实验四传热实验一、实验目的1.通过对空气一水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数勺的测左方法，加深对苴 概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法，确左关联式严丹如中常数A、川的值。2.通过对管程内部插有螺旋线圈的空气一水蒸气强化套管换热器的实验研究，测左其准数关联式 NzBR严中常数B、加的值和强化比Ni叫、了解强化传热的基本理论和基本方式。二.实验内容与要求
实验4-1 实验4-2
实 脸 内 容 与 要 求 1测泄5~6个不同流速下 简单套管换热器的对流传 热系数血。2对勺的实验数据进行 线性回归，求关联式 NxAR^P"中常数 A. m 的值。 1测左5~6个不同流速下 强化套管换热器的对流传 热系数％。2对4的实验数据进行 线性回归，求关联式 Nu=BRem中常数B、加的值。3同一流量下，按实验一 所得准数关联式求得Me, 计算传热强化比Nu/Nu0o
三、实验原理实验4-1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％的测定对流传热系数勺可以根据牛顿冷却疋律，用实验来测泄。因为所以传热管内的对流 传热系数勺a热冷流体间的总传热系数K = Q /(△. xsj (W/m2 ? °C )?(4-1)式中：勺一管内流体对流传热系数，W/(m2-°C)：?—管内传热速率，W：SL管内换热面积，n*：△g—对数平均温差，°C。对数平均温差由下式确立:
式中：切，G—冷流体的入口、出口温度，0
心一壁而平均温度，°C;因为换热器内管为紫铜管，英导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用h来表示，由于管外使用蒸汽，近似等于热流体的平均温度。管内换热面积：Sj 二码厶 (4-3)式中：山一内管管内径，m；乙一传热管测量段的实际长度，m。由热量衡算式：Q 二 (4-4)其中质量流量由下式求得：叱=匕空 (4-5)3600式中：冷流体在套管内的平均体积流M. m5/h：cpi—冷流体的进压比热，kJ / (kg?°C)：PL冷流体的密度，kg/m3o切和。?可根据泄性温度查得，tm = 斗乞为冷流体进岀口平均温度。⑺，址，治 匕可采取2一定的测量手段得到。2.对流传热系数准数关联式的实验确左流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为Nut = ARe," Pi;". (4-6)贝中：眄=叫 込,P「=沁A “ ’ A物性数据入、切、°、闪可根据左性温度乙查得。经过讣算可知，对于管内彼加热的空气，普兰特准数 p八变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为：Nui =ARe/MPi;0-4 (4-7)这样通过实验确左不同流呈:下的Re,与Ng ,然后用线性回归方法确定A和加的值。实验4-2、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又被学术界称为第二代传热技术，它能减小初设讣的传热面积，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，本实验装豊是采用在换热器内管 插入螺旋线圈的方法来强化传热的。
螺旋线圈的结构图如图3-1所示，螺旋线圈由 直径3mm以下的铜丝和钢丝按一立节距绕成。将 金属螺旋线圈插入并固左在管内，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，一而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。螺旋线圈是以线圈石 距H与管内径〃的比值以及管壁粗糙度（2〃/力） 为主要技术参数，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Nil = BRe,n的经验公式，英中B和加的值因螺旋 丝尺寸不同而不同。
在本实验中，采用实验3?1中的实验方法确泄不同流量下的R?与眄,用线性回归方法可确立B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判准则，它的形式是：Nu/Nu（）,其中N“是强化管的努塞尔准数，M?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。需要说明的是，如果评判强化方式的贞?正效果和经济效益，则必须 考虑阻力因素，阻力系数随着换热系数的增加而增加，从而导致换热性能的降低和能耗的增加，只有强 化比较高，且阻力系数较小的强化方式，才是最佳的强化方法。四、实验装置1.实验流程图及基本结构参数：
图4-2空气-水蒸气传热综合实验装置流程图1 一普通套管换热器：2—内插有螺旋线圈的强化套管换热器：3—蒸汽发生器：4 一旋涡气泵：5—旁路调节阀：6—孔板流量讣；7、8、9一空气支路控制阀：10、11 一蒸汽支路控制阀：12、13—蒸汽放空口： 14一传热系数分布实验套盒（本实验不使用）：15—紫铜管：16-加水口：17—放水口： 18—液位计：19一热点偶温度测址实验测试点接口： 20—普通管测压口： 21—强化管测压口如图3-2所示，实验装置的主体是两根平行的套管换热器，内管为紫铜材质，外管为不锈钢管，两 端用不锈钢法兰固左。实验的蒸汽发生釜为电加热釜，内有2根2.5RW螺旋形电加热器，用200伏电压 加热（可由固态调压器调节）。气源选择XGB-2型旋涡气泵，使用旁路调卉阀调肖流量。蒸汽空气上升 管路，使用三通和球阀分别控制气体进入两个套管换热器。空气由旋涡气泵吹岀，由旁路调卉阀调节，经孔板流量计，由支路控制阀选择不同的支路进入换热 器。管程蒸汽由加热釜发生后自然上升，经支路控制阀选择逆流进入换热器壳程，由另一端蒸汽出口自 然喷岀，达到逆流换热的效果。空气经支路控制阀7后，进入蒸汽发生器上升主管路上的热电偶和传热 系数分布实验管，可完成热电偶原理实验。
装豊结构参数表3-1所示。2.实验的测量手段（1）空气流量的测量空气主管路由孔板与差压变送器和二次仪表组成空气流量计，孔板流量计为标准设计，其流量讣算 式为：
实验内管内径也（mm） 19.25
实验内管外径必（mm） 20.01
实验外管内径D （mm） 50
实验外管外径D, （mm） 52.5
总管长（紫铜内管）L （m） 1.30
测量段长度/ （m） 1」0
加热釜 操作电压 W200 伏
操作电流 W20安
表4-1实验装置结构参数第⑦、⑧套实验装置：匕=23.80式中：孔板流量计两端压差，KPa；R—孔板流量计两端压差，mH/O柱；/。一流量计处温度（本实验装置为空气入口温度），°C；内一巾时的空气密度，kg/m\由于被测管段内温度的变化，还需对体积流量进行进一步的校正:
273 +口273 + r()⑵温度的测呙实验采用铜-康铜热电偶测温，温度与热电势的关系为：
(4-9)
(4-10)
T（°C）二8? 5009+21. 25678XE（mv）图4?3传热实验中冷流体进岀口温度及壁温的测量线路图五、注意事项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。检査热电偶的冷端，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用内*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（见图4-2所示） 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，三个空气支路控制阀之一和旁路调节阀（见 图4-2所示）必须全开。在转换支路时，应先关闭风机电源，然后开启和关闭控制阀。
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实验四传热实验
实验四传热实验
一、实验目的
1.通过对空气一水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数勺的测左方法，加深对苴 概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法，确左关联式严丹如中常数A、川的值。
2.通过对管程内部插有螺旋线圈的空气一水蒸气强化套管换热器的实验研究，测左其准数关联式 NzBR严中常数B、加的值和强化比Ni叫、了解强化传热的基本理论和基本方式。