1、实验五 套管换热器传热实验（I 、II）实验学时： 4实验类型：综合实验要求：必修一、实验目的实验 I：通过本实验的学习，使学生了解套管换热器的结构和操作方法，了解电位差计的使用。实验 II：通过本实验的学习，使学生了解套管换热器的结构和操作方法，比较光滑管与绕线圈管的差异。二、实验内容实验 I：1、测定空气与水蒸汽经套管换热器间壁传热时的总传热系数。2、测定空气在圆形光滑管中作湍流流动时的对流传热准数关联式。3、测定空气在螺旋槽管中作湍流流动时的对流传热准数关联式。实验 II：1、测定空气与水蒸汽经套管换热器间壁传热时的总传热系数。2、测定空气在圆形光滑管中作湍流流动时的对流传热准数关联式。
2、3、测定空气在插入螺旋线圈的强化管中作湍流流动时的对流传热准数关联式。4、通过对本换热器的实验研究，掌握对流传热系数 i的测定方法.三、实验原理、方法和手段实验 I：两流体间壁传热时的传热速率方程为 mQKAt式中，传热速率可以由任一侧流体的热焓值的变化来计算，空气流量用喷嘴流量计计量；测量空气进出套管换热器的温度和蒸汽的温度；换热器传热面积由实验装置确定。这样，由上式就可以计算总传热系数。流体无相变强制湍流经圆形直管与管壁稳定对流传热时，对流传热准数关联式的函数关系为：(,)lNufRePrd对于空气，在实验范围内， Pr 准数基本上为一常数；当管长与管径的比值大于 50 时，其值对 Nu
3、的影响很小；则 Nu 仅为 Re 的函数，故上述函数关系一般可以处理成： muaRe式中， a 和 m 为待定常数。测量空气一侧管壁的中区壁温 TW ，由下式可以计算空气与管壁的对流传热系数 ()QAt式中， 空气进出口温度的平均值。t然后计算， dNuduRe调节不同的空气流量，可以获得多组 Nu Re 数据。将数据绘制在双对数坐标中，则函数关系式变为： logNumlRelog确定该直线的斜率和截距，即可求出待定常数 m 和 a 的值。确定空气在螺旋槽管内和圆形光滑管内换热的对流传热准数关联式的原理和方法相同，不过，在类同条件下待定常数数值不同。注意事项：实验装置中的喷嘴流量计测量的是空气
4、在进入套管前的体积流量，要确定空气在换热管内的体积流量和流速，则需利用此数据进行换算。因此在实验中还需测量空气在喷嘴前沿的压力和套管进出口的平均压力，以备换算时使用。实验 II：两流体间壁传热时的传热速率方程为 Q=KAtm （1）式中，传热速率可以由任一侧流体的热焓值的变化来计算，空气流量由孔板与压力传感器及数字显示仪表组成的空气流量计来测定。 516.00)(2.PVt - 20 下的体积流量，m 3/h ；0t-孔板两端压差，Kpa ；P测量空气进出套管换热器的温度 t1 ( ) 、 t2 ( )分别由电阻温度计测量，可由数字显示仪表直接读出。管外壁面平均温度 tw( )由数字式毫伏计测
5、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:tw()= 1.270523.518E(mv)计算得到。换热器传热面积由实验装置确定，可由（1）式计算总传热系数。流体无相变强制湍流经圆形直管与管壁稳定对流传热时，对流传热准数关联式的函数关系为：Nu = f ( Re , pr , l/d )对于空气，在实验范围内，Pr 准数基本上为一常数；当管长与管径的比值大于 50 时，其值对 Nu 的影响很小；则 Nu 仅为 Re 的函数，故上述函数关系一般可以处理成： mBNuRe式中，B 和 m 为待定常数。由下式可以计算空气与管壁的对流传热系数 = Q / A (tw -
6、 )式中， 空气进出口温度的平均值;ttw 管外壁面平均温度.然后计算 Nu=d/ Re=du/调节不同的空气流量，可以获得多组 Nu Re 数据。将数据绘制在双对数坐标中，则函数关系式变为：log Nu = m log Re + log B确定该直线的斜率和截距，即可求出待定常数 m 和 B 的值。确定空气在强化管内和普通圆形光滑管内换热的对流传热准数关联式的原理和方法相同，不过，在类同条件下待定常数数值不同。四、实验组织运行要求集中授课形式五、实验条件实验装置实验 I：1 23456575896510 10 10图 5-1 套 管 换 热 器 实 验 装 置 示 意 图图示说明：1、风机
7、2、疏水器 3、喷嘴流量计 4、空气调节阀 5、热电偶 6、玻璃温度计 7、不凝气排出口 8、压力表 9、蒸汽进口阀 10、单管压力计以饱和蒸汽为加热介质，加热空气。饱和蒸汽走套管壳程，空气走管程。空气由风机提供，由喷嘴流量计计量其流量。采用单管压差计测量压降。套管规格：内管内径为 17.8 mm，换热长度为 1.224 m。喷嘴流量计：孔口直径 d 0 = 20.32 mm，孔流系数 C 0 = 0.855。单管压力计的真实压差应为显示压差读数的 1.01 倍。实验 II：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；
