学生实验:气汽传热综合实验.docVIP

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学生实验:气汽传热综合实验

实验三 气-汽传热综合实验 一、实验目的 1. 掌握传热系数K的测定原理; 2. 掌握传热系数K的测定方法及数据处理。 二、实验原理 根据传热基本方程,已知传热设备的结构尺寸,只要测得传热速度,以及各有关温度,即可算出传热系数。 三、套管换热器实验简介 (一)实验装置的功能和特点 本实验装置是由光滑套管换热器和强化内管的套管换热器组成的,以空气和水蒸汽为传热介质,可以测定对流传热系数,用于教学实验和科研。通过对本换热器的实验研究,可以掌握对流传热系数的测定方法,加深对其概念和影响因素的理解;并应用线性回归分析方法,确定关联式中常数A、m的值;通过对管程内部插有螺旋线圈的空气-水蒸气强化套管换热器的实验研究,测定其强化比,了解强化传热的基本理论和基本方式。 实验装置的主要特点如下: ⑴ 实验操作方便,安全可靠。 ⑵ 数据稳定可靠,强化效果明显,用图解法求得的回归式与经验公式很接近。 ⑶ 水、电的耗用小,实验费用低。 ⑷ 传热管路采用管道法兰连接,不但密封性能好,而且拆装也很方便。 ⑸ 箱式结构,外观整洁,移动方便。 (二) 光滑套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 ⒈ 对流传热系数的测定 在该传热实验中,空气走内管,蒸气走外管。 对流传热系数可以根据牛顿冷却定律,用实验来测定 (1) 式中:—管内流体对流传热系数,W/(m2?℃); Qi—管内传热速率,W; Si—管内换热面积,m2; —内壁面与流体间的温差,℃。 由下式确定: (2) 式中:t1,t2 —冷流体的入口、出口温度,℃; tw —壁面平均温度,℃; 因为换热器内管为紫铜管,其导热系数很大,且管壁很薄,故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等,用tw 来表示。 管内换热面积: (3) 式中:di—内管管内径,m; Li—传热管测量段的实际长度,m。 由热量衡算式: (4) 其中质量流量由下式求得: (5) 式中:—冷流体在套管内的平均体积流量,m3 / h; —冷流体的定压比热,kJ / (kg·℃); —冷流体的密度,kg /m3。 和可根据定性温度tm查得,为冷流体进出口平均温度。t1,t2, tw, 可采取一定的测量手段得到。 ⒉ 对流传热系数准数关联式的实验确定 流体在管内作强制湍流,被加热状态,准数关联式的形式为 . (6) 其中: , , 物性数据、、、可根据定性温度tm查得。经过计算可知,对于管内被加热的空气,普兰特准数变化不大,可以认为是常数,则关联式的形式简化为: (7) 这样通过实验确定不同流量下的与,然后用线性回归方法确定A和m的值。 (三) 强化套管换热器传热系数、准数关联式及强化比的测定 强化传热又被学术界称为第二代传热技术,它能减小初设计的传热面积,以减小换热器的体积和重量;提高现有换热器的换热能力;使换热器能在较低温差下工作;并且能够减少换热器的阻力以减少换热器的动力消耗,更有效地利用能源和资金。强化传热的方法有多种,本实验装置是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。 螺旋线圈的结构图如图1所示,螺旋线圈由直径3mm以下的铜丝和钢丝按一定节距绕成。将金属螺旋线圈插入并固定在管内,即可构成一种强化传热管。在近壁区域,流体一面由于螺旋线圈的作用而发生旋转,一面还周期性地受到线圈的螺旋金属丝的扰动,因而可以使传热强化。由于绕制线圈的金属丝直径很细,流体旋流强度也较弱,所以阻力较小,有利于节省能源。螺旋线圈是以线圈节距H与管内径d的比值技术参数,且长径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素。科学家通过实验研究总结了形式为的经验公式,其中B和m的值因螺旋丝尺寸不同而不同。 采用和光滑套管同样的实验方法确定不同流量下得Rei与Nu,用线性回归方法可确定B和m的值。 单纯研究强化手段的强化效果(不考虑阻力的影响),可以用强化比的概念作为评判准则,它

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