传热综合实验
11页1、实验五 传热综合实验一、实验目的1. 通过对空气一水蒸气简单套管换热器的实验研究,掌握对流传热系数ai 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Nu二ARemPro.4中常数A、m的值。2. 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,测定其准数关联式Nu二BR中常数B、m的值和强化比Nu/Nu, 了解强化传0 热的基本理论和基本方式。二、实验内容1测定56个不同流速下普通套管换热器的对流传热系数a,对a的实 ii 验数据进行线性回归,求关联式Nu二ARaPro.4中常数A、m的值。2测定56个不同流速下强化套管换热器的对流传热系数a,对a的实验 ii 数据进行线性回归,求关联式Nu二BR中常数B、m的值。3. 同一流量下,按实验1所得准数关联式求得Nu,计算传热强化比Nu/Nu。00三、实验原理(一)普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定1对流传热系数a的测定i对流传热系数a i可以根据牛顿冷却定律,用实验来测定。因为a i a。,所 以:a u K 二 Q /(At OS/i C)iiimi i式中:a 管内流体对流传
2、热系数,W/(m2C);iQ换热器传热速率,W;iS一管内换热面积,m2;iAt 对数平均温差,C。 mi对数平均温差由下式确定:A t =( Tw 11) ( Tw : 12)mi(T t )ln wh(T t ) w i2式中:t , t 冷流体的入口、出口温度,c;i1 i2T壁面平均温度,C;w 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T来表示,管外为蒸汽冷凝,因此,将 w 壁面平均温度近似视为蒸汽的温度,且保持不变。传热面积(内):S二兀dLii i式中:d传热管内径,m;iL传热管测量段的实际长度,m。i由热量衡算式:Q二Wc (t -1 )ii pi i 2i 1其中质量流量由下式求得:W二thi 3600式中:V冷流体在套管内的平均体积流量,m3 / h;ic 一冷流体的定压比热,kJ / (kg C);piP 冷流体的密度,kg /m3。iC和P可根据定性温度t查得,t = ti1 + li2为冷流体进出口平均温度。 Piimimi2t ,t ,T, V可采取一定的测量手段得到。i1i2 wi空气在管内作
3、强制湍流,Nua d其中:Nu l,i 入物性数据入、C、P、i pii2. 对流传热系数准数关联式的实验确定 且被加热,准数关联式的形式为:二 A Re m Pr 0.4i , iu d pc 卩Re ii j , Pr = pi ii 卩i 九卩可根据定性温度t查得。这样通过实验确定不imi同流量下的Re与Nu,再用线性回归方法即可确定A和m的值。ii(二)、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,它能减小换热器的传热面积,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5-1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。图5-1螺旋线圈强
4、化管内部结构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的比值以及管壁粗糙度为主要技术参数,长径比H/d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Nu B Re m的经验公式, 其中B和m的值因螺旋丝尺寸不同而不同。在本实验中,采用普通管中的实验方法确定不同流量下的Re与Nu,用线 ii性回归方法可确定B和m的值。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,它的形式是:NuNu,其中Nu是强化管的努塞尔准数,Nu0是普通 管的努塞尔准数,显然,强化比NujNu。1,而且它的值越大,强化效果越好。 需要说明的是,如果评判强化方式的真正效果和经济效益,则必须考虑阻力因素, 阻力系数随着换热系数的增加而增加,从而导致换热性能的降低和能耗的增加, 只有强化比较高,且阻力系数较小的强化方式,才是最佳的强化方法。四、实验流程1. 实验流程实验流程图见图52。实验装置的主体是两根平行的换热套管,空气由旋 涡气泵吹出,由旁路调节阀调节,经孔板流量计,由支路控制阀选择不同的
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