15-说明书-传热-双管-基本

传热实验（双套管）

一、实验目的

1、了解实验流程，各设备（风机、蒸汽发生器、套管换热器）结构；

2、用实测法和理论计算法给出管内传热膜系数α测、α计、Nu测、Nu计及总传热系数K测、

K计的值，进行比较；并对光滑管与螺纹管的结果进行比较。

3、在双对数坐标纸上标出Nu测、Nu计与Re关系，最好用计算机回归出Nu测与Re关系，并给出回归的精度（相关系数R及方差比F）；并对光滑管与螺纹管的结果进行比较。 4、比较K更接近αi或α0。

二、实验原理

1、管内Nu、α的测定计算

⑴、管内空气质量流量的计算G [Kg/S]

空气转子流量计的标定条件：P0=101325 Pa T0 =273+20 K ρ0=1.205 Kg/m3

空气转子流量计的实际条件：P1=P0+ΔP Pa ΔP—为进气压力表读数 T1 =273+t1 K t1—为进气温度 ?1?p1?T0?0 Kg/m3 p0?T1 则实际风量为：V1?V0?0 ?1管内空气的质量流量为：G=V1*ρ1 [Kg/S] ⑵、管内雷诺数Re的计算

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，因此，其雷诺数计算按下式进行：

Re?du???4G??d?

上式中的物性数据μ可按管内定性温度t定=(t2+t4)/2求出。 ⑶、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=G*Cp*Δt

Δt——空气的温升 Δt=t4-t2 [℃]

Cp——定性温度下的空气恒压比热[KJ/Kg . k] G——空气的质量流量[Kg/s]

管内定性温度t定=(t2+t4)/2

⑷、α测定、努塞尔特准数Nu测定值

又由传热速度方程：q=αAΔtm

0

α

测定

=

qΔ tm· A?kwm?k?2

式中：A——管内表面积 A=diπL [m2] di=18mm L=1000 mm

Δ tA?Δ tBΔtm——管内平均温度差Δtm=

ln(Δ tA/Δ tB) Nu测定??tA?t3?t2?tB?t5?t4

?测定?d ?⑸、α经验计算、努塞尔特准数Nu计算值：

α=0.023

λ0.80.4

RePrd上式中的物性数据λ，Pr均按管内定性温度求出。 Nu计算=0.023 Re0.8Pr0.4

2、管外α的测定计算 ⑴、管外α测定值

已知管内热负荷q

管外蒸汽冷凝传热速率方程为：q=α0AΔtm

α

0测定=

qΔ tm· A?kwm?k?2

式中：A—管外表面积 A=d0πL [m2] do=22mm，L=1000mm

Δ tA?Δ tB?t??tB?AΔtm—管外平均温度差?tm?ln(Δ tA/Δ tB)2?tA?t6?t3?tB?t6?t5

⑵、管外α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出：

???g???r??o?0.725??d??t?????o?t6?tW2t3?t522314

上式中有关水的物性数据均按管外膜平均温度查取。

t定?tW??t?t6?tW

3、总传热系数K的测定 （1）K测定：

已知管内热负荷q ，又据总传热方程：q=KAΔtm

K?q

A??tm式中：A—管外表面积 A=d0πL [m2]

1

Δtm—管外平均温度差Δtm= （2）K计算：（以管外表面积为基准） Δ tA?Δ tBln(Δ tA/Δ tB)?tA?t6?t3?tB?t6?t5 d1ddb11?o??o?Ri?i??Ro? k计di?ididm??o式中： Ri，Ro——管内外污垢热阻，可忽略不计。 λ——铜导热系数380 [w/m2K] 由于污垢热阻可忽略，而铜管管壁热阻也可忽略（铜导热系数很大且铜壁不厚，若同学有兴趣完全可以计算出来此项比较），上式可简化为： d111?o?? k计di?i?o 三、实验装置 蒸汽放空t5t4t3F4φ22×2紫铜管t5't4'光滑管外套管t3't2F3螺纹螺纹管F5F6P30-2.5kpa压力表传感器加水口P10-6kpa膜盒压力表t1转子流量计t6φ250×400F2F1蒸汽发生器2KW750W三相旋涡气泵 双套管传热实验流程图 温度：t1—气温（校正用），t2—套管进气温度，t3—进口截面壁温 t4—套管出气温度， t5—出口截面壁温，t6—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，蒸汽发生器内为接近常压，因此t6也可看作管外饱和蒸汽温度。 压力：进气压力膜盒压力表（校正流量用），蒸汽发生器压力传感器（控制蒸气量用） 阀门：F1F2—放空阀，F3F4—冷空气进口阀，F5F6—蒸汽进口阀 说明：在风机启动时，必须保证F1F2是开启状态，F3或F4有一个是全开，

