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1、套管换热器操作及传热系数的测定一、实验目的：(1)了解换热器的结构，(2)掌握换热器主要性能指标的标定方法；(3)学会换热器的操作方法。二、基本原理：在工业生产和科学研究中经常采用间壁式换热装置来达到物料的冷却或加热。这种传热过程系冷、热流体通过固体壁面(传热元件)进行热量交换。它是由热流体对固体壁面的对流传热、固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热三个传热子过程所组成。从间壁式传热设备的应用来讲，是希望知道整个传热过程的传热效率，但从间壁式传热设备的研究来讲，直接研究整个传热过程存在两方面的困难：（1）影响传热过程的参数极多，实验工作量和数据处理量极大；（2）固体壁面两侧冷、热流体类型
2、的组合变化多。为降低研究的难度，采用过程分解与合成方法进行处理。将传热过程分解为热流体对固体壁面的对流传热、固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热三个传热子过程，分别将子过程的传热规律研究清楚后，再按一定的规律合成为完整的传热大过程。在研究传热子过程时，影响传热过程的参数明显减少，减轻了工作量；同时，固体壁面两侧冷、热流体的类型可任意组合，只须按一定的规律合成即可，大大方便了实际应用。但须注意：采用过程分解与合成方法分解工程实际问题的充要条件是，必须首先充分了解预定各子过程之间的界面情况，以便日后顺利合成各子过程。研究对流传热分系数是过程分解的结果。但由于对流传热过程仍十分复杂，影响因素
3、较多，目前尚不能通过解析法得到给热系数的定量关系式。目前仍须由实验研究来获得各影响因素与对流传热分系数间的定量关系。为了减少实验工作量，采用因次分析法将有关的影响因素经无因次化处理后组成若干个无因次数群，从而获得描述对流传热过程的无因次方程。并以此为基础组织实验，经过数据处理得到相应的关系式。现以不发生相变的流体和与固体壁面间的对流传热为例，其影响因素为：（1） 固体壁面的特征尺寸：l（2） 流体的物理性质： （3） 强制对流的流速：u（4） 产生自然对流的升力，此升力可由表征，故： 经无因次处理，得： 式中： 为努塞尔（Nusselt）准数，描述对流传热的大小； 为雷诺（Reynolds）准
4、数，描述流体流动的状态； 为普朗特（Prandtl）准数，描述流体的物性； 为格拉斯霍夫（Grashof）准数，描述自然对流的运动状态。在强制湍流时，可忽略自然对流的影响。同时，如果是温度对流体特性影响不大的系统并且温度变化范围不太大，上式可改写为： 此式表达的函数关系在双对数曲线纸上为线性关系。经图解法求得此线性方程的斜率和截距并换算后，即可方便地得到式中的系数，写出它的最终表达式（流体被加热时，；流体被冷却时，）。三、实验内容：（1）测定热空气水系统在常用流速范围内热空气一侧的传热分系数；（2）判断本系统的传热阻力主要在哪一侧；（3）熟悉套管换热器的操作。四、实验装置：本实验装置的主体装置
5、是套管换热器。内管外径为18毫米，壁厚1.5毫米；测试段长度为2米。冷水经流量计计量后，进入内、外管的环隙内。空气经鼓风机、流量计和电加热器，进入内管。热空气进口温度由仪表自动稳定在所需的温度值上。冷、热流体的进出口温度和内管两端壁温由仪表检测。五、实验操作原则：（1）为防止可能的设备损坏，必须先开启鼓风机、空气流量计阀和冷水阀后，方可开启电加热器开关。实验结束后，则应先关闭电加热器开关，待装置冷却后再关闭空气、冷水系统。（2）实验需维持定态操作。即每次测量时，各操作变量必须维持在同一水准。由于实验过程中存在不可避免的干扰，需注意各变量的波动情况，并作及时调整。当调整冷、热流体流量后，应稳定足够长时间方可记录数据。
