液液传热实验讲义.doc

传热（冷水热水）综合实验讲义一、 实验目的1 通过对冷水热水简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数 a 及总传热系数 K o 的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。m 0.4二、 实验内容1 在套管式换热器中，测定 56 个不同流速下，管内冷水与管间热水之间的总传热系数 K o ；流体与管壁面间对流传热系数 a o 和 a i 。2 将测定值同运用 K o 与 a o ， a i 之间关系式计算得出的 a i 值进行比较；计算得出 Nu1(实验)和 Nu2(计算)的值3 对实验数据进行线性回归，求关联式 Nu1(实验)=ARemPr0.4 和 Nu2(计算)=ARemPr0.4 中常数A、m 的值。三、 实验原理1 总传热系数 K o 的测定：由总传热速率方程式Q = K o So Dtm （1-1）Q（1-2）式中：Q 传热速率，W；S o 换热管的外表面积，m2；Dtm 对数平均温度差，；K o 基于管外表面积的总传热系数，W/( m2)；由热量衡算式：Q = WCCP (t2 - t1 ) （1-3）12 学会应用线性回归分析方法，确定关联式 Nu = ARe Pr中常数 A、m 的值；Ko =SoDtm式中：WC 冷流体的质量流量，kg/s；CP 冷流体的定压比热，kJ/( kg)；t1 , t 2 分别为冷流体进、出口温度，；So = pd o L （1-4）式中： d o 传热管的外径，m；L 传热管的有效长度，m；= （1-5）ln ln 1式中：T1，T2 分别为热流体进、出口温度，；2 对流传热系数a i ， a o 的测定对流传热系数a i ， a o 可以根据牛顿冷却定律来实验测定：Q = a i Si (t wm - tm ) （1-6）Q（1-7）式中：Si 换热管的内表面积， Si = pdi L m2；t m 冷流体平均温度， t m = ；2t wm 换热管内壁表面的平均温度，；同理：Q（1-8）式中： Tm 热流体平均温度， Tm = ；2Twm 换热管外壁表面的平均温度，；因为传热管为紫铜管，其导热系数很大，加上传热管壁很薄故认为 Twm t wm ， Twm 用热电偶来测量。3 总传热系数计算式2Dt m =Dt 2 - Dt1 (T1 - t 2 ) - (T2 - t1 )Dt 2T - t 2Dt1T2 - t1Si (t wm - t m )t1 + t 2So (Tm - Twm )T1 + T21（1-9）d o bd o 1a i d i ld m a o4、三个准数Pr = （1-10）Nu = （1-11）Re = （1-12）冷流体在管内作强制湍流，准数关联式的形式为Nu = A Re m Pr n其中：取冷流体的定性温度为定值，物性数据 l 、Cp、 r 、 m 可根据冷流体定性温度查得。则普兰特准数 Pr 是常数，则关联式的形式简化为：Nu = A Re m Pr0.4通过实验确定不同流量下的 Re 与 Nu ，然后用线性回归方法确定 A 和 m 的值。四、 实验装置与流程实验流程图及基本结构参数：如图 2-1 所示，实验装置的主体是一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定。实验的热流体在电加热釜内加热，其内有 2 根 2.5KW 螺旋形电加热器，用 220 伏电压加热；经热流体循环泵进入换热器的壳程。冷流体由离心泵抽出，由流量调节阀调节，经转子流量计进入换热器的管程。达到逆流换热的效果。东 3oK =+18T89+ -+- +- +- 101772 2120131441162223 15图 2-1 水-水热交换器流程及装备图实验装置：1给水阀；2高位槽；3流量调节阀；4转子流量计；5、7、17铜康铜热偶；6、19热敏电阻温度传感器；8二次仪表；9热电偶冷端温度补偿器；10热电偶接线板；11加水口；12电加热釜；13液位计；14加热釜电源；15热水循环泵；16泵电机电源；18数字温度计；20传热管；21套管；22高位槽溢流。