传热综合实验

实验2传热综合实验一、 实验目的通过对简单套管换热器的实验，掌握对流传热系錚的测定方法。应用线形回归分析方i法，确定关联式Nu=ARemPro.4中常数a、m的值。通过对强化套管换热器的实验，测定其准数关联式Nu=BRem中常数b、m的值和强化比Nu/Nu。0套管换热器的管内压降Ap和Nu之间的关系。二、 实验原理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可以根据牛顿冷却定理来实验测定：a=Q，其中a为管内流TOC\o"1-5"\h\zi iAtxS im i体对流传热系数，W/(m2・°C)；Q为管内传热速率，W；S为管内换热面积，m2；At为内i i m管壁温度与内管流体温度的平均温差，C。平均温差A平均温差At=tmw，其中J,J为冷流体的入口、出口温度，€"为壁面平均温度，C。而管内换热面积S=兀dL，其中d.为内管管内径，m；L.为传热管测量TOC\o"1-5"\h\zi ii i i段的实际长度，m。由热量衡算式Qi二Wcpi(ti2-7,其中质量流量由下式得叫=36詁。式中vi为冷流体在套管内的平均体积流量，m3/h；c.为冷流体的定压比热，kJ/(kg・C)；P为冷流体的密pi i度，kg/m3。c和p可根据定性温度t查得，t=tii+ti2为冷流体进出口平均温度。Pi i m m 2(2)准数关联式的测定流体在管内作强制湍流，被加热状态下，准数关联式的形式为Nu=ARemPrn，其中\o"CurrentDocument"ad仆dpu c卩Nu=卡亠，Re=iii，Pr二pi。九、c、p、卩都可根据定性温度t查入 卩 入 ipiiii i i得。经计算可知对于管内被加热的空气，普兰特准数变化不大，可看作常数，则关联式简化为Nu=ARemPto.4。通过实验确定不同流量下的Re和Nu,然后用线形回归的方法确定A和m。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的方法有多种，本实验采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法。经验公式为Nu=BRem，其中B与m的值因螺旋丝尺寸不同而不同。本实验计算不同流量下的Re和Nu,用线性回归的方法可确定B和m。单纯研究强化手段的强化效果(不考虑阻力)，可以用强化比Nu/Nu°作为评判准则，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/Nu0>1,且它的值越大强化效果越好。三、实验流程图1—普通套管换热器；2—内插有螺丝线圈的强化套管换热器；3—蒸汽发生器；4—旋涡气泵；5—旁路调节阀;6—孔板流量计；7、8、9—空气支路控制阀；10、11—蒸汽支路控制阀；12、13—蒸汽放空口；14—传热系数分布实验套盒；15—紫铜管；16—加水口；17—放水口；18—液位计；19—热电偶温度测量实验测试点接口；20—普通管测压口；21—强化管测压口四、 原始数据记录(附后)五、 数据整理普通管：内管外径22.0mm,内管壁厚1.0mm,内管直径20.0mm；强化管：内插螺旋丝，

其它数据同普通管;测量段长度1.00m；孔板流量计:开孔尺寸17.0mm,流量公式系数A=23.8；40-60r下干空气比热容c=1.005kJ/(kg・°C)；普兰特准数Pr=0.698

