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1、实验2传热综合实验一、实验目的1. 通过对简单套管换热器的实验，掌握对流传热系錚的测定方法。应用线形回归分析方i法，确定关联式Nu = A Rem Pro.4中常数a、m的值。2. 通过对强化套管换热器的实验，测定其准数关联式Nu = BRem中常数b、m的值和强化比Nu/Nu。03. 套管换热器的管内压降Ap和Nu之间的关系。二、实验原理1. 普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定(1)对流传热系数a的测定i对流传热系数a可以根据牛顿冷却定理来实验测定：a = Q ，其中a为管内流ii A t x Simi体对流传热系数，W/(m2C)； Q为管内传热速率，W； S为管内换热面积，m2；
2、 At为内 iim管壁温度与内管流体温度的平均温差，C。平均温差At = tm w，其中J, J为冷流体的入口、出口温度，为壁面平均温度，C。而管内换热面积S =兀d L，其中d.为内管管内径，m； L.为传热管测量ii iii段的实际长度，m。由热量衡算式Qi二Wcpi(ti 2 - 7,其中质量流量由下式得叫=36詁。式中vi为冷流体在套管内的平均体积流量，m3/h； c .为冷流体的定压比热，kJ/(kgC)； P为冷流体的密 pii度，kg/m3。c和p可根据定性温度t查得，t = tii+ ti2为冷流体进出口平均温度。Piimm2(2)准数关联式的测定流体在管内作强制湍流，被加热状
3、态下，准数关联式的形式为Nu = A Re m Pr n，其中a d 仆 d p uc卩Nu =卡亠，Re = i i i，Pr二 p i。九、c、p、卩都可根据定性温度t查 入卩入i pi i iiii得。经计算可知对于管内被加热的空气，普兰特准数变化不大，可看作常数，则关联式简化 为Nu = ARem Pto.4。通过实验确定不同流量下的Re和Nu,然后用线形回归的方法确定A 和m。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的方法有多种，本实验采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法。经验公式为Nu = BRem，其中B与m的值因螺旋丝尺寸不同而不同。本实验计算不同流量下的R
4、e和 Nu,用线性回归的方法可确定B和m。单纯研究强化手段的强化效果(不考虑阻力)，可以用强化比Nu/Nu作为评判准则，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Nu/Nu01,且它的值越 大强化效果越好。三、实验流程图1普通套管换热器；2内插有螺丝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、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传热系 数分布实验套盒；15紫铜管；16加水口 ； 17放水口 ； 18液位计；19热电偶温度测量实验测试点接 口； 20普通管测压口； 21强化管测压口四、
5、原始数据记录(附后)五、数据整理普通管：内管外径22.0mm,内管壁厚1.0mm,内管直径20.0mm；强化管：内插螺旋丝，其它数据同普通管;测量段长度1.00m；孔板流量计:开孔尺寸17.0mm,流量公式系数A=23.8；40-60r下干空气比热容c =1.005 kJ/(kgC)；普兰特准数Pr=0.698壁面温度与热电势的关系为tw(C)=8.5009+21.25678xE(mV)流量计压差与流量的关系为V二A，t0V P、10表1普通管数据处理表项目t /CV/(m3/h)t /CP./(kg/m3)Q/kW/W/(m2 C)Rex10-4Nu197.991922.339343.31.
6、11640.27849281.08322.2904458.3521297.779431.028244.71.11160.367817110.34333.1561679.1303397.354238.347346.351.10580.422614131.94053.8637194.2281497.779443.950648.451.09840.44878144.86654.37521102.9192597.779449.576650.851.09020.469253159.22164.86850112.4466697.566853.775853.91.08010.470233171.47545.
