套管换热器液---液热交换系数及膜系数的测定

1、套管换热器液-液热交换系数及膜系数的测定一、实验目的1 加深对传热过程基本原理的理解；2 了解传热过程的实验研究方法。二、实验原理冷热流体通过固体壁所进行的热交换过程，先由热流体把热量传递给固体壁面，然后由固体壁面的一侧传向另一侧，最后再由壁面把热量传给冷热流体。热交换过程即给热-导热-给热三个串联过程组成。 若热流体在套管换热器的管内流过，而冷流体在管外流过，设备两端测试点上的温度如图所示。则在单位时间内热流体向冷流体传递的热量，可由热流体的热量衡算方程表示： （1）就整个热交换而言，有传热速率基本方程经过数学处理，得计算式 （2） （3）平均温度差可按下式计算： （4）由（1）和（2）联立

2、，可得传热总系数计算式： （5）就固体壁面两侧的给热过程来说，给热速率基本方程为： （6）根据热交换两端的边界条件，经数学推导，可得管内给热过程的速率计算式： （7）热流体与管内面之间的平均温度差可按下式计算： （8）由（1）和（7）联立可得管内传热膜系数的计算式： （9）同理可得到管外给热过程的传热膜系数的公式。 流体在圆形直管内作强制对流时，传热膜系数与各项影响因素（管内径、流速、流体密度、流体黏度、定亚比热容和流体导热系数）之间的关系可关联成如下准数式：上式中系数a和指数m,n的具体数值需要通过实验来测定，则传热膜系数可由上式计算。例如：当流体在圆形直管内作强制湍流时，则流体被冷却时，a

3、值可按下式计算：流体被加热时，a值可按下式计算：当流体在套管环隙内作强制湍流时，上列各式中d用当量直径de替代即可。各项物性常数均取流体进出口平均温度下的数值。图1 套管热交换器两端测试点的温度三、实验装置及流程1.恒温水槽 2.搅拌桨 7.冷阱3循环水泵 4.转子流量计5冷水阀门 6.高位稳压水槽四、实验步骤实验前准备工作（1）向恒温循环水槽中灌入蒸馏水或软水，直至溢流管有水溢出为止。（2）开启并调节通往高位稳压水槽的自来水阀门，使槽内充满水，并由溢流管有水流出。（3）将冰碎成细粒，放入冷阱中并掺入少许蒸馏水，使之成粥状。将热电偶冷接触点插入冰水中，盖严盖子。（4）将恒温水槽的温度定为55，

4、启动恒温水槽的电热器，等温度到达后即可开始实验。（5）实验前需要准备好热水转子流量计的流量标定曲线和热电偶分度表。实验操作步骤1开启冷水阀门，测定冷水流量，实验过程中保持恒定。2启动循环水泵，开启并调节热水阀门使流量在60250L·h-1范围内选取若干流量值（一般不少于6组数据）进行实验测定。3每调节一次热水流量，待流量和温度都恒定后再通过开关依次测定各点温度。实验注意事项：（1）开始实验时，必须先向换热器通冷水，然后再启动热水泵。停止实验时，必须先停热电器，待热交换器管内存留热水被冷却后，再停水泵并停止通冷水。（2）启动恒温水槽的电热器之前，必须先启动循环泵使水流动。（3）在启动循

5、环泵之前，必须先将热水调节阀门关闭，待泵运行正常后，再徐徐开启调节阀。（4）每改变一次热水流量，一定要等传热过程稳定之后，才能测数据。每测一组数据最好多重复几次。当流量和各点温度数值恒定后，表明过程已达稳定状态。实验内容：1测定套管换热器的传热总系数K；2测定流体在圆管内作强制湍流时的传热膜系数h。五、实验记录1记录实验设备基本参数(1)内管基本参数：外径： d= mm； 壁厚：= mm； 测试段长：L= mm(2)套管基本参数：外径：d= mm； 壁厚：= mm；(3)流体流通的横截面积内管横截面积：S= mm环隙横截面积：S= mm(4)热交换面积：内管内壁表面积：AW=内管外壁表面积：A

6、W=平均热交换面积：A=2实验数据记录序号冷水流量热水流量温度备注测试截面测试截面msmsT1TW1T1T2TW2T2kg·s-1kg·s-112345673实验数据整理(1)总传热系数序号管内流速液体间温度差传热速率总传热系数备注uT1T2TmQKm·s-1KKKWW·m-2·K-11234567(2)传热膜系数序号管内流速流体与壁面温差传热速率传热膜系数备注uT1-TW1T2-TW2TmQam·s-1KKKW·m-2·K-1W·m-2·K-11234567(3)传热膜系数的关联式序号管内流体平均温度流体密度流体黏度流体导热系数管内流速传热膜系数雷诺准数努赛尔准数普兰特准数(T1+T2)/2uaReNuPrKkg·m-3Pa·sW·m-1·K-1m·s-1W·m-1·K-11234567然后，按如下方法和步骤估计参数：水平管内传热膜系数的准数关联式：在实验测定温度范围内，Pr数值变化不大，可取其平均值并将Prn视为定值与a项合并。上式两边取对数