化工传热综合实验(共10页)

1、PAGE PAGE 11 化工传热综合实验(shyn)装置说明书天津大学化工基础实验(shyn)中心20117强化传热(chun r)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，从而减小换热器的体积和重量，提高现有换热器换热能力，减小换热阻力，降低换热器动力消耗，使换热器在较低温差下就可以工作，从而有效地利用能源，节省资金。强化传热的方法有多种，本实验装置采用的是在换热器内管插入螺旋线圈的方法来达到强化传热的目的。图-1 螺旋线圈内部结构螺旋(luxun)线圈内部结构如图-1所示，线圈(xinqun)由直径3mm以下的铜丝(tn s)和钢丝按一定节距绕成。在普通套管换热器内将金属螺

2、旋线圈插入并固定，即构成强化传热管。靠近管壁区域，流体一方面受到螺旋线圈的作用而发生旋转，一方面还周期性地受到线圈螺旋金属丝的扰动，使湍流程度增大，减小层流内层厚度，从而达到强化传热的目的。由于绕制线圈的金属丝直径很细，流体旋流强度较弱，所以流动阻力小，有利于节省能源。螺旋线圈以线圈节距H与管内径d的比值为技术参数，另外，管长与管径之比（管径比）是影响传热效果和阻力系数的重要因素。强化传热的机理较为复杂，经过多年实验研究，人们总结出了的经验公式，其中B和m值的大小因螺旋丝尺寸不同而变化。按照实验方法操作，确定不同流量下Rei与Nu的数值，再通过线性回归最终确定B和m的数值。单纯研究强化手段的强

3、化效果（不考虑阻力的影响），可以用强化比的概念作为评判指标，它的形式是：Nu/Nu0，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Nu/Nu01，且比值越大，强化效果越好。1.传热综合实验装置流程图见图-2，仪表面板示意图见图-3。 图-2 空气-水蒸气传热综合(zngh)实验装置流程图 1-液位计；2-储水罐；3-排水阀；4-蒸汽(zhn q)发生器；5-强化套管蒸汽进口阀； 6-光滑套管(to un)蒸汽进口阀；7-光滑套管换热器；8-内插有螺旋线圈的强化套管换热器；9-光滑套管蒸汽出口；10-强化套管蒸汽出口；11-光滑套管空气进口阀；12-强化套管；空气进口阀

4、；13-孔板流量计；14-空气旁路调节阀；15-旋涡气泵2.实验装置主要技术参数1.传热管结构参数见附表一 表一：传热管结构参数实验内管内径di（mm）20.00实验内管外径do（mm）22.0实验外管内径Di（mm）50实验外管外径Do（mm）57.0测量段（紫铜内管）长度l（m）1.20强化管内插物螺旋线圈尺寸丝径h（mm）1节距H（mm）40加热釜操作电压200伏操作电流10安 图-3 实验(shyn)仪表面板(min bn)图2.空气(kngq)流量计(1)孔板压力传感器及数字显示仪表组成空气流量计。空气流量由公式（1）计算： （1）式中：- 20 下的体积流量，m3/h ；-孔板两端

5、压差，KPa；-空气在入口温度（即流量计处温度）下的密度（kg/m3）。 (2)实验条件下空气流量V (m3/h)计算: （2）式中：V-实验(shyn)条件（管内(un ni)平均温度）下空气(kngq)流量，m3/h； -换热器管内平均温度，； t1-换热器内管空气进口（即流量计处）温度，。3.温度测量 (1)空气进入传热管测量段前的温度t1()由电阻温度计测量，数字显示仪表直接读出。 (2)空气流出传热管测量段时的温度t2 ()由电阻温度计测量，数字显示仪表直接读出。(3)管外壁面平均温度tw()由数字温度计测量,热电偶由铜-康铜组成。4.蒸汽发生器： 产生水蒸汽的装置,内装2.5kw电

6、热器一支, 加热电压控制160伏左右，加热约15分钟后水开始沸腾有蒸汽产生。蒸气发生器旁边配有方型水箱，可连续向蒸汽发生器内注水。每次实验前应先检查水箱液位，其液位不得低于水箱高度三分之二时方可加热，以免由于缺水使加热器干烧造成事故。5.气源(鼓风机)又称旋涡气泵, 型号XGB-12。6.稳定时间，是指当外管内充满饱和蒸汽,并从不凝气排出口有适量汽(气)体排出时,调节好空气流量3-5分钟左右，空气出口温度t2()可基本稳定不变此段时间称为稳定时间。三、实验方法及步骤： 1.实验前的检查准备工作： (1)向水箱中加水至液位计上端，保证水箱液位不低于水箱高度三分之二。 (2)检查空气旁路调节阀是否