壁面温度与热电势的关系为tw(C)=8.5009+21.25678xE(mV)流量计压差与流量的关系为V二A，——t0 VP、10

表1普通管数据处理表项目t/CV/(m3/h)t/CP./(kg/m3)Q/kW«/[W/(m2・°C)]Rex10-4Nu197.991922.339343.3‘1.11640.27849281.08322.2904458.3521297.779431.028244.71.11160.367817110.34333.1561679.1303397.354238.347346.351.10580.422614131.94053.8637194.2281497.779443.950648.451.09840.44878144.86654.37521102.9192597.779449.576650.851.09020.469253159.22164.86850112.4466697.566853.775853.91.08010.470233171.47545.19150120.1944表2强化管数据处理表项目t/CVt0/(m3/h)t/CP./(kg/m3)Q/kWa/[W/(m2・C)]Rex10-4Nu197.779419.541852.951.08330.291355103.49051.8967072.7116297.779426.133952.051.08620.36691127.76272.5491289.9611397.779431.2509521.08640.420823146.37593.04919103.0816497.566835.845852.751.08390.460978163.7873.48284115.1321597.566839.504353.951.08000.477613174.36633.81290122.208697.354247.434458.551.06480.480816197.30624.46203136.7428表3强化比数据处理表项目123456普通管Nu049.855564.449775.298384.516391.4306104.8070强化管Nu72.711672.711672.711672.711672.711672.7116强化比Nu/Nu01.45841.39581.36901.36221.33661.3047六、计算举例1.普通管换热器（第2组）管壁温度t二8.5009+21.25678x4.20二97.7794°Cw冷流体入口温度t0-25.6C'得此温度下水的密度p10-1.182kg/m39A1流量计流量V二A,1—10liC二23.8」 一二31.0282m3流量计流量V二A,1—10liCp 1.182610管内传热速率Q二Wc管内传热速率Q二Wcp一t)=31.0282x1.1116x1.005x(63.8-25.6)=0.367817kW213600平均温差Atm平均温差Atm二97.7794-(63.8+25.6、二53.0794C管内换热面积S=兀dL=管内换热面积S=兀dL=3.14x0.02x1=0.0628m2对流传热系数367.817a-AtxS-53.0794x0.0628-110.3433W/(m•C)m, t+1 63.8+25.6 .. I厶，宀宀 “「“/丫.定性温度t=-4 2= =44.7°C，此温度下水的密度P=1.1116kg/m3,m22粘度卩二1.9335x10-5Pa-s，热导率九二2.7889x10-2W/(m)C)雷诺数d-p-u0.02雷诺数d-p-u0.02x1.1116Re= =—卩 1.9335x10-54x31.02823600x3.14x0.022=3.15616x104努塞尔准数110.3433x0.020.027889=79.13032.强化管换热器（第2组）管壁温度t—8.5009+21.25678x4.20—97.7794Cw流量计流量V流量计流量V—A：—10 lip—23.8」一—26.1339m3/hP 1.169410管内传热速率Wcp-管内传热速率Wcp-1)-26.1339x1.0862x1.005X(75.2-28.9)-0.36691kW213600平均温差Atm平均温差Atm二97.7794-(75.2+28.9\二45.7294C管内换热面积S=兀dL—3.14x0.02x1=0.0628管内换热面积S=兀dL—3.14x0.02x1=0.0628m2对流传热系数Q 366.91[crrcra— — —127.7627w/(m2°C)AtxS45.7294x0.0628m4x26.1339雷诺数Re-d卩u-0.02x1.0862- 亠… -2.54912x1041.97025x10-53600x3.14x0.022+宀一—a・d127.7627x0.02 “v努塞尔准数Nu— — —89.9611九0.0284043.强化比计算(第2组)Nu—0.0096x31561.60.8685—64.44970强化比NuNu—89.9611—1.39580 64.44974.对普通管进行回归计算①线性回归（第2组）由Nu—ARemPr0.4得lgPr0.4丿—lgA+mlgRe,即y—a+bx791303代入数据得y2—他如—1961，v-1-9612-3・846；x2-临31561.6-4.499‘x2二4.4992二20・241；xy=4.499x1.961=8.823222...b= 7-饲二0.85856a二亍-bX=—1.955，得A=10-1.955=0.0111工x2-n彭iNu=0.011Re0.8685Pr0.4相关性由计算机计算得相关系数r2=0.9981，即r=0.999。由n=6,n-2=4,查相关系数检验表得r(X=0.01)=0.917<|r|=0.999。这表明Re和Nu两变量线性相关在«=0.01的高min水平上仍然是显著的，因此在Re、Nu之间求回归直线是完全合理的。方差分析123456平均值Nu58.352179.130394.2281102.9192112.4466120.194494.5451ANu58.730177.587292.4880103.0336113.0508119.5374名称平方和自由度方差方差比回归U=2613.647fU=m=1Vu=U/fU=2613.647F=Vm/Vq=1643.80剩余Q=6.36176fQ=n-2=4VQ=Q/(n-2)=1.59UQ总计lyy=2596.127f^=n-1=5Q查表得F(1,4)=21.2・•・所作回归在最高水平0.01水平上仍然是显著的，此结论与用0.01相关系数r作显著性检验的结论一致。六、实验结果分析讨论图1普通管和强化管换热器的Nu-Re图10000/X10000/XV////理通管:R2=0.997/丿强化管:R:=0.9978/101001000Nu由Pr=0.698得光滑管的准数关联式Nu=0.0096Reo.8685=O.O11Reo.8685Pro.4，即A=0.011,m=0.8685。与经验公式Nu=0.023Reo.8Pro.4相比，实验得A与m的相对误差分别为52.17%和5.45%。由强化管的准数关联式Nu=O.O4