实验报告-气-汽对流传热综合实验

时间:2024.7.11

气-汽对流传热综合实验

1. 光滑套管换热器传热系数的测定

数据记录与整理表

2. 强化套管换热器传热系数及强化比的测定

数据记录与整理表

3. 线性回归确定准数关联式

可得     

由线性拟合结果可求得:光滑套管换热器 A= 0.0581  m=0.7074

强化套管换热器 A= 0.0496   m=0,771


第二篇:气-汽对流传热综合实验装置说明书


气─汽 对 流 传 热 综 合 实 验 装 置

(计算机控制)

说     明     书

天  津  大  学 

化 工 技 术 基 础 实 验 中 心

20##年5月

一、   实验装置的基本功能和特点

本实验装置是以空气和水蒸汽为介质,对流换热的简单套管换热器和强化内管的套管换热器。通过对本换热器的实验研究,可以掌握对流传热系数αi的测定方法,加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=ARemPr0.4中常数Am的值。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Bm的值和强化比Nu/Nu0,了解强化传热的基本理论和基本方式。

实验装置的主要特点如下:

    1.实验操作方便,安全可靠。

    2.数据稳定,强化效果明显,用图解法求得的回归式与经验公式很接近。

    3.水,电的耗用小,实验费用低。

4.传热管路采用管道法兰联接,不但密封性能好,而且拆装也很方便。

5.箱式结构,外观整洁,移动方便。

二、强化套管换热器实验简介

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的经验公式,其中Bm的值因螺旋丝尺寸不同而不同。

采用实验3-1中的实验方法确定不同流量下得Rei,用线性回归方法可确定Bm的值。

单纯研究强化手段的强化效果(不考虑阻力的影响),可以用强化比的概念作为评判准则,它的形式是:,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>1,而且它的值越大,强化效果越好。

三、 设备主要技术数据

1.     传热管参数:  表1 实验装置结构参数

2.空气流量计

(1) 由孔板与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]

其中, 

- 20℃ 下的体积流量,m3/h ;

-孔板两端压差,Kpa

-空气入口温度(及流量计处温度)下密度,Kg/m3。

(m3/h)与压差之间的关系。

   (2) 要想得到实验条件下的空气流量V (m3/h)则需按下式计算:

     …………………………………………………………[2]

其中,V-实验条件(管内平均温度)下的空气流量,m3/h;

      -换热器管内平均温度,℃;

      t1-传热内管空气进口(即流量计处)温度,℃。

    3.温度测量

    (1) 空气入传热管测量段前的温度t1( ℃ )由电阻温度计测量,可由数字显示仪表直接读出。

    (2) 空气出传热管测量段时的温度t2( ℃ )由电阻温度计测量,可由数字显示仪表直接读出。

(3) 管外壁面平均温度tw( ℃ )由数字式毫伏计测出与其对应的热电势E(mv),热电偶是由铜─康铜组成),再由 E 根据公式:tw(℃)= 1.2705+23.518×E(mv)计算得到。

    4.电加热釜

    是产生水蒸汽的装置,使用体积为7升(加水至液位计的上端红线),内装有一支2.5kw的螺旋形电热器,当水温为30℃时,用200伏电压加热,约25分钟后水便沸腾,为了安全和长久使用,建议最高加热(使用)电压不超过200伏(由固态调压器调节)。

    5. 气源(鼓风机)

    又称旋涡气泵, XGB─2型,由无锡市仪表二厂生产,电机功率约0.75 KW(使用三相电源),在本实验装置上,产生的最大和最小空气流量基本满足要求,使用过程中,输出空气的温度呈上升趋势。

6. 稳定时间

    是指在外管内充满饱和蒸汽,并在不凝气排出口有适量的汽(气)排出,空气流量调节好后,过15分钟,空气出口的温度t2 ( ℃ )可基本稳定。

四、实验设备流程图: 见附图所示。

五、实验方法及步骤

    1.实验前的准备,检查工作.

    (1) 向电加热釜加水至液位计上端红线处。

    (2) 向冰水保温瓶中加入适量的冰水,并将冷端补偿热电偶插入其中。

    (3) 检查空气流量旁路调节阀是否全开。

(4) 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的畅通。

(5) 接通电源总闸,设定加热电压,启动电加热器开关,开始加热。

    2. 实验开始.