一个全关闭。在启动加热电源时，必须保证F5或F6一个全开，一个全关。

2

流程说明：

本装置主体套管换热器内由一根紫铜管，外套管由抛光不锈钢制作。两端法兰连接，在外套管上为方便观察管内蒸汽冷凝情况，设置有两对视盅，后视盅有源照明。管内铜管测点间有效长度1000（毫米）。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较。

空气由风机送来，经转子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，在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气温；一个热电阻t1可将转子流量计前进口的气温测出，一个热电阻可将蒸汽温度t6测出，其分别用1、2、3、4、5、6来表示，如图示。

蒸汽来源蒸汽发生器，内装有一组2KW加热源，由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设置有放空口，以排出少部分蒸汽为代价，而冷凝液则回流到蒸汽发生器内再利用。

有关设备仪表参数：

旋涡气泵：风压14KPa， 风量72m2/h ，750w

套管换热器：内加热紫铜管：φ22×2，有效加热长1000 mm 外抛光不锈钢套管：φ100×2 蒸汽发生器：容积10 升，可调电加热：2 Kw

操作压力：常压（配0—2500Pa膜盒压力表） 转子流量计：LZB-40，4—40m3/h 调压器：2Kw固态模块调压 电阻传感器：Pt100

温度数显仪表：温度巡检仪表，显示精度0.1℃ 压力传感器：0—2500Pa

膜盒压力表：0—6000Pa

本实验消耗和自备设施： 蒸馏水： 电负荷：2.75 Kw

四、实验方法

1、 检查

检查阀门：风机放空阀F1和F2是否处于全开状态；F4全开F3全关；

F6全开F5全关；（先作上边光滑管）

检查水位：蒸汽发生器内的水是否合适（液面应处于液位计的90%—70%，水少需要补充蒸馏水）。

2、打开电加热开关，调节压力控制在1000—1200Pa之间开始加热。

3、当t3≥98℃时，启动风机开关，逐渐关小放空阀F1或F2开始送气，调节风量至予定值，当t3≥98℃时时，即可记录数据，一般稳定时间很快，调节过风量后，只要按顺序记录风量V、风压P、t1、t2、t3、t4、t5、t6等数据即可。

建议风量调节按10，12，14，17，20，24，28，32，建议光滑管做6组数据；

光滑管做完后，开始做下边的螺纹管 1、阀门切换

蒸汽转换：全开F5关闭F6；

风量切换：开大F1和F2，全开F3，关闭F4。

3

2、当t3≥98℃时，逐渐关小放空阀F1或F2开始送气，调节风量至予定值，当t3≥98℃时时，即可记录数据，一般稳定时间很快，调节过风量后，只要按顺序记录风量V、风压P、t1、t2、t3、t4、t5、t6等数据即可。

建议风量调节按10，12，14，17，20，24，28，32，建议光滑管做5组数据； 3、实验结束时，先关闭电加热开关。再徐徐开启F1和F2放空阀，当转子完全落下时，再关闭风机电源。

警告：

实验前应检查蒸汽发生器内蒸馏水是否足够（必须加注蒸馏水）。

提示：

1、一般按要求加蒸馏水可满足一到两次次实验用水消耗量。当连续做实验时，在加水时，应先将加热电压关闭，使蒸汽发生器压力趋于零时，烧杯加蒸馏水到合适为止。 2、风机启动前，必须保证出口风管上的放空阀打开，以防风量突然升高而损坏转子流量计。

注意事项：

1、在启动风机前，应检查三相动力电是否正常，若缺相，及易烧坏电机；为保证安全，检查接地是否正常； 2、每组实验前应观察蒸汽发生器内合适的水位，水位过低或无水，电加热一定会烧坏。因为电加热用地是湿式，绝对不能干烧。

3、在用前。可用部分蒸馏水冲洗蒸汽发生器2—3次。

表1 原始数据：

管内径= 18 mm 管外径= 22mm 管长 1000mm 大气压=101325 Pa 流量计No 前风压 ΔP Pa 1 2 3 4 5 6 7 8 流量计前风温 t1 ℃ 流量计读数 V0 M3/h 进口 风温 t2 ℃ 进口 壁温 t3 ℃ 出口 风温 t4 ℃ 出口 壁温 t5 ℃ 蒸汽 温度 t6 ℃ 表2 计算结果 管内有关计算结果 No Re α测 Nu测 α计 w/m2K w/m2K 1 …

4

管外 Nu计 α计 α测 w/m2K K测w/m2K 总 K计w/m2K

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