化工傳熱綜合實驗

. .. .化工傳熱綜合試驗裝置說明書2023．11. .資料. ..-.-.-.word.zl.-.word.zl.一、試驗目的：的i測定方法，加深對其概念和影響因素的理解。通過對管程部插有螺旋線圈的空氣—水蒸氣強化套管換熱器的試驗爭論，把握對流傳熱系數(shù)的測定方法，加深對其概念和影響因素的理解。i學會并應用線性回歸分析方法，確定關聯(lián)式Nu=ARemPr0.4A、m值。Nu=ARemPr0.4Nu、Nu，求出強化比Nu/Nu0 0二、試驗容：測定5-6組不同流速下簡潔套管換熱器的對流傳熱系數(shù)。i測定5-6組不同流速下強化套管換熱器的對流傳熱系數(shù)。i對Nu=ARemPr0.4Ami數(shù)值。Nu=ARemPr0.4計算出Nu、Nu，并確定傳熱強化比Nu/Nu。0 0三、試驗原理：1.一般套管換熱器傳熱系數(shù)測定及準數(shù)關聯(lián)式確實定：〔1〕對流傳熱系數(shù)的測定：i對流傳熱系數(shù)可以依據(jù)牛頓冷卻定律，通過試驗來測定。由于<< ,i i o所以傳熱管的對流傳熱系數(shù) i且 KQi

/tm

si

所以：i

t iQmiQ

〔1〕Si式中：i—管流體對流傳熱系數(shù)，W/(m2?℃)；Q—管傳熱速率，W；iS—管換熱面積，m2；it —管平均溫度差，℃。mi平均溫度差由下式確定： tmi

t tw

〔2〕t

—壁面平均溫度，℃；m w由于換熱器管為紫銅管，其導熱系數(shù)很大，且管壁很薄，故認為壁溫度、外tw

來表示，由于管外使用蒸汽，所以t近w似等于熱流體的平均溫度。管換熱面積： Si式中：d—管管徑，m；i

dLi i

〔3〕L—傳熱管測量段的實際長度，m。i由熱量衡算式： Qi

Wc (ti pi i2

t〔4〕其中質(zhì)量流量由下式求得：i

V i i 〔5〕V3600式中：V—冷流體在套管的平均體積流量，m3/h；ic—冷流體的定壓比熱，kJ/(kg·℃)；piρ—冷流體的密度，kg/m3。icρt

t

t tt i1 i2為冷流體進出口平均溫度。t

，t，pi i

m m 2

i1 i2t，V可實行肯定的測量手段得到。w i〔2〕對流傳熱系數(shù)準數(shù)關聯(lián)式的試驗確定：流體在管作強制湍流，被加熱狀態(tài)，準數(shù)關聯(lián)式的形式為：Nu ARemi i

Prn.〔6〕iNui

-d i i，Reii

.ud i i i ， Pr ii

c pi iiλ、c、ρ、μt

查得。經(jīng)過計算可知，對于管被i pi i i mPr變化不大，可以認為是常數(shù)，那么關聯(lián)式的形式簡i化為：

Nu ARemi i

Pr0.4〔7〕i這樣通過試驗確定不同流量下Rei與NuiA和m的值。2.強化套管換熱器傳熱系數(shù)、準數(shù)關聯(lián)式及強化比的測定：源。強化傳熱的方法有多種，本試驗裝置承受了多種強化方式，具體見下表。3mm

圖一螺旋線圈強化管內(nèi)部構造節(jié)距H與管徑d的比值以及管壁粗糙度〔2d/h〕為主要技術參數(shù)，且長徑比是影響傳熱效果和阻力系數(shù)的重要因素。NuARem的經(jīng)受公式，其中A和m的- .word.zl.-.ReNui

，用線性iB和m的值。單純爭論強化手段的強化效果〔不考慮阻力的影響〕，可以用強化比的概念作為評判準那么，它的形式是：NuNu ，其中Nu是強化管的努塞爾準數(shù)，0Nu是一般管的努塞爾準數(shù)，明顯，強化比NuNu0

