传热综合实验报告.docx

传热综合实验报告实验2传热综合实验一、实验目的⒈通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究,掌握对流传热系数?i 的测定方法,加 m 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=ARePr数A、m的值。中常⒉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=BRem中常数B、m的值和强化比Nu/Nu0,了解强化传热的基本理论和基本方式。⒊了解套管换热器的管内压降?p 和Nu之间的关系。⒋通过对几种各具特点、不同形式的热电偶线路的实验研究,掌握热电偶的基本理论以及第三导线、补偿导线的概念,了解热电偶正确的使用方法。二、实验内容与要求三、实验原理实验2-1普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定⒈对流传热系数对流传热系数?i 的测定?i ?? 可以根据牛顿冷却定律,用实验来测定。因为i<<o,所以传热管内的对流传热系数?i? 热冷流体间的总传热系数 K?Qi/??tm?si? Qi ?i? ?tm?Si 式中: ?i —管内流体对流传热系数,W/(m2?℃); Qi—管内传热速率,W;Si—管内换热面积,m2; ?tmi —对数平均温差,℃。对数平均温差由下式确定: ?tmi? (tw?ti1)?(tw?ti2) ln (tw?ti1)(tw?ti2) 式中:ti1,ti2—冷流体的入口、出口温度,℃; tw—壁面平均温度,℃; 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tw来表示,由于管外使用蒸汽,近似等于热流体的平均温度。管内换热面积: Si??diLi 式中:di—内管管内径,m; Li—传热管测量段的实际长度,m。由热量衡算式: Qi?Wicpi(ti2?ti1) 其中质量流量由下式求得: Wi? Vi?i 3600 式中:Vi—冷流体在套管内的平均体积流量,m3/h;cpi—冷流体的定压比热,kJ/(kg·℃);ρi—冷流体的密度,kg/m3。 tm? cpi和ρi可根据定性温度tm查得, ti1?ti2 2 为冷流体进出口平均温度。ti1,ti2,tw,Vi 可采取一定的测量手段得到。⒉对流传热系数准数关联式的实验确定流体在管内作强制湍流,被加热状态,准数关联式的形式为 Nu i ?ARe mi Pri n . Nu i ? ?idi?i , Re i ? uidi?i 其中: ?i Pri? cpi?i , ?i 物性数据λi、cpi、ρi、μi可根据定性温度tm查得。经过计算可知,对于管内被加热的空气,普兰特准数Pri变化不大,可以认为是常数,则关联式的形式简化为: Nu i ?ARe mi Pri 这样通过实验确定不同流量下的Rei与 Nu i ,然后用线性回归方法确定A和m的值。实验2-2、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,它能减小初设计的传热面积,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2-1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。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,且长径比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?BRe同。在本实验中,采用实验2-1中的实验方法确定不同流量下的Rei与法可确定B和m的值。单纯研究强化手段的强化效果,可以用强化比的概念作为评判准则,它的形式是: NuNu m 图2-1螺旋线圈强化管内部结构的经验公式,其中B和m的值因螺旋丝尺寸不同而不 Nu i ,用线性回归方,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 NuNu >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。实验2-3、热电偶线路的形式和特点理论上,由A、B两种不同金属丝直接接触组成的热电偶的热电势,是两个热电极的材料和冷热两端温度的函数,即: EAB?t0,T??f?A,B,t0,T? 热电偶回路具