7、19150120.1944表2强化管数据处理表项目t /CVt0/(m3/h)t /CP./(kg/m3)Q/kWa/W/(m2 C)Rex10-4Nu197.779419.541852.951.08330.291355103.49051.8967072.7116297.779426.133952.051.08620.36691127.76272.5491289.9611397.779431.2509521.08640.420823146.37593.04919103.0816497.566835.845852.751.08390.460978163.7873.48284115.1321597
8、.566839.504353.951.08000.477613174.36633.81290122.208697.354247.434458.551.06480.480816197.30624.46203136.7428表3强化比数据处理表项目123456普通管Nu049.855564.449775.298384.516391.4306104.8070强化管Nu72.711672.711672.711672.711672.711672.7116强化比Nu/Nu01.45841.39581.36901.36221.33661.3047六、计算举例1.普通管换热器（第2组）管壁温度 t 二 8.5
9、009 + 21.25678 x 4.20 二 97.7794 Cw冷流体入口温度t0 - 25.6 C得此温度下水的密度p 10 - 1.182kg /m39 A 1流量计流量V二A ,110 li C二 23.8一二 31.0282m3 /hp1.182610管内传热速率Q 二 Wcp一 t )= 31.0282 x 1.1116 x 1.005 x(63.8 - 25.6)= 0.367817kW2 13600平均温差Atm二 97.7794 -(63.8 + 25.6、二 53.0794 C管内换热面积S =兀dL = 3.14 x 0.02 x 1 = 0.0628 m2对流传热系数
10、367.817a - At x S - 53.0794 x 0.0628 - 110.3433 W/(m C)m,t +163.8 + 25.6. .I 厶，宀宀“/丫 .定性温度t = -42 = 44.7 C，此温度下水的密度P= 1.1116kg / m3,m 2 2粘度卩二 1.9335 x 10-5Pa - s，热导率九二 2.7889 x 10-2W/(m)C)雷诺数d - p - u 0.02 x 1.1116Re =卩1.9335 x 10-54 x 31.02823600 x 3.14 x 0.022=3.15616 x 104努塞尔准数110.3433 x 0.020.02
11、7889=79.13032.强化管换热器（第2组）管壁温度 t 8.5009 + 21.25678 x 4.20 97.7794 Cw流量计流量V A ：10li p1 1423.8 一26.1339m3 /h P1.169410管内传热速率Wcp-1 )- 26.1339 x 1.0862 x 1.005 X(75.2 - 28.9)- 0.36691kW2 13600平均温差Atm二 97.7794 -(75.2 + 28.9 二 45.7294 C管内换热面积S =兀dL 3.14 x 0.02 x 1 = 0.0628 m2对流传热系数Q366.91 crrcra 127.7627 w
12、/(m2C)At x S 45.7294 x 0.0628m4 x 26.1339雷诺数 Re - d 卩 u - 0.02 x 1.0862 -亠-2.54912 x 1041.97025 x 10-5 3600 x 3.14 x 0.022+ 宀 一 a d 127.7627 x 0.02“ v努塞尔准数Nu 89.9611九 0.0284043 .强化比计算(第2组)Nu 0.0096 x 31561.6 0.8685 64.44970强化比 NuNu 89.9611 1.3958064.44974.对普通管进行回归计算线性回归（第2组）由 Nu A Re m Pr0.4 得 lgPr0
13、.4 丿lg A + m lgRe ,即 y a + bx79 1303代入数据得 y 2他如1961，v-1-9612 - 3846 ； x2-临31561.6 - 4.499x2 二 4.4992 二 20241 ； x y = 4.499 x 1.961 = 8.8232 2 2.b =7 -饲二 0.85856 a 二亍-bX = 1.955，得 A = 10-1.955 = 0.0111工x 2 - n彭iNu = 0.011Re0.8685 Pr0.4 相关性由计算机计算得相关系数r2 = 0.9981，即r = 0.999。由n=6, n-2=4,查相关系数检验 表得r (X = 0.01)= 0.917 |r| = 0.999。这表明Re和Nu两变量线性相关在 = 0.01的高 min水平上仍然是显著的，因此在Re、Nu之间求回归直线是完全合理的。 方差分析123456平均值Nu58.352179.130394.2281102.9192112.4466120.194494.5451ANu58.730177.587292.4880103.0336113.0508119.5374名称平方和自由度方差方差比回归U=2613.647fU=m=1Vu=U
