實驗五 套管換熱器傳熱實驗

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1、實驗五套管換熱器傳熱實驗實驗學(xué)時：4實驗類型：綜合實驗要求：必修一、實驗?zāi)康耐ㄟ^本實驗的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解套管換熱器的結(jié)構(gòu)和操作方法，比較簡單內(nèi)管與強化內(nèi)管的差異。二、實驗內(nèi)容1、測定空氣與水蒸汽經(jīng)套管換熱器間壁傳熱時的總傳熱系數(shù)。2、測定空氣在圓形光滑管中作湍流流動時的對流傳熱準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。3、測定空氣在插入螺旋線圈的強化管中作湍流流動時的對流傳熱準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。4、通過對本換熱器的實驗研究，掌握對流傳熱系數(shù)的測定方法。三、實驗原理、方法和手段兩流體間壁傳熱時的傳熱速率方程為（1）式中，傳熱速率可由管內(nèi)、外任一側(cè)流體熱焓值的變化來計算，空氣流量由孔板與壓力傳感器及數(shù)字顯示儀表組成的空氣流量計來測定。

2、流量大小按下式計算：其中：—孔板流量計孔流系數(shù)，0.65；—孔的面積，；（可由孔徑計算，孔徑）—孔板兩端壓差，；—空氣入口溫度（即流量計處溫度）下的密度，。實驗條件下的空氣流量（）需按下式計算：其中：—換熱管內(nèi)平均溫度，℃；6—傳熱內(nèi)管空氣進口（即流量計處）溫度，℃。測量空氣進出套管換熱器的溫度(℃)均由鉑電阻溫度計測量，可由數(shù)字顯示儀表直接讀出。管外壁面平均溫度(℃)由數(shù)字溫度計測出，熱電偶為銅─康銅。換熱器傳熱面積由實驗裝置確定，可由（1）式計算總傳熱系數(shù)。流體無相變強制湍流經(jīng)圓形直管與管壁穩(wěn)定對流傳熱時，對流傳熱準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的函數(shù)關(guān)系為：對于空氣，在實驗范圍內(nèi)，準(zhǔn)數(shù)基本上為一常數(shù)；當(dāng)管長與

3、管徑的比值大于50時，其值對準(zhǔn)數(shù)的影響很小，故準(zhǔn)數(shù)僅為準(zhǔn)數(shù)的函數(shù)，因此上述函數(shù)關(guān)系一般可以處理成：式中，和為待定常數(shù)。由下式可以計算空氣與管壁的對流傳熱系數(shù)：式中，—空氣進出口溫度的平均值，℃；—管外壁面平均溫度，℃。然后計算　，　調(diào)節(jié)不同的空氣流量，可以獲得多組—數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)繪制在雙對數(shù)坐標(biāo)中，則函數(shù)關(guān)系式變?yōu)椋捍_定該直線的斜率和截距，即可求出待定常數(shù)和的值。確定空氣在強化管內(nèi)和普通圓形光滑管內(nèi)換熱的對流傳熱準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的原理和方法相同，不過，在類同條件下待定常數(shù)數(shù)值不同。6四、實驗組織運行要求集中授課形式五、實驗條件實驗裝置見下圖1-液位計；2-儲水罐；3-排水閥；4-蒸汽發(fā)生器；5-強化套

4、管蒸汽進口閥；6-光滑套管蒸汽進口閥；7-光滑套管換熱器；8-內(nèi)插有螺旋線圈的強化套管換熱器；9-光滑套管蒸汽出口；10-強化套管蒸汽出口；11-光滑套管空氣進口閥；12-強化套管空氣進口閥；13-孔板流量計；14-空氣旁路調(diào)節(jié)閥；15-旋渦氣泵；16-蒸汽冷凝器以飽和蒸汽為加熱介質(zhì)，加熱空氣。飽和蒸汽走套管殼程，空氣走管程。空氣由旋渦氣泵提供，由孔板流量計計量其流量。套管規(guī)格：內(nèi)管；外管；換熱長度為1.20m。六、實驗步驟1.實驗前的準(zhǔn)備,檢查工作(1)向水箱中加水至液位計上端。(2)檢查空氣流量旁路調(diào)節(jié)閥是否全開。(3)6檢查蒸氣管支路各控制閥和空氣支路控制閥是否已打開，保證蒸汽和空氣管線

5、的暢通。(4)接通電源總閘，設(shè)定加熱電壓，啟動電加熱器開關(guān)，開始加熱。2.實驗開始(1)打開加熱開關(guān)一段時間后,蒸汽發(fā)生器內(nèi)的水經(jīng)過加熱后產(chǎn)生水蒸汽，并經(jīng)過空氣冷卻器冷凝后回到儲水槽中。(2)換熱器殼內(nèi)有水蒸氣后，打開旁路調(diào)節(jié)閥，啟動風(fēng)機，調(diào)節(jié)閥一般開到最大。(3)調(diào)節(jié)空氣流量旁路調(diào)節(jié)閥的開度,使壓差計的讀數(shù)為所需的空氣流量值(當(dāng)旁路閥全開時,通過傳熱管的空氣流量為所需的最小值,全關(guān)時為最大值)。(4)穩(wěn)定3～5分鐘左右后，分別測量空氣的流量，空氣進、出口溫度和管壁溫度。(注意：第1個數(shù)據(jù)點必須穩(wěn)定足夠的時間；溫度巡檢儀測量的溫度1-光滑管空氣入口溫度；2-光滑管空氣出口溫度；3-強化管空氣入

6、口溫度；4-強化管空氣出口溫度；上-光滑管壁面溫度；下-強化管壁面溫度)(5)重復(fù)(3)與(4)共做7～10個空氣流量值。(6)最小,最大流量值一定要做。七、思考題1、本實驗裝置和操作再哪些地方容易造成結(jié)果誤差？如何盡量減少誤差？2、蒸汽壓力的變化會不會影響實驗結(jié)果？3、比較實驗所得的對流傳熱準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式與流體在圓形直管中作強制湍流時的經(jīng)驗公式，兩者是否矛盾？4、對比實驗所得的線圈管與圓形光滑管內(nèi)的對流傳熱準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式，可以說明什么問題？八、實驗報告實驗報告應(yīng)體現(xiàn)預(yù)習(xí)、實驗記錄和實驗報告1、實驗預(yù)習(xí)在實驗前每位同學(xué)都需要對本次實驗進行認(rèn)真的預(yù)習(xí)，并寫好預(yù)習(xí)報告，在預(yù)習(xí)報告中要寫出實驗?zāi)康?、要求，?/p>

7、要用到的儀器設(shè)備、物品資料以及簡要的實驗步驟，形成一個操作提綱。對實驗中的安全注意事項及可能出現(xiàn)的現(xiàn)象等做到心中有數(shù)，但這些不要求寫在預(yù)習(xí)報告中。2、實驗記錄學(xué)生開始實驗時，應(yīng)該將記錄本放在近旁，將實驗中所做的每一步操作、觀察到的現(xiàn)象和所測得的數(shù)據(jù)及相關(guān)條件如實地記錄下來。實驗記錄中應(yīng)有指導(dǎo)教師的簽名。6附表1：實驗原始數(shù)據(jù)記錄表套管內(nèi)管類型：序號空氣進口溫度/℃空氣出口溫度/℃壁溫/℃壓差/12