双套管传热实验讲义

1、餐赞哼 / 萝够河以删除nipdt isAr/? eiXnce"ily-rar21 year.March热实验 i双套管传热实验讲义2021年5月双套管传热实验实验目的1、了解气一汽对流传热的机理；2、熟悉实验组织流程及各设备风机、蒸汽发生器、套管换热器的结构；3、 用实测法和理论计算法给出管内传热膜系数 Q測、ent、Nu m、及总传热 系数 K测、K计的值进行比拟；并对光滑管与螺纹管的结果进行比拟；4、在双对数坐标纸上标出M/河、Mni与Re关系，学会用最小二乘法回归出血 河与辰关系，并给出回归的精度相关系数/?;并对光滑管与螺纹管的结果 进行比拟；5、获得K更接近8或弘的信息，

2、了解给热系数的影响因素和工程上强化传热 的描施。实验原理对于流体在圆形直管中作强制湍流时的对流传热系数的准数关联式可以表示成:(1)Nu = ARe1 Prn系数A与指数m和门那么需山实验加以确定。当流体被加热时n式中：k三创2通过实验测得不同流速下孔板流量计的压差，空气的进、出口温度和换热器的壁温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、外壁温度与壁面的平均温度近似相等，根据所测的数据，经过查物性数据和计算，可求出不同流量下的A/u和，然后将式1变形Nu0+4式2两边同时取对数爲=IgA + ?lgRe ig用线性回归方法最小二乘法确定关联式3中常数A、m的值1、管内 M

3、K 6 的测定计算1管内空气质量流量的计算G kg/s孔板流量计的标定条件 :Po = 101325 PaTo = 273 + 20 K po = 1.205 kg/m 3孔板流量计的实际条件：Pi = Po + AP Pa AP 为进气压力表读数7i = 273 + ti K ti 为进气温度=警炖kg/n八那么实际风量 1." x 3600 m3/h PCo 孔流系数，=Ao孔而积，=x 10 4 m2八 c/o = m P2 孔板压差，Pa管内空气的质量流量为：G=Vipi kg/s2管内雷诺数Re的讣算因为空气在管内流动时，其温度、密度、风速均发生变化，而质量流量却为 定值，

4、因此，其雷诺数计算按下式进行：上式中的物性数据“可按管内定性温度 r定二血+ u/2求出3热负荷计算套管换热器在管外蒸汽和管内空气的换热过程中，管外蒸汽冷凝释放出潜热传递给管内空气，我们以空气为恒算物料流进行换热器的热负荷计算：根据热量衡算式：q二GcpbtAf 一空气的温升42%t2 °Cp定性温度下的空气恒压比热kJ/kg KG-空气的质量流量kg/s管内定性温度坨=? +切/24)a 测定、努塞尔特准数 A/U 测定值乂山传热速度方程：q二aiAMmkW/(nr*K)式中：A- 管内外表积 A = ndL m2= 18 mm L = 1000 mmAtm管内平均温度差A/m =

5、 g_M其中M=tM/计算值:& =0.023-/?Z 8Pr°4 成dIn (A A/b)&B = 5-/4上式中的物性数据入，5 a经验计算、努塞尔特准数Pr均按管内定性温度求出N 计=0.023 /?严 P 严2、管外a的测定计算1管外a测定值管内热负荷q管外蒸汽冷凝传热速率方程为：qn aMMm时占 kW/ n?.Kf m式中：A管外外表积 A = ndoL m2 do =22 mm八 L = 1000 mm管外平均温度差w/二今其噹工：2管外a的计算值根据蒸汽在单根水平圆管外按膜状冷凝传热膜系数计算公式计算曲4计=0.725< >上式中有关水的物

6、性数据均按管外膜平均温度查取t J3+/53、总传热系数K的测定1 K测定：管内热负荷q, 乂据总传热方程：q二KAMm式中：A管外外表积A = donL m2醯一管外平均温度差m歳討今其中嚣二2K计算：以管外外表积为基准丄旦X丄K 计 4 a、式中：Ri，Rc管内外污垢热阻，可忽略不计。X铜导热系数380 W/m 2 K山于污垢热阻可忽略，而铜管管壁热阻也可忽略铜导热系数很大且铜 壁 不厚，假设同学有兴趣完全可以计算岀来此项比拟，上式可简化为：丄旦X丄+丄K计4%久三. 实验装置.流程及操作说明1、传热装置循坏气 泵,750W双套管传热实验流程图温度：门一风机出口气温校正用；门2光滑管进气温

7、度r22 螺纹管进气温度门3 光滑管进口截面壁温 亡3螺纹管进口截面壁温44 光滑管出气温度检4螺纹管出气温度门5 光滑管出口截面壁温 池5螺纹管出口截面壁温十6 蒸汽发生器内水温=管外蒸汽温度说明因为蒸汽与大气相通，蒸汽发生器内接近常压，因此r6也可看作管外饱和 蒸汽温度。压力：PI1蒸汽发生器压力控制蒸气量用，PI2进气压力传感器校正流量 用;压差：DPI孔板流量计差压传感器；阀门：VI-放空阀，V2-螺纹管冷空气进口阀，V3-光滑管冷空气进口阀，V牛螺纹管蒸汽进口阀，V5-光滑管蒸汽进口阀，V6 -加水口阀门，V7 ?蒸汽发生器排水口阀门,V&液封排水口阀门说明 2：风机启动时，