＞1，而且它的值越大，強化化方法。四、試驗裝置的根本狀況：試驗裝置流程示意圖〔如圖二所示〕：圖二 傳熱綜合試驗裝置流程圖.word.zl.-.1-光滑管空氣進口閥；2-光滑管空氣進口溫度；3-光滑管蒸汽出口；4-光滑套管17-液位計；18-蒸汽發(fā)生器；19-排水閥；20-散熱器；其中2，5，7，11，12為測試點試驗管徑d〔mm〕i試驗管徑d〔mm〕i試驗管外徑d〔mm〕o試驗外管徑D〔mm〕io測量段〔紫銅管〕長度L〔m〕試驗外管外徑D〔mm〕20.0022.05057.01.20強化管插物絲徑h〔mm〕1〔螺旋線圈〕尺寸節(jié)距H〔mm〕40孔板流量計孔流系數(shù)及孔徑旋渦氣泵操作電壓加熱釜操作電流c=0.65、d=0.017m00XGB─12型≤200伏≤10安試驗裝置面板圖〔如圖三所示〕：.word.zl.-.圖三傳熱過程綜合試驗面板圖五、試驗操作步驟：試驗前的檢查預備①向水箱16中加水至液位計上端。②檢查空氣流量旁路調(diào)整閥1410、131、6保證有一路是開啟狀態(tài)〕，保證蒸汽和空氣管線暢通。處于完好狀態(tài)。開場試驗①合上電源總開關。翻開加熱開關,設定加熱電壓(不得大于200V),直至有水.word.zl.-.3820將水蒸氣冷凝下來，并流回到水箱17中循環(huán)使用。SV顯示窗中右下方消滅一閃耀的小點，每按一次鍵，小點便向左移動一位，小點在哪個位子上就可以利用、鍵調(diào)整相應位子的數(shù)值，調(diào)好后在不按動儀表上任何按鍵30秒后儀表自動確認，并按所設定的數(shù)值應用。143—5儀測量〔1-光滑管空氣入口溫度；2-光滑管空氣出口溫度；3-粗糙管空氣入口溫度；4-粗糙管空氣出口溫度〕,換熱器管壁面的溫度由溫度巡檢儀〔上-光滑管壁面溫度；下-粗糙管壁面溫度〕測得。然后,在轉變流量穩(wěn)定后分別測量空氣的流量,空氣進,出口的溫度,壁面溫度后連續(xù)試驗。③試驗完畢后,依次關閉加熱、風機和總電源。一切復原。六、試驗本卷須知：次試驗完畢后，進展下次試驗之前，肯定檢查水位，準時補充。機.采集數(shù)據(jù)和掌握過程中要留意觀看試驗現(xiàn)象。開場加熱時,加熱電壓掌握在(160V)左右為宜。加熱約格外鐘后,可提前啟動鼓風機,保證明驗開場時空氣入口溫度t1(℃)比較穩(wěn)定，可節(jié)約試驗時間。必需保證蒸汽上升管線的暢通。即在給蒸汽加熱釜電壓之前，兩蒸汽支路.word.zl.-.-.-.word.zl.-.word.zl.突然噴出。保證空氣管線暢通，即在接通風機電源之前，兩個空氣支路掌握閥之一和留意電源線的相線、零線、地線不能接錯。七、試驗數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理過程舉例：數(shù)據(jù)的計算過程簡介(以光滑管第一組數(shù)據(jù)為例)?？装辶髁坑媺翰頟=0.9Kpa 壁面溫度Tw=99.4℃。t1

=14.4℃ 出口溫度t=63.5℃2①傳熱管徑d(mm)及流通斷面積F(m2)：idi＝20.0(ｍｍ),＝0.0200(ｍ);m2).i傳熱管有效長度L(ｍ)及傳熱面積s(m2)： L＝1.200〔ｍ)is＝πLd＝3.142×1.200×0.0200＝0.075394(m2).i i②傳熱管測量段上空氣平均物性常數(shù)確實定.先算出測量段上空氣的定性溫度t(℃)為簡化計算,取t值為空氣進口溫度t(℃)1t(℃)的平均值：2即t

tt1

14.463.5

=38.95〔℃〕m 2 2據(jù)此查得:測量段上空氣的平均密度ρ＝1.23(Kg/m3)；測量段上空氣的平均比熱Cp＝1005(J／Kg·K)；λ＝0.0274〔W／ｍ·K)；測量段上空氣的平均粘度μ＝1.91Pas)；③傳熱管測量段上空氣的平均普蘭特準數(shù)的0.4次方為:Pr0.4＝0.86④空氣流過測量段上平均體積V〔m3/h〕的計算:孔板流量計體積流量：Vt1

cA22Pt1220.910001.23傳熱管平均體積流量V:m273t 27338.95

=13.97〔m3/h〕V V m t1

13.97273t

〔m3/h〕⑤平均流速u: u V /F360015.16/(0.00031423600)=13.4〔m/s〕m m m(℃)的計算:測得tw=99.4(℃)⑦其他項計算:

t t m w

1 2

99.438.9560.45〔℃〕

V

Cpt t

t360015.161.141005(63.5-14.4)2373600i m Q/t s237/(60.450.07539)52〔W/m2·℃〕Nud/520.0200/0.0274i m i i測量段上空氣的平均流速：

u12.98〔m/s〕雷諾準數(shù)Redi

u/0.020012.981.14/0.0000191=15571⑧作圖、回歸得到準數(shù)關聯(lián)式Nu ARemPr0.4中的系數(shù)。0.0185Re0.8022Pr0.41〕-〔8〕，處理強化管的試驗數(shù)據(jù)。作圖回歸得到準數(shù)關聯(lián)式表二、試驗裝置1數(shù)據(jù)記錄及整理表〔一般管換熱器〕No.No.1234567流量〔Kpa)t(℃〕1ρ(Kg/m3)t1t(℃〕2Tw(℃〕tmρtm(kg/m3)λtm×100Cptmμtm×100000Δt(℃〕Δtm(℃〕V(m3/h)t1V(m3/h)u(m/s)qc(W)аа〔W/m2·℃〕iReNuNu/(Pr0.4)表三、試驗裝置1數(shù)據(jù)記錄及整理表〔強化管換熱器〕No.No.1234567流量〔Kpa)t(℃〕1ρ(Kg/m3)t1t(℃〕2Tw(℃〕tmρtm(kg/m3)λtm×100Cptmμtm×100000Δt(℃〕Δtm(℃〕V(m3/h)t1V(m3/h)u(m/s)qc(W)-.а〔W/m2·℃〕iReNuNu/(Pr0.4)圖四 傳熱試驗裝置試驗準數(shù)關聯(lián)圖表四、試驗裝置2數(shù)據(jù)記錄及整理表〔一般管換熱器〕No.1234567流量〔Kpa)t(℃〕1ρ(Kg/m3)t1t(℃〕2Tw(℃〕tmλtm×100-.word.zl.-.CptmCptmμtm×100000Δt(℃〕Δtm(℃〕V(m3/h)t1V(m3/h)u(m/s)qc(W)а〔W/m