实验四】 对流给热系数测定实验 一、实验目的 1.观察水蒸气在换热管外壁上的冷凝现象，并判断冷凝类型： 2.测定空气（或水）在圆直管内强制对流给热系数α壁： 二、基本原理 在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以空气或水，水蒸气冷凝放热以加热空 气或水，在传热过程达到稳定后，有如下关系式： Q=qvpCp(t-t)=a空A:(tw-t)m=KiA:△t (1) 4=4-4出 (2) 式中：qw一一被加热流体体积流量，m/s: p一一被加热流体密度，kgm3: Cp一一被加热流体平均比热，Jkg·℃)： A一一铜管内壁的对流给热系数，W(m2·℃)： t1、t2一一被加热流体进、出口温度，℃： A一一内管的外壁、内壁的传热面积，m: △tm-对数平均温度差： K一以内表面为基准计算的总传热系数。 对于平壁或者薄壁管来说，店aa 1_L+】。在本实验中，内管为空气被加热，外管为 水蒸气冷 凝放热，a空远小于a水意气。所以k≈a空。 三、实验装置与流程 1.实验装置 实验装置如图1所示。 来自蒸汽发生器的水蒸气进入玻璃套管换热器，与来自水泵)的水进行热交换，冷凝水 经疏水器排入地沟。冷水经涡轮流量计进入套管换热器内管（紫铜管），热交换后排出装置 外
实验四 对流给热系数测定实验 一、实验目的 1． 观察水蒸气在换热管外壁上的冷凝现象，并判断冷凝类型； 2． 测定空气（或水）在圆直管内强制对流给热系数 空 ； 二、基本原理 在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以空气或水，水蒸气冷凝放热以加热空 气或水，在传热过程达到稳定后，有如下关系式： Q=qvρCP(t2－t1)＝α 空 Ai(tw－t)m= KiAiΔtm （1） （2） 式中：qv——被加热流体体积流量，m3 /s； ρ——被加热流体密度，kg/m3； CP——被加热流体平均比热，J/(kg·℃)； Αi——铜管内壁的对流给热系数，W/(m2·℃)； t1、t2——被加热流体进、出口温度，℃； Ai——内管的外壁、内壁的传热面积，m2 ； Δtm-对数平均温度差； Ki-以内表面为基准计算的总传热系数。 对于平壁或者薄壁管来说， 1 1 2 1 1 1 k = + 。在本实验中，内管为空气被加热，外管为 水蒸气冷 凝放热，α空远小于α水蒸气。所以 k1≈α空。 三、实验装置与流程 1．实验装置 实验装置如图 1 所示。 来自蒸汽发生器的水蒸气进入玻璃套管换热器，与来自水泵）的水进行热交换，冷凝水 经疏水器排入地沟。冷水经涡轮流量计进入套管换热器内管（紫铜管），热交换后排出装置 外。 1 2 1 2 ln m t t t t t − =
4222420 16 15 1121314 图1传热系数测定装置流程图 1可移动框架2中间储水箱3液位控制浮球阀4涡轮流量计5水箱排水阀66-阀 57-进水口8水泵9.脚轮10-冷：水排放口11冷海水排水阀412-蒸汽进汽口 13-冷凝水调节阀214蒸汽调节阀315-冷流体出口温度16燕汽压力表17-壁而右端 温度18排不宁性气体阀门19蒸汽右端温度20冷流体流量调节阀121壁面左端混 度22-蒸汽左端温度23-排不宁性气体阀门24-冷流体进口温度25-换热外套管26-换 热紫铜管27.可视视窗 2.设备与仪表规格 (1)紫铜管规格：直径中21×2.5mm,长度L=1000mm (2)外套玻璃管规格：直径中100×5mm,长度L=1000mm (3)压力表规格：0~0.1MPa 四、实验步骤与注意事项 (一)实验步骤 1、蒸气发生器加水，加热，把蒸气加热到额定压力下。 1.打开总电源空气开关，打开仪表及巡检仪电源开关，给仪表上电。 2.打开仪表台上的风机电源开关，让风机工作，同时打开冷流体入口阀门。 4.打开冷凝水出口阀，注意只开一定的开度，开的太大会让换热桶里的蒸汽跑掉，关 的太小会使换热玻璃管里的蒸汽压力集聚而产生玻璃管炸裂
图 1 传热系数测定装置流程图 1-可移动框架 2-中间储水箱 3-液位控制浮球阀 4-涡轮流量计 5-水箱排水阀 6 6-阀 5 7-进水口 8-水泵 9-脚轮 10-冷凝水排放口 11-冷凝水排水阀 4 12-蒸汽进汽口 13-冷凝水调节阀 2 14-蒸汽调节阀 3 15-冷流体出口温度 16-蒸汽压力表 17-壁面右端 温度 18-排不宁性气体阀门 19-蒸汽右端温度 20-冷流体流量调节阀 1 21-壁面左端温 度 22-蒸汽左端温度 23-排不宁性气体阀门 24-冷流体进口温度 25-换热外套管 26-换 热紫铜管 27-可视视窗 2．设备与仪表规格 （1）紫铜管规格：直径φ21×2.5mm，长度 L=1000mm （2）外套玻璃管规格：直径φ100×5mm，长度 L=1000mm （3）压力表规格：0～0.1MPa 四、实验步骤与注意事项 （一）实验步骤 1、蒸气发生器加水，加热，把蒸气加热到额定压力下。 1．打开总电源空气开关，打开仪表及巡检仪电源开关，给仪表上电。 2．打开仪表台上的风机电源开关，让风机工作，同时打开冷流体入口阀门。 4．打开冷凝水出口阀，注意只开一定的开度，开的太大会让换热桶里的蒸汽跑掉，关 的太小会使换热玻璃管里的蒸汽压力集聚而产生玻璃管炸裂
