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1、传热综合实验一、实验目的1、熟悉传热实验的实验方案设计及流程设计。2、了解换热器的基本构造与操作原理。3、掌握热电偶的测温原理及使用方法。4、掌握热量衡算与传热系数K及对流传热膜系数a的测定方法。5、应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARemPr。.4中常数A、m 的值。二、实验内容1、测定810个不同流速下普通套管换热器的对流传热系数a。2、对a的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、 m的值。3、在双对数坐标系中绘制Nu/Pr0.4Re的关系图。三、实验原理普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定：传热实验中冷流体采用空气，热流体采用水蒸汽。通过测取冷流体在
2、 换热器进出口的流量及冷热流体温度的变化来进行总传热系数K、对流传 热膜系数 与相关准数关系的测定。传热实验考察冷热流体在套管式换热器中的传热过程，其理论基础是 传热基本方程牛顿冷却定律及热量平衡关系。由传热基本方程得：Q=k - Am式中 K传热系数（.m2 K ）A换热器的传热面积（m 2）tm传热管两端的平均温度差 （K ）Q传热量（W）由上式可得K = Q/AZm，由实验测定Q、A、At即可求得K值。由传热 系数K亦可确定换热面内外两侧的对流传热膜系数。对薄壁圆管（d ./小于2），传热系数K与传热膜系数之间有如下关系:1115K =矿 + 节 +兀+ do + di o i式中K传热
3、系数（m2K）a 加热管外壁面的对流传热膜系数（m2K）a加热管内壁面的对流传热膜系数（m2K）6加热管壁厚（m）入 加热管的导热系数（w/m K）r加热管外壁面的污垢热阻（m2 - K）r加热管内壁面的污垢热阻（m K）实验室条件下考虑忽略污垢热阻，则K=c a a o i若有aa，则有Ke a ；1、对流传热系数a o的测定a = Q A At式中 a 加热管外壁面的对流传热膜系数（Wm2K）Q管外传热速率（W）A管外换热面积为0.142（ m 2 ）At =叫 - *2平均温度差Atm由下式确定： mln At1At 2At1=T1-t2At 2 =T2-t1式中 T1、T2热流体的进、
4、出口温度（K）t1、t2冷流体的进、出口温度（K）由传热衡算式得：Qo=Wo Cpo （t2- t1）其中质量流量Wo由下式求得：Wo =Vo p3600式中Vo冷流体在管中的平均体积流量（ma/h）Cpo冷流体的恒压比热（kJ/kg C）p 冷流体的密度（kg/ma）tt1 + t2Cpo和P可依据定性温度tm查得：tm T-为冷流体的进、出口平 均温度。2、对流传热系数准数关联式的实验确定流体在管内作强制湍流、处于被冷却的状态，准数关联式的形式为：N =A R m P nuoeoroN = % . do 其中 NuooUo do pRe =RoPro = Cp；Wo 人o物性数据乂、Cpo
5、、庞可根据定性温度tm查得。对于管外被冷却的空气，普朗特准数Pr变化不大，可以认为是常数， 则关联式的形式可简化为:Nuo=A Reom Pro0.4lg PNu =lgA+mlgRPro0.4eo这样通过实验确定不同流量下的Reo与Nuo,可以在双对数坐标上标绘 出一条直线，即可求得A和m值，也可用线性回归方法确定A和m的值。四、实验装置及流程1、本实验共两套装置。各套设备的主要技术数据：（1）套管换热：换热段长度为1000mm换热面积为0.142m2。换热器 外部都包有保温层，并用不锈钢皮包好，外表美观，可以减少实验的热损 失，也可以防止实验者的意外烫伤。（2）热流体通过的紫铜管为g25x
6、1mm，长为1000mm。冷流体通过 的不锈钢管为g57x2mm。（3）蒸发器为不锈钢制成，最大加热功率为2KW。其上装有液位计， 正常液位要维持在2/3处，最多加至液位计所能指示的范围最高处。必要 时加水，以免电热管干烧（加水时需注意水位超过液位计指示时仍往蒸发 器内加水，液位计将无法显示液位）。其表面也包有保温层。（4）风机为旋涡风机，输入功率为750W，转速为2800/min，风压为 11.7KPa，风量为 90m3/h。（5）温度仪表：本装置上配置一块温度控制仪表，用于控制蒸发器温 度；温度显示模块可以直接显示所对应各点的温度。（6）风量测量：转子流量计，测量范围：6-60m3/h。（
