《自-气-汽对流传热综合实验装置说明书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自-气-汽对流传热综合实验装置说明书（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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203年月一、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i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=ARem4中常数A、m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u=BRem中常数B、m的值和强化比u/N0，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,
2、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。图1 螺旋线圈内部结构螺旋线圈的结构图如图1所示，螺旋线圈由直径3m
3、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,其中和m的值因螺旋丝尺寸不同而不同。采用实验1中的实验方法确定不同流量下得Rei与,用线性回归方法可确定和m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
4、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 实验装置结构参数实验内管内径d（)2000实验内管外径d(m）22.0实验外管内径Di(m）5实验外管外径Do(m)5.0测量段(紫铜内管）长度l(m)1强化内管内插物(螺旋线圈)尺寸丝径h（m)1节距H（mm）40加热釜操作电压20伏 操作电流10安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,a空气入口温度（及流量计
5、处温度)下密度，g/m3。（3/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，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t（ )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:w()= 1.75+3518(mv
6、)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)。 气源(鼓风机） 又称旋涡气泵, GB型,由无锡市仪表二厂生产，电机功率约075 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5分钟，空气出口的温度t2 （ )可基本稳
7、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
8、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58分钟左右可转动各仪表选择开关读取1,2,E值。(注意：第个数据点必须稳定足够的时间) （5)重复(3)与(4)共做710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710组实验数据。 4 实验结束. (1）关闭加热器开关。 （) 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
9、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
10、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。 .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.pa、进口温度1 =33、出口温度 t2 =74.60壁面温度热电势 4.3mv。 已知数据及有关常数: (1)传热管内径i (mm）及流通断面积 F(）. d=0(),020 (m); F=（di2)=3.142(0.000） 2=0.0003142( m). (2)传热管有效长度 L（m）及传热面积s(m) L=1.0（m) i=L i=3
11、.140000=0062(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:t133,查得1.13 Kg3。(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2()的平均值, 即=53.80（) 此查得: 测量段上空气的平均密度 =108 (K/3）; 测量段上空气的平均比热Cp100(/KK)； 测量段上空气的平均导热系数 0.285（/mK)； 测量段上空气的平均粘度 .000198 （);传热管测量段上空气的平均普兰特准数的04次方为: Pr.4=0.696.4=0.865 (
12、5）空气流过测量段上平均体积（ m3/）的计算: （m/h）(6)冷热流体间的平均温度差t（)的计算:() (7)其余计算:传热速率(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()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。 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;、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
13、上升主管路；15、加水口;16、放水口;7、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作用仪表接线端作用计算机24V(+）18仪表显示输入端(+）2V（)29仪表显示输入端（-)1地10(转换开关)普通管冷进1AD(1路)41（转换开关1)普通管冷出2AD(2路)220V2（转换开关2）强化管冷进15/D(3路）2206(转换开关)强化管冷出3A/（4路)4（转换开关4）釜温16A/D（5路)表2 热电偶显示仪表接线表作用仪表接线端作用计算机1仪表显示输入端（+）9310(转换开关）强化管壁温输入(+)411(转换开关0)普通管壁温输入（+)220V1仪表显示输入端(-) 地20V613普通管壁