7、全开。 (3)检查蒸气管支路各控制阀是否已打开，保证蒸汽和空气管线畅通。2. 开始实验： (1)接通(ji tn)电源总开关(kigun)，设定(sh dn)加热电压(不大于200V)，启动电加热器开始加热。 (2)当有水蒸气从套管换热器不凝气排出口冒出时开始实验。请注意整个实验过程中要始终保持该出口有水蒸气冒出。 (3)启动风机，通过旁路调节阀调节空气流量,保持一定流量，稳定3-5分钟，分别测取空气的流量、空气进、出口温度，由温度巡检仪测量（提示：下标1代表光滑管空气入口温度、2代表光滑管空气出口温度、3代表粗糙管空气入口温度、4代表粗糙管空气出口温度）,换热器内管壁面的温度由温度巡检仪测量

8、（提示：上代表光滑管壁面温度；下代表粗糙管壁面度）。改变空气流量，稳定后继续测取相关项数据。如此测定810组数据，作好记录。五、附数据处理过程举例：1.实验数据处理过程 ( 以第一套普通管数据为例) 孔板流量计压差计读数 =0.89 KPa， 空气进口温度35.0 传热管壁面温度=100.4 空气出口温度73.8 ，(1)传热管内径及流通截面积 20.00()0.0200 (); 3.142(0.0200) 240.0003142（m2).(2)传热管有效长度 及传热面积 1.20 3.1420.021.200.07536(m2). (3)空气平均物性常数(chngsh)的确定空气(kngq)

9、定性(dng xng)温度， = 54.4（）此温度下空气物性数据如下：平均密度 m 1.16(kg/m3)； 平均比热 Cpm1005 (JKgk)；平均导热系数 m0.0285(K)； 平均粘度 m0.0000198 ()；（4）空气流过换热器内管时平均体积流量和平均流速的计算孔板流量计体积流量：=0.653.140.01423600/4=14.12（m3/h） 传热管内平均体积流量: =15.78（m3/h）平均流速:=13.95（m/s）（5）壁面和冷流体间的平均温度差的计算: = 100.454.4 = 46（）（6）传热速率186（W）（7）管内(un ni)传热系数 54（W/m

10、2）（8）各项准数:38=15389 其它(qt)组数据处理方法同上（数据(shj)处理见表二）。9.关联式中的常数项确定：以为纵坐标，为横坐标，在对数坐标系上标绘关系，见图四中直线。由图线回归出如下结果： y = 0.0299x0.7195 即 10.套管换热器数据重复以上测定步骤，对强化套管换热器进行测定数据见表三。 11.强化套管换热器实验准数关联图见图四。表 二 普 通 管 数 据 整 理 表装置编号：11 - 普 通 管No.1234567流量（Kpa）0.891.782.773.704.685.746.73t1(）3535.9037.7040.0042.9046.9052.4t1(

11、Kg/m3)1.161.151.151.141.131.121.10t2(）73.871.871.271.472.273.776.2Tw(）100.4100.3100.3100.3100.3100.2100.3 (）54.4053.8554.4555.7057.5560.3064.30m(kg/m3)1.091.091.091.091.081.071.06m100(mK)2.852.852.852.862.882.902.93Cpm(JKgk)1005100510051005100510051005m10000()1.981.981.981.981.992.012.02t2-t1（）38.80

12、35.9033.5031.4029.3026.8023.80 (）46.0046.4545.8544.6042.7539.9036.00Vt1(m3/h)14.1220.0025.0129.0132.7736.5139.87Vm (m3/h)15.7822.3127.9532.5436.9741.5345.89um(m/s)13.9519.7324.7228.7732.6936.7240.58Q (W)186244285310327333322（W/m2）54708292101111119Re15389218212725431512354343921442394Nu38495864707681

13、Nu/(Pr0.4)44576774818894表 三 强 化 管 数 据 整 理 表 装置编号：11 - 强化管No.1234567流量（Kpa）0.661.372.092.913.634.485.23t1(）36.336.4037.9040.5043.2048.7054.7t1(Kg/m3)1.151.151.151.141.131.111.09t2(）88.986.385.184.684.785.887.3Tw(）100.0100.0100.2100.3100.2100.3100.4 (）62.6061.3561.5062.5563.9567.2571.00m(kg/m3)1.061.0

14、71.071.061.061.051.03m100(mK)2.922.912.912.922.932.952.98Cpm(JKgk)1005100510051005100510051005m10000()2.022.012.012.022.022.042.05t2-t1（）52.6049.9047.2044.1041.5037.1032.60 (）37.4038.6538.7037.7536.2533.0529.40Vt1(m3/h)12.1917.5621.7425.7528.8732.3535.27Vm (m3/h)13.9620.0424.8129.4933.2037.5641.41um(m/s)12.3417.7221.9426.0729.3633.2136.62Q (W)206282328361378372350（W/m2）7397113127138149158Re13014188112327727500307303413636865Nu5067778794101106Nu/(P