7、7）柜体在其面板可以控制整个实验的全过程。仪表开关下部都有对 应的标识。（8）开关、指示灯按下开关指示灯亮表明对应的工作正在运行，关 闭时则按开关上箭头的方向旋转即可。2、实验装置流程1.蒸汽发生器；2.风机；3. 6-60m3/h气体流量计；4.套管换热器;5.压力表；F1-闸阀；F3-闸阀；F4-球阀图1传热综合实验流程图实验装置流程如图1所示。本实验装置主要由套管换热器、蒸发器、 风机、气体流量计、压力表、安全阀、智能温控仪表、压力显示、流量显 示、柜体、开关指示灯等组成。主体是套管换热器，内管为光滑管，紫铜 材质，外管为不锈钢管，两端用不锈钢法兰固定。蒸汽发生器为电加热釜， 内有一根螺
8、旋形电加热器，用200V电压加热。气源选择HG-750（JX7132） 型的旋涡风机，使用旁路调节阀调节流量。管程蒸汽由蒸汽发生器自然上升，空气逆流进入换热器壳程，达到逆 流换热的效果。五、实验方法及步骤1、实验前的准备、检查工作。（1）检查电源连接是否正确，风机、加热装置工作是否正常，设备密 封是否良好。（2）检查热电偶接触是否良好，看热电偶插入处有无脱落。（3）检查蒸汽发生器内水位是否符合要求，必要时加水。以免热管烧 坏。（4）将蒸汽发生器的蒸汽调节阀6打开，向电加热釜加水至液位计上 3/42/3处，然后将蒸汽调节阀关闭。（5）检查空气流量旁路调节阀是否全开。（6）保证蒸汽和空气管线的畅通
9、。（7）启动电源开关后，电源指示灯亮；打开蒸汽发生器加热开关。将 蒸汽发生器加热温度仪表设定至130C，然后调节电流表旋钮，顺时针旋 转，电流表显示数值将逐步加大；大约85摄氏度左右时把两个调节旋钮调 小一点（防止热惯性所造成的温度不稳定现象）。温度显示到100C左右即 可开始实验。2、实验开始(1) 过一段时间后蒸汽发生器的水沸腾，加水口有蒸汽冒出，关闭加 水口。发生器内压力升高，待压力稳定并且不超过0.1MPa时，慢慢打开 蒸汽调节阀，开度不要太大，然后打开风机开关，保证实验开始时空气入 口温度t1比较稳定。(2) 调节空气流量旁路阀的开度，使其达到需要测定的流量值进行传 热实验。开大阀门
10、则增加冷流体进料量，调小反之。(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)。(3) 读取实验数据时应待操作稳定后23min后才开始进行，一组实 验数据应连续进行测定，两组数据间应有一定的稳定时间，每组实验数据 的测温点应始终保持不变，以减少系统误差。(注意：每一个数据点必须稳 定足够的时间)。(4) 重复(2)和(3)，共做810个空气流量值。从小到大测量8 10个空气流量值，再从大到小测量810个空气流量值，然后取平均值。(5) 最小、最大流量值一定要做。(6) 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、实验结束(1)
11、关闭加热器开关，将电流表调至零，停止加热。(2) 将旁路阀开关调至流量值较大侧，风机继续工作一段时间后，关 闭风机开关。(3) 待蒸汽发生器的温度降至50度以下，切断电源，结束实验。六、注意事项1、蒸发器加水一般加到液位计的2/3即可，假若水位超过了此高度， 那么不管再加多少水液位计的指示都不会改变。液位最少时也不能低于蒸 汽发生器的1/2否则电热管极易烧坏！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。2、实验操作时应注意安全，不能开蒸发器上灌水阀门，防止热气冲出 烫伤。3、测量时应逐步加大气相流量，记录数据。否则实验数值误差较大。七、报告内容1、测定有关数据并
12、进行数据处理，整理出相关经验公式，绘出相应实 验图表及曲线。2、将实验原始数据和数据整理结果列在表格中，并以其中一组数据为 例写出计算过程。3、根据实验结果对测定的K、值进行分析讨论。4、在双对数坐标系中绘制Nu/Pr0.4Re的关系图。5、对实验结果进行分析与讨论。八、思考题1、在实验过程中，为什么热流体出口温度有可能高于蒸汽温度？2、蒸汽温度显示90左右时蒸发器内的水是否已经沸腾，为什么？传热综合实验原始数据记录表装置编号:序号气体流量V(m3/h)气体入口 T (C)气体出口T (C)蒸汽入口T (C)蒸汽出口T (C)tm (C)12345678910姓 名：同组人：指导教师：实验日期：