23离心泵；24热水流量调节阀；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。检查热电偶的冷端，是否全部浸没在冰水混合物中。2 检查电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 调节流量后，应在流量计读数稳定后再读取实验数据。4-+FI61951112243六、 实验报告1 传热实验的原始数据表、数据结果表（换热量、传热系数、各准数以及重要的中间计算结果）、准数关联式的回归过程、结果与具体的回归方差分析，并以其中一组数据的计算举例。2 在同一双对数坐标系中绘制 Nu1/Pr0.4Re 和 Nu2/Pr0.4Re 的关系图。3 对实验结果进行分析与讨论。七、 实验步骤传热实验仿真主要设备介绍图如下图 2-2 所示：方 仿 真图 2-2 传热实验仿真设备介绍图 到“参数设置”界面设置套管长度、套管外径、套管内径，设置冷水进口温度。点“实验数据设置”记录到实验报表中。注意：参数设置好后在本实验中不可更改。 在“实验装置图”中，检查电加热釜液位计，若发现水量较少，打开注水阀 VA103，补充水量至 2/3 处； 在“仪表面板一”中，打开电源总开关，启动冷水离心泵电源开关； 在“实验装置图”中，打开冷水给水阀 VA101 至最大；等待高位槽有溢流后，再打开流量调节阀 VA102；5 在“仪表面板一”中，启动电加热釜开关，加热电加热釜中的水；启动热水循环泵电源开关； 在“实验装置图”中，打开热水给水阀 VA104，设定阀门开度为 50%，保持热水的流量固定不变； 通过调节流量调节阀 VA102 的开度，调节流量所需值，在“仪表面板一”界面查看流量，待数值稳定后，到“实验数据一”面板点击“实验数据记录一”和“实验数据二”面板点击“实验数据记录二”按钮，记录实验数据至“实验报表”。 回到“实验装置图”中，调节阀门 VA102 开度由小到大或由大到小，重复步骤 7，记录 6 组实验数据。八、 注意事项：所有错误操作提示以动画灯泡为标志： 若打开电源总开关、冷水离心泵开关，且高位槽液位没有恒定，就打开流量调节阀 VA102时，出现提示： 若打开电源总开关、电加热釜开关，未打开注水阀 VA103，但电加热釜液位较低时，出现提示：东 方-322九、 思考题1 间壁式换热器的传热机理是（）。A. 热传导；B. 对流给热； C. 热辐射；答案：A、B62 本实验传热过程中冷热流体的接触方式是（）。A直接接触式传热； B. 间壁式传热； C. 蓄热式传热；答案：B3 转子流量计的主要特点是( )。A. 恒截面,恒压差； B. 变截面,变压差；C. 恒流速,恒压差； D. 变流速,恒压差；答案：C4 有关转子流量计，下面哪一种说法是错误的。A. 转子流量计为变截面的流量计；B. 通过转子流量计的流体压力降与流量无关；C. 只能用于测定液体的流量；D. 当所测流体的密度变化时需要校准；答案：D5 在多层壁中，温度差随热阻的变化是（）。A. 热阻越大温度差越大； B. 热阻越大温度差越小； C. 温度差不随热阻的变化而变化；答案：A6 影响传热系数的主要因素有（）。A. 液体的状态：流体在传热过程中是否有相变化。有相变化时传热系数比无相变化时小。B. 流体的物理性质；C. 流体的运动状况：层流、过渡流或湍流；D. 流体对流的状况：自然对流、强制对流；E. 传热表面的形状、位置及大小；答案：B、C、D、E7 在本实验中，换热器中流体流动的方向是（）。7A.并流； B. 逆流； C. 错流； D. 折流；答案：B8 流体在管路中作稳态流动时,具有（）特点。A. 呈平缓的滞流；B. 呈匀速运动；C. 在任何截面处流速，流量，压强等物理参数都相等；D. 任一截面处的流速，流量，压强等物理参数不随时间而变化；答案：D9 离心泵为什么要在出口阀门关闭的情况下启动电机？A. 防止离心泵里的液体漏掉；B. 因为此时离心泵的功率最小，开机噪音小；C. 因为此时离心泵的功率最小，即电机电流为最小；D.