清华传热学综合换热实验台实验指导书.doc

综合传热演示实验（一）实验目的综合传热实验的主要目的是通过对饱和蒸汽冷凝现象的观察和测试，加深对传热系数K的理解，同时比较不同表面和材质的管子内部蒸汽冷凝过程的不同，以分析影响传热过程的因素。（二）实验原理综合传热实验台是利用管外空气的自然对流或者受迫对流对管内蒸汽进行冷却，通过凝结水量来对各种状况的换热管的传热系数K进行初步计算。对流是一种比较独特的传热型式，主要特点是从边界表面向运动流体的传热或者是通过运动流体内的一个流动面的热量传递。如果流体的运动是由泵、风机、风扇或者其他类似设备产生的，称为受迫对流；如果流体的运动是由于传热本身所产生的密度差造成的，称为自然对流。对这些传热过程的细致观察表明，基本的传热机理是传导和辐射，两者均受流体运动的影响。在低速流体流动中，对于通过边界表面流入或输出热量的对流过程，引入换热系数是很方便和直观的方法。将牛顿冷却定律和傅立叶热传导定律应用到有壁面隔开的流体流体传热过程中，就可以得到利用实验观测到的流体温度来计算传热系数K的表达式： (1)而就K的物理本质来说，其中包含着诸多复杂的物理过程。特别是针对辐射过程，很难有准确的物理解析式。为了体现出辐射过程的影响，本实验中应用涂黑管和镀铬管进行比较，从实验结果可以看到换热过程中辐射因素的作用。（三）实验装置图1所示为实验装置简图。实验台由电热蒸汽发生器、一组表面状况不同的六根铜管（翅片管、光管、涂黑管、镀铬管、加锯末保温管和加玻璃纤维保温管）、配汽集箱、冷凝水蓄水器（可计量）、凝结水收集联箱和支架组成，同时支架上装有一台可移动风机，用于实现管外受迫对流。手动开关自动开关水位计电接点压力表电热蒸汽发生器饱和蒸汽配汽集箱实验管段计量用蓄水器冷凝水收集联箱风机图1 综合传热实验台示意图（四）实验步骤1. 打开电热蒸汽发生器上的供气阀，然后从底部的给水阀门向蒸汽发生器内注水，当水面达到水位计的三分之二的高度时，关闭给水阀门；2. 打开蒸汽发生器上的电加热器开关（手动、自动），指示灯亮，内部电热器开始加热。待电接点压力表达到要求压力时（事先按需要用螺丝扳手调定），电接点压力表动作（断电）。此时将手动开关关掉，由电接点压力表控制继电器，使加热器在一定的范围加热，以维持实验所需蒸汽量；3. 打开配汽管上所有阀门（或按实验需要打开其中几个阀门）和玻璃蓄水器下方的放水阀。然后打开供气阀缓慢向实验管段内送汽（送汽压力略高于实验压力），预热整个实验系统，并将系统内的空气排净；4. 待蓄水器下部放水阀向外排出蒸汽一段时间后关闭全部放水阀门，预热完毕。此时要调节配汽管底部放水阀门使其微微冒汽，以排除在胶管内和配汽管内的凝水。调节送汽压力，即可开始实验。为防止玻璃蓄水器破坏，建议实验压力0.02Mpa，最大不超过0.05Mpa；5. 做自然对流实验时，将蓄水器下部的全部放水阀关闭，注视蓄水器内水位变化，待水位上升至“0”位时开始计时（如实验多根管段，只要在开始计时时，记下每根蓄水器水位初读数即可），实验正式开始，待凝水水位达到一定高度时，记录供气时间和凝水量；6. 如要进行受迫对流实验，放掉积存在蓄水器及管路中的水，开动风机对被测管段进行吹风，收集实验数据方法同上；7. 实验完毕后关闭电源，打开所有放水阀、放汽阀，待水排净后再将所有法门关闭，切断电源和水源。（五）传热系数计算方法5.1基本物性参数和实验管段尺寸数据水的物性：p0.02Mpa时，饱和温度tl105； 汽化潜热r2243kJ/kg实验管段基本尺寸：实验铜管外径d0.025m；计算长度 自然对流时l0.9m； 受迫对流时l0.5m（风筒长度）。5.2实验记录数据 通过实验可记录供气时间s和蓄水器的水位高度hcm。5.3传热系数K的计算所有被测管段均以基管（铜管）表面积为准，则有：传热面积 m2凝结水