，下面哪一種說法是錯(cuò)誤的。轉(zhuǎn)子流量計(jì)為變截面的流量計(jì)；通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流體壓力降與流量無關(guān)；只能用于測定液體的流量；當(dāng)所測流體的密度變化時(shí)需要校準(zhǔn)；答案：D在多層壁中，溫度差隨熱阻的變化是（）。A.熱阻越大溫度差越大；B.熱阻越大溫度差越??；C.溫度差不隨熱阻的變化而變化；答案：A影響傳熱系數(shù)的主要因素有（）。液體的狀態(tài)：流體在傳熱過程中是否有相變化。有相變化時(shí)傳熱系數(shù)比無相變化時(shí)小。流體的物理性質(zhì)；流體的運(yùn)動(dòng)狀況：層流、過渡流或湍流；流體對流的狀況：自然對流、強(qiáng)制對流；傳熱表面的形狀、位置及大??；答案：B、C、D、E在本實(shí)驗(yàn)中，換熱器中流體流動(dòng)的方向是（）。A.并流；B.逆流；C,錯(cuò)流；D,折流；答案：B8、流體在管路中作穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí),具有（）特點(diǎn)。呈平緩的滯流；呈勻速運(yùn)動(dòng)；在任何截面處流速，流量，壓強(qiáng)等物理參數(shù)都相等；任一截