间壁式换热设备中传热系数和表面传热系数的测定.doc

实验十四.间壁式换热设备中传热系数和表面传热系数的测定 实验目的 加深理解间壁式换热器的传热理论； 了解实验组织方法，掌握热电偶测量壁温的方法； 学会试验数据处理方法。 实验装置 实验装置如图1所示，被测对象为套管式相变换热器。管外通由蒸汽发生器所产生的蒸汽，使其维持近似恒温发生冷凝放热。管内通空气，经加热从t1升至t2。换热管道内径18mm，壁厚2.0mm，管长1.3m。测量有如下装置：蒸汽压力表测量蒸汽压力；四个测温点分别为空气进出口温度t1、t2以及管外壁蒸汽进、出口处温度tw上、tw下；还有一个为蒸汽温度测量及控制装置；空气流量用转子式流量计测量；在气泵出口设置了采用自来水冷却空气的换热管，从而保证在测试期间，进入测试管内的空气温度不会因为气泵流量的变化而造成温度改变。 实验内容 熟练实验原理和实验装置，学习正确使用各种测量仪表； 正确安排实验，测取有关实验数据； 按要求整理实验数据； 求管内Re和Nu，用作图法给出其关联式； 对实验结果进行分析和讨论。 基本原理 传热过程分析 本实验系统间壁式换热装置系由冷、热流体通过固体壁面进行热量交换。它是由热流体（蒸汽，下标标号为h）对固体壁面的对流换热，固体壁面的热传导和固体对冷流体（空气，下标标号为c）的对流换热三个传热过程所组成。如图2所示。忽略了内外管壁面面积的不同，视为平壁面处理，则： 由传热速率方程知，单位时间所传递的热量 （1） 而对流换热所传递的热量，对于冷、热流体均可由牛顿冷却定律表示 （2） 或 （3） 对固体壁面由热传导所传递的热量，则由傅立叶定律表示为 （4） 由热量平衡和忽略热损失，可将（2）、（3）、（4）式写成如下等式 （5） 所以 （6） （7） 管内空气表面传热系数无量纲化 由于， （8） 只要温度变化不大，hc只随uc而变。改变uc的简单方法是改变阀门的开度，这就是实验中的操作变量。 由(8)式，π定理告诉我们，n – r =７－４＝３个无因次数群，即： （9） 得： (10) （此处已去掉下标c，下同）， 上式针对空气侧强迫对流换热，由于温度变化范围不大，且空气物性随温度变化不大，故式(10)可改写为： (11) 式中：。 间壁式换热器理论 依据热量平衡和传热方程，有： KAtm= qcρcCpc(t2 - t1) (12) 故： (13) 其中 (14) 分别针对管外和管内，仿照式（12），得： 其中： 　　 (15) (16) 其中，T1、T2分别为蒸汽进出口温度，均可视为饱和温度。通过测定压力查表求得。 实验步骤及仪表设定操作 实验步骤 在蒸汽发生器放入去离子水至液位管上段处，让水浸没加热电棒，以防烧坏； 打开加热电源开关，水蒸汽发生器开始工作，约20min水开始沸腾，此时打开气源开关，启动气泵，调节空气流量为20m3/h。待套管表面发热，打开套管底端法兰下的排气阀2～3次，排除不凝性气体； 因为气泵原因，随着冷空气流量增加，冷空气进口温度会增加，所以在冷空气进入换热系统前，先经过一个小换热器。用水冷却，注意下进上出； 整个实验操作热流体（蒸汽）的进口温度是恒定的，唯一改变的操作变量即冷空气转子流量计阀门开度，以达到改变流速的目的； 待冷空气出口温度显示值保持5min以上不变时方可同时采集所需实验数据； 按附录表1记录测试数据； 数据采集结束后，先关加热电源，保持冷空气继续流动10min，以保证足够冷却套管换热器及壁温，保护热电偶接触正常； 通过放尽阀将蒸汽发生器内的水放尽。 仪表设定操作 实验装置测定仪器显示面板共五块，布置位置如图3所示；除蒸汽温度显示及设定板略为复杂外，每个温度显示及设定板的外形基本相同，由若干按键及显示屏构成，如图4所示。 在测定数据期间，不要乱揿按钮。特别不要对蒸汽温度设定板进行操作。 如果各温度在实验之前互相之间相差1.0℃以上，要进行校准处理。具体操作严格按如下顺序进行： 针对要调整的温度面板，按set键两次，使显示屏出现110 同时按set键（先）和保持不动，使显示屏出现SLO 按set键十四次，直至显示屏出现pb1 再按set键一下，即进入修改基准数状态 利用按键来设定温度差值数据，完成后按set键确定 按黑○复位即可 注意：请在pb1上修改，其他功能参数切忌改变！ 数据处理示例 假定所测得参数如下： 蒸汽压力 Mpa 空气流量 m3/h 空气进口温度