实验八气汽对流传热综合实验

实验八气汽对流传热综合实验一、实验目的1、掌握给热系数α的测定方法；2、掌握热电偶、铜电阻温度计测温方法；3、掌握强化传热的途径。二、实验原理1、测给热系数的原理（1）根据牛顿冷却定律，已知传热设备的构尺寸，只要测得传热速率Q以及各有关的温度，即可算出α的值：QAt。式中Δt为管壁面温度与空气平均温度之差(K)。A为传热面积（m2）。（2）传热速率Q是由管内流体的热负荷Q′决定。由于饱和蒸汽走管间，空气走管内，则21'()airmpQQQqctt，qm为空气质量流量kg/s，cp为比热（J/kg.K）。（3）12,()/2wtttttt，tw，t1，t2分别为壁温、空气进口和出口温度（℃），（4）传热面积：iAdl（5）空气流量的测量空气流量计由孔板与差压变送器和二次仪表组成。该孔板流量计在20℃时标定的流量和压差的关系式为：0.532022.696(/)Vqpmh流量计在实验使用时往往不是20℃，此时需要对该读数进行校正：112027327320vtvtqq式中：△P—孔板流量计两端压差，kPa；qv20—20℃时体积流量，m3/h；qvt1—流量计处体积流量，也是空气入口体积流量，m3/h；t1—流量处温度，也是空气入口温度，℃。由于换热器内温度变化，传热管内的体积流量需进行校正：11273273mvmvttqqtqvm—传热管内平均体积流量，m3/h；tm—传热管内平均温度，℃。（6）温度的测量空气进出口温度采用Cu50铜电阻温度计测得，由多路巡检表以数值形式显示（1—普通管空气进口温度；2—普通管空气出口温度；3—强化管空气进口温度；4—强化管空气出口温度）。壁温采用热电偶温度计测量，光滑管的壁温由显示表的上排数据读出，强化管的壁温由显示表的下排数据读出。2、强化传热的途径（1）传热控制热阻为对流热阻，而对流热阻又主要集中在滞流内层内。强化传热关键是降低滞流内层厚度。（2）由于空气的膜系数远远小于蒸汽的膜系数，因此传热控制热阻主要由空气的对流热阻决定。（3）空气走管内，提高管内膜系数，增大湍动程度，本实验采取的措施是加扰流装置，即采用插入螺旋线圈的方法来强化传热。三、实验装置及流程1、设备主要技术数据见表1表1实验装置结构参数实验内管内径di/mm20.00实验内管外径do/mm22.0实验外管内径Di/mm50实验外管外径Do/mm57.0测量段（紫铜内管）长度L/m1.00强化内管内插物（螺旋线圈）尺寸丝径h/mm1节距H/mm40加热釜操作电压/伏≤200操作电流/安≤102、实验流程图1空气-水蒸汽传热综合实验装置流程图1-普通套管换热器；2-内插有螺旋线圈的强化管换热器；3-蒸汽蒸发器；4-旋涡气泵；5-旁路调节阀；6-孔板流量计；7-热电偶温度计；8、9-空气支路控制阀10、11-蒸汽支路控制阀；12、13-蒸汽放空管；14-蒸汽上升主管路；15-加水口；16-放水口；17-液位计；18-热电阻温度计；19、20-空气出口四、实验步骤及注意事项1、实验前的准备工作、检查工作（1）向电加热釜加水至液面计高度的2/3。（2）检查空气流量旁路调节阀是否全开。（3）检查蒸气管支路各控制阀是否打开，保证蒸汽和空气管线的畅通。（4）接通电源总闸，设定加热电压（不超过200V），启动电加热器开关，开始加热。2、实验开始（1）当蒸汽放空口开始有蒸汽出现时，方可开始实验。（2）关闭通向强化套管的阀门11，打开通向简单套管的阀门10，当简单套管换热器的放空口有水蒸汽冒出时，可启动风机，此时要关闭阀门8，打开阀门9。（3）启动风机后用放空阀5来调节流量，调好某一流量后稳定5-10分钟后，分别测量空气的流量，空气进、出口温度及壁面温度，然后调节下组数据。一般在小流量到最大流量之间测量5-6组数据。（4）做完简单管后再进行强化管换热器实验。先打开蒸汽支路阀11，全部打开空气旁路阀5，关闭蒸汽支路阀9，打开空气支路阀8，进行强化管传热实验。（5）实验结束后，依次关闭加热电源、风机和总电源，清理现场。3、注意事项(1)检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常范围内，若发现水位过低，应及时补充水量。(2)必须保证蒸汽上升管线和空气管线的畅通。在接通电源时，全部打开蒸汽支路阀和空气支路阀及旁路调节阀。(3)在转换支路时，应先关闭风机电源，然后开启和关闭支路阀。(4)调节流量后，应至少稳定5-10分钟后读取实验数据。(5)实验中保持上升蒸汽量的稳定，不应改变加热电压，且保证蒸汽放空口一直有蒸汽放出。五、数据记录表实验次数123456简单管线压差计读数△P/kPa空气进口温度t1/℃空气出口温度t2/℃壁面温度tw/℃强化管线压差计读数△P/kPa空气进口温度t3/℃空气出口温度t4/℃壁面温度tw/℃六、数据处理示例与处理表1、简单管线的膜系数实验次数123456qv20/m3/hqvt1/m3/hqvm/m3/hm/kg/m3qm/kg/sQ/W△tm/KA/m2/W/m2.K2、强化管线的膜系数3、计算强化比4、根据测定的6组数据作图，找到膜系数与质量流量的变化关系：0.8mq七、思考题1、蒸汽和空气进入通道，在测K和α时为什么不同呢？2、在气汽对流传热综合实验测α的流程图基础上如何改进测定总传热系数K？并说明所需测定的参数及仪表。3、下图为气汽对流传热综合实验流程图，有多处错误，找错改错，并说明理由。图1空气-水蒸汽传热综合实验装置流程图1-普通套管换热器；2-内插有螺旋线圈的强化管换热器；3-蒸汽发生器；4-旋涡气泵；5-旁路调节阀；6-孔板流量计；7-风机出口温度(空气进口温度)测试点；8、9-空气支路控制阀；10、11-蒸汽支路控制阀；12、13-蒸汽放空阀14-蒸汽上升主管路；15-加水口；16-放水口中；17-液位计；18-冷凝液回流口