    (1)一段时间后水沸腾,水蒸汽自行充入普通套管换热器外管,观察蒸汽排出口有恒量蒸汽排出,标志着实验可以开始。

    (2) 约加热十分钟后,可提前启动鼓风机,保证实验开始时空气入口温度t1(℃)比较稳定。

    (3) 调节空气流量旁路阀的开度,使压差计的读数为所需的空气流量值(当旁路阀全开时,通过传热管的空气流量为所需的最小值,全关时为最大值)。

    (4)稳定5-8分钟左右可转动各仪表选择开关读取t1,t2,E值。(注意:第1个数据点必须稳定足够的时间)

    (5) 重复(3)与(4)共做7~10个空气流量值。

    (6) 最小,最大流量值一定要做。

(7) 整个实验过程中,加热电压可以保持(调节)不变,也可随空气流量的变化作适当的调节。

3.转换支路,重复步骤2的内容,进行强化套管换热器的实验。测定7~10组实验数据。

    4. 实验结束.

    (1)关闭加热器开关。

    (2) 过5分钟后关闭鼓风机,并将旁路阀全开。

    (3) 切段总电源

    (4) 若需几天后再做实验,则应将电加热釜和冰水保温瓶中的水放干净。

五. 使用本实验设备应注意的事项

1.由于采用热电偶测温,所以实验前要检查冰桶中是否有冰水混合物共存。检查热电偶的冷端,是否全部浸没在冰水混合物中。

2.检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常范围内。特别是每个实验结束后,进行下一实验之前,如果发现水位过低,应及时补给水量。

3.必须保证蒸汽上升管线的畅通。即在给蒸汽加热釜电压之前,两蒸汽支路控制阀之一必须全开。在转换支路时,应先开启需要的支路阀,再关闭另一侧,且开启和关闭控制阀必须缓慢,防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。

4.必须保证空气管线的畅通。即在接通风机电源之前,两个空气支路控制阀之一和旁路调节阀必须全开。在转换支路时,应先关闭风机电源,然后开启和关闭控制阀。

    5.电源线的相线,中线不能接错,实验架一定要接地。

    6.数字电压表及温度、压差的数字显示仪表的信号输入端不能"开路"。

六.附录

   1.实验数据的计算过程简介(以普通管第一列数据为例)。

孔板流量计压差=0.20Kpa、进口温度t1 =33℃、出口温度 t2 =74.60℃ 壁面温度热电势 4.23mv。

     已知数据及有关常数:                 

    (1)传热管内径di(mm)及流通断面积 F(m2).

        di=20.0(mm),=0.0200 (m);

       Fπ(di2)/4=3.142×(0.0200) 2/4=0.0003142( m2).

    (2)传热管有效长度 L(m)及传热面积si(m2).  L=1.00(m)

       siπL di=3.142×1.00×0.0200=0.06284(m2).

(3) t1 ( ℃ )为孔板处空气的温度, 为由此值查得空气的平均密度,例如:t1=33℃,查得=1.153 Kg/m3。

 (4)传热管测量段上空气平均物性常数的确定.

    先算出测量段上空气的定性温度 (℃)为简化计算,取t值为空气进口温度t1(℃)及出口温度t2(℃)的平均值, 即=53.80(℃)

    此查得: 测量段上空气的平均密度 ρ=1.08 (Kg/m3);

            测量段上空气的平均比热 Cp=1005 (J/Kg·K);

            测量段上空气的平均导热系数 λ=0.0285(W/m·K);

            测量段上空气的平均粘度 μ=0.0000198 ();

传热管测量段上空气的平均普兰特准数的0.4次方为:

                       Pr0.4=0.6960.4=0.865

   (5)空气流过测量段上平均体积( m3/h)的计算:

                         (m3/h)

(6)冷热流体间的平均温度差Δtm (℃)的计算:

(℃)

    (7)其余计算:

传热速率(W)

(W)

         (W/m2·℃)

       传热准数

测量段上空气的平均流速

(m/s)

雷诺准数

 =9682

(8)作图、回归得到准数关联式中的系数。

(9)重复(1)-(8)步,处理强化管的实验数据。作图、回归得到准数关联式中的系数。

2. 实验设备流程图

1、  普通套管换热器;2、内插有螺旋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、风机出口温度(冷流体入口温度)测试点;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、蒸汽上升主管路;15、加水口;16、放水口;

17、液位计;18、冷凝液回流口

附图:空气-水蒸气传热综合实验装置流程图

3.仪表接线如表1、2、3、4所示:

表1 温度显示仪表接线表

表2 热电偶显示仪表接线表

表3 电压显示控制仪表接线表

表4 压差显示仪表接线表



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