5.在做实验前，应打开冷凝水排水阀4将蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水 排除，否则夹带冷凝水的蒸汽会损坏压力表及压力变送器。具体排除冷凝水的方法是：关闭 蒸汽进口阀门，打开装置下面的排冷凝水阀门，让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走，当听到 蒸汽响时关闭冷凝水排除阀，可进行实验。 6.刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽进口阀3的阀门大小开度，让蒸汽徐徐流入换 热器中，逐渐加热，由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，以防止玻璃管因突然受 热、受压而爆裂。 7.当一切准备好后，调节蒸汽进口阀3的开度，把蒸汽压力调到0.01即a,并保持蒸 汽压力不变。（可通过调节排不宁性气体阀以及蒸汽进口阀3配合来实现。） 8.流量调节： (1)手动调节1：可通过调节空气的进口阀1手动调节空气流流量，改变冷流体的流 量到一定值，等稳定后记录实验数据。 9.记录5到7组实验数据，完成实验，关闭蒸汽进口阀与冷流体进口阀，关闭仪表电 源和风机的电源。 10.关闭蒸汽发生器。 (二)注意事项 1,先打开排冷凝水的阀，注意只开一定的开度，开的太大会让换热桶里的蒸汽跑掉， 关的太小会使换热玻璃管里的蒸汽压力集聚而产生玻璃管炸裂。 2.一定要在套管换热器内管输以一定量的冷流体后，方可开启蒸汽阀门，且必须在排 除蒸汽管线上原先积存的凝结水后，方可把蒸汽通入套管换热器中。 3.刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐加热， 由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，以防止玻璃管因突然受热、受压而爆裂。 3.操作过程中，蒸汽压力一般控制在0.02MPa(表压)以下，否则可能造成玻璃管爆 裂和填料损坏。 4.确定各参数时，必须是在稳定传热状态下，随时注意情气的排空和压力表读数的调整。 五、实验报告 根据数据计算不同数据下的K。根据k:≈,得出不同数据下的a空 2 q.(空气) T
5．在做实验前，应打开冷凝水排水阀 4 将蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水 排除，否则夹带冷凝水的蒸汽会损坏压力表及压力变送器。具体排除冷凝水的方法是：关闭 蒸汽进口阀门，打开装置下面的排冷凝水阀门，让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走，当听到 蒸汽响时关闭冷凝水排除阀，可进行实验。 6．刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽进口阀 3 的阀门大小开度，让蒸汽徐徐流入换 热器中，逐渐加热，由“冷态”转变为“热态”，不得少于 10 分钟，以防止玻璃管因突然受 热、受压而爆裂。 7．当一切准备好后，调节蒸汽进口阀 3 的开度，把蒸汽压力调到 0.01Mpa，并保持蒸 汽压力不变。 （可通过调节排不宁性气体阀以及蒸汽进口阀 3 配合来实现。） 8．流量调节： （1）手动调节 1：可通过调节空气的进口阀 1 手动调节空气流流量，改变冷流体的流 量到一定值，等稳定后记录实验数据。 9．记录 5 到 7 组实验数据，完成实验，关闭蒸汽进口阀与冷流体进口阀，关闭仪表电 源和风机的电源。 10．关闭蒸汽发生器。 （二）注意事项 1．先打开排冷凝水的阀，注意只开一定的开度，开的太大会让换热桶里的蒸汽跑掉， 关的太小会使换热玻璃管里的蒸汽压力集聚而产生玻璃管炸裂。 2．一定要在套管换热器内管输以一定量的冷流体后，方可开启蒸汽阀门，且必须在排 除蒸汽管线上原先积存的凝结水后，方可把蒸汽通入套管换热器中。 3．刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐加热， 由“冷态”转变为“热态”，不得少于 10 分钟，以防止玻璃管因突然受热、受压而爆裂。 3．操作过程中，蒸汽压力一般控制在 0.02MPa（表压）以下，否则可能造成玻璃管爆 裂和填料损坏。 4.确定各参数时，必须是在稳定传热状态下，随时注意惰气的排空和压力表读数的调整。 五、实验报告 根据数据计算不同数据下的 Ki。根据 k1≈α空，得出不同数据下的α空。 1 2 3 4 5 qv(空气) T1
a空
T2 t1 t2 α空