8、7、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、蒸汽上升主管路；15、加水口；16、放水口；17、液位计；18、冷凝液回流口以饱和蒸汽为加热介质，加热空气。饱和蒸汽走套管壳程，空气走管程。空气由旋涡气泵提供，由孔板流量计计量其流量。套管规格：内管内径为 20.00 mm；外径为 22.00mm；换热长度为 1.00m。六、实验步骤实验 I:1、检查实验装置，关闭空气调节阀，旋紧疏水器的转把，记录单管压力计零位读数和热电偶冷端温度。2、全开蒸汽进口阀，启动风机，全开空气调节阀。待实验装置预热 8-10 分钟左右， 观察空
9、气出口温度稳定不变以后，方可测取数据。3、在空气流量变化的整个幅度范围内，测取 1012 组数据。每次调节流量后应间歇5 分钟左右，待空气出口温度稳定不变才能测取数据。4、实验结束后，检查热点偶冷端温度有无变化。实验 II：1.实验前的准备,检查工作.(1) 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
10、，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 5-8 分钟左右可转动各仪表选择开关读取 t1,t2,E 值。(注意：第 1 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。七、思考题实验 I:1、本实验装置采用热电偶测温，同时又装玻璃温度计，有什么必要？2、本实验装置和操作再哪些地方容易
11、造成结果误差？如何尽量减少误差？3、蒸汽压力的变化会不会影响实验结果？4、比较实验所得的对流传热准数关联式与流体在圆形直管中作强制湍流时的经验公式，两者是否矛盾？5、对比实验所得的螺旋槽管与圆形光滑管内的对流传热准数关联式，可以说明什么问题？6、通过实验，你是如何理解总传热系数与对流传热系数的区别和联系的？7、注意实验装置上疏水器和不凝气排出管的设置，说明它们各自所起的作用。实验 II：1、本实验装置和操作再哪些地方容易造成结果误差？如何尽量减少误差？2、蒸汽压力的变化会不会影响实验结果？3、比较实验所得的对流传热准数关联式与流体在圆形直管中作强制湍流时的经验公式，两者是否矛盾？4、对比实验所
12、得的线圈管与圆形光滑管内的对流传热准数关联式，可以说明什么问题？八、实验报告实验报告应体现预习、实验记录和实验报告1实验预习在实验前每位同学都需要对本次实验进行认真的预习，并写好预习报告，在预习报告中要写出实验目的、要求，需要用到的仪器设备、物品资料以及简要的实验步骤，形成一个操作提纲。对实验中的安全注意事项及可能出现的现象等做到心中有数，但这些不要求写在预习报告中。2实验记录学生开始实验时，应该将记录本放在近旁，将实验中所做的每一步操作、观察到的现象和所测得的数据及相关条件如实地记录下来。实验记录中应有指导教师的签名。附：原始数据记录实验 I:套管内管类型： 热电偶冷端温度：单管压力计读数
13、空气进口 空气出口 蒸汽序号R1-2 Ro Ro 温度计热电偶mv温度计热电偶mv温度计热电偶mv管壁热电偶mv蒸汽压力kgf/cm2零位1实验 II：套管内管类型：序号空气进口温度；空气出口温度；釜温 管壁热电偶；mv压差读数；kpa3实验总结主要内容包括对实验数据、实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己的看法等。附：数据整理表实验 I:温度， 喷嘴 套 管 内 空 气序号 t1 t2 T TW Vs Vs u Re K Nu1实验 II：九、其它说明实验 I:热电偶测温计算公式如下： 2000 4.39465. tt
14、VEtt 温度； 套 管 内 空 气 序号 t1 t2 Tw Vs u QRe K Nu式中：电位差计校正读数（mv） ；tE电位差计实际读数（mv） ；0tV冷端温度（） 。工作温度计算公式如下： 852.490104.8657.153tEt实验 II：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。5.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“.