8、必须保证 VI 是全开状态， V2 或 V3 有一个是全开，一个 是 全关闭。加热启动时，必须保证 V4 或 V5 有一个是全开，一个是全关闭。2、流程说明本装置主体套管换热器内为一根紫铜管，外套管为不锈钢管。两端法兰连 接，外套管设置有两对视镜，方便观察管内蒸汽冷凝情况。管内铜管测点间有 效 长度 1000 mmo 下套管换热器内有弹簧螺纹，作为管内强化传热与上光滑管内无强化传热进行比拟。空气曲风机送出，经孔板流量计后进入被加热铜管进行加热升温，自另一 端 排出放空。在进出口两个截面上铜管管壁内和管内空气中心分别装有 2 支热 电 阻，可分别测出两个截面上的壁温和管中心的温度；一个热电阻4

9、可将孔板 流量计前进口的气温测出，另一热电阻可将蒸汽发生器内温度r6测出，其分别 用1、2、3、 4、5、6 来表示，如图示。蒸汽来自蒸汽发生器，发生器内装有两组 2 kW 加热源，山调压器控制加热 电压以便控制加热蒸汽量。蒸汽进入套管换热器的铜管外套，冷凝释放潜热，为防止蒸汽内有不凝气体，本装置设置有放空口，不凝气体排空，而冷凝液那么回流到蒸汽发生器内再利用。3、设 备仪表参数套管换热器：内加热紫铜管： 22x2 mm, 有效加热长 1000 mm 外抛光不锈钢套管： 100x2 mm旋涡气泵：风压 18 kPa, 风量 140 m 3/h, 750 W蒸汽发生器：容积20 L,电加热：4k

10、W操作压力：常压配 0-2500 Pa 压力传感器孔板流量计： DN20 标准环隙取压， m = 202=, Co = 热电阻传感器： PtlOO差压压力传感器： 0 5 kPa本实验消耗和自备设施：电负荷： kW四、实验步骤1、实验前准备工作1检查水位。通过蒸汽发生器液位计观察蒸汽发生器内水位是否处于液位讣的70 80%,少于70 80%需要补充蒸镭水；通过加水口，开启V6,补充蒸憎 水。检查安全水封内水位是否能到达 70% 80%, 少于 70% 80% 需要补充蒸镭 水。2检查电源。检查装置外供电是否正常供电空开是否闭合等情况；检查装 置控制柜内空开是否闭合首次操作时需要检查，控制柜内多

11、是电气原件，建 议 控制柜空开可以长期闭合，不要经常开启控制柜；3启动装置控制柜上面 "总电源 "和“控制电源 "按钮，启动后，检查触摸屏上温 度、压力等测点是否显示正常；是否有坏点或者显示不正常的点；4检查阀门。风机放空阀VI是否处于全开状态；假设先作上边光滑管，那么 V3全 开、V5全开，其它阀门关闭；2、开始实验光滑管实验1 蒸汽发生器加热时间较长，同时启动触摸屏面板上面的"固定加热 "按钮和 " 调节加热按钮，并点击蒸汽发生器“SV_>功率"数值，翻开圧力控制设置面 板"，如显示"功率模式&

12、quot;，直接点击"功率定值数值，翻开数值设定窗口，设定 100,如 翻开“压力控制设置面板 "当前显示 "压力模式"，那么点击“压力模式，切 换到 “功率模式，操作步骤同功率模式；2当t6 > 98 C时，关闭"固定加热，点击“泵启动启动气泵开关，并点击蒸汽 发生器“SV_<>功率数值，翻开"压力控制设置面板，设置为压力模式，点 击 “压力定值数值，翻开数值设定窗口，设定 kPa 建议 kPa ,调节放空阀 VI 控制风量至预定值，当 t6 > 98 C 时，稳定约 2 分钟时间，即可记录数据。建议风量调节

13、按如下孔板压差计 DPI : kPa 显示记录：、:kPa 共 8 10 个点即可。切换阀门进行螺纹管实验1 阀门切换蒸汽转换：全开 V4 关闭 V5；风量切换：全开VI,全开V2,关闭V3。2) 当t6 > 98 C时，调节放空阀VI控制风量至预定值，当t6 > 98 C时，稳定 约2 分钟时间，即可记录数据。建议风量调节按如下孔板压差计 DPlkPa 显示记录：、 kPa 共 8 10 个点即可。3) 实验结束时，点击 "调节加热 "按钮，使其关闭。开启 VI 放空阀，最后点击 “泵启动关闭气泵电源，关闭装置外供电。如长期不使用需放净蒸汽发生器和 液封中的水

14、，并用局部蒸係水冲洗蒸汽发生器 2 3 次，保持装置净度。五、考前须知1、在启动风机前，应检查三相动力电是否正常，假设缺相，及易烧坏电机；为保 证平安，检查接地是否正常；2、每组实验前应观察蒸汽发生器内适宜的水位，水位过低或无水，电加热一定 会烧坏。因为电加热是湿式，严禁干烧。3、长期不用时，应将设备内水放净。4、使用前，可用局部蒸憎水冲洗蒸汽发生器 2 3 次。5、严禁学生进入操作面板后，以免发生触电。六、思考题1、 为什么向电加热釜中加水至液位计液面应处于液位计的70 80%2、光滑管和螺纹管的给热系数，哪种管的传热效率高3、如何确定螺纹列管式换热器的传热面积4、什么情况下用双对数坐标系作图5、气-汽换热的结果是什么6、当空气流速增大时，空气离开热交换器时的温度是升高还是降低7、准数关联式M/二应用范围8、实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响9、螺纹管传热效率高的原因10、蒸汽冷凝过程中，假设存在不冷凝气体，对传热有何影响、应采取什么措施11、实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响如何及时排走冷凝水12、 实验中，所测定的壁温是靠近蒸汽侧还是冷流体侧温度为什么传热系数K接 近于哪种流体的23、如果采用不同圧强的蒸汽进行实验，对Q关联式有何影响七. 实验报告表1原始数据：管内径二 1 8 mm 管外径二 22 mm 管长 1 00