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1、套管换热器液-液热交换系数及膜系数的测定一、实验目的1. 加深对传热过程基本原理的理解;2. 了解传热过程的实验研究方法。二、实验原理冷热流体通过固体壁所进行的热交换过程， 先由热流体把热量传递给固体壁 面，然后由固体壁面的一侧传向另一侧， 最后再由壁面把热量传给冷热流体。 热 交换过程即给热-导热-给热三个串联过程组成。若热流体在套管换热器的管内流过， 而冷流体在管外流过，设备两端测试点 上的温度如图所示。则在单位时间内热流体向冷流体传递的热量， 可由热流体的 热量衡算方程表示：(1)= ms CP (T- T2)(2)就整个热交换而言，有传热速率基本方程经过数学处理，得计算式Q 二 KA
2、Tm平均温度差可按下式计算:汀_汀2In( " / ：T2)汀2由(1)和(2)联立，可得传热总系数计算式:msCp® -T2)Am(5)就固体壁面两侧的给热过程来说，给热速率基本方程为：Q - J1 A (T - TW ) '''(6)Q = - 2 Aw (Tw _T )根据热交换两端的边界条件，经数学推导，可得管内给热过程的速率计算式:Q -：»AwlTw(7)热流体与管内面之间的平均温度差可按下式计算:Ti Twi2 W 2T1 -'TW1T2 -TW2(T1 -'Twi) -'(T2 -'TW2)l
3、n(T1 'TW1 )/(T2 'TW2 )'(T1 'TW1) (T2 'TW2) Vn =由（1）和（7）联立可得管内传热膜系数的计算式:(9)ms CP (T1 - T2 )AW1 匚 Tm同理可得到管外给热过程的传热膜系数的公式。流体在圆形直管内作强制对流时，传热膜系数a与各项影响因素（管内径、流速、流体密度、流体黏度、定亚比热容和流体导热系数）之间的关系可关联成 如下准数式：Nu =aRemPrn ; Nu=ad/ ; Re = duJi ; Pr=Cp/上式中系数a和指数m,n的具体数值需要通过实验来测定，则传热膜系数可由上 式计算。例如：当
4、流体在圆形直管内作强制湍流时，Re 10000, P 0.7 160, 1/d50则流体被冷却时，a值可按下式计算：Nu = 0.023Re0'8 Pr0'3 ; a = 0.023(du-) 0'8(C)0'3d九流体被加热时，a值可按下式计算：0 8 0 4丸 du° 0 8 Cp» 0 4Nu =0.023Re - Pr -; a =0.023() - (M 'd 4 k当流体在套管环隙内作强制湍流时，上列各式中d用当量直径de替代即可。各项物性常数均取流体进出口平均温度下的数值。冷流体冷流体图1套管热交换器两端测试点的温度三、
5、实验装置及流程1恒温水槽2.搅拌桨7.冷阱3 循环水泵4.转子流量计5 冷水阀门6.高位稳压水槽四、实验步骤实验前准备工作（1）向恒温循环水槽中灌入蒸馏水或软水，直至溢流管有水溢出为止。（2）开启并调节通往高位稳压水槽的自来水阀门，使槽内充满水，并由溢流管 有水流出。（3）将冰碎成细粒，放入冷阱中并掺入少许蒸馏水，使之成粥状。将热电偶冷 接触点插入冰水中，盖严盖子。（4）将恒温水槽的温度定为55E，启动恒温水槽的电热器，等温度到达后即可 开始实验。（5）实验前需要准备好热水转子流量计的流量标定曲线和热电偶分度表。实验操作步骤1 开启冷水阀门，测定冷水流量，实验过程中保持恒定。2 启动循环水泵，
6、开启并调节热水阀门使流量在 60250Lh-1范围内选取若干流 量值（一般不少于 6 组数据）进行实验测定。3每调节一次热水流量， 待流量和温度都恒定后再通过开关依次测定各点温度。 实验注意事项：（1）开始实验时，必须先向换热器通冷水，然后再启动热水泵。停止实验时， 必须先停热电器，待热交换器管内存留热水被冷却后，再停水泵并停止通冷水。（2）启动恒温水槽的电热器之前，必须先启动循环泵使水流动。（3）在启动循环泵之前，必须先将热水调节阀门关闭，待泵运行正常后，再徐 徐开启调节阀。（ 4）每改变一次热水流量，一定要等传热过程稳定之后，才能测数据。每测一 组数据最好多重复几次。 当流量和各点温度数值
7、恒定后， 表明过程已达稳定状态。 实验内容：1测定套管换热器的传热总系数 K； 2测定流体在圆管内作强制湍流时的传热膜系数 h。五、实验记录 1记录实验设备基本参数（1）内管基本参数：外径： d= mm;壁厚：（=mm;测试段长： L=mm（2）套管基本参数：外径： d'=mm;壁厚：S=mm；（3）流体流通的横截面积内管横截面积： S=mm环隙横截面积： S'=mm（4）热交换面积： 内管内壁表面积： AW= 内管外壁表面积： AW'= 平均热交换面积： A=2 实验数据记录序 号冷水流量热水流量温度备注测试截面I测试截面nmsmsTiTwiTiT2Tw2T2kg s
8、-1kg s-CCcCCC12345673 实验数据整理(1)总传热系数序 号管内流速液体间 温度差传热速率总传热系数备 注uAT iAT2AT mQKm-sKKKWW-m K1234567(2)传热膜系数序 号管内流速流体与壁面温差传热速率传热膜系数备 注uT1-T W1T 2-T W2AT mQa-1 m-sKKK-2 -1W- m 2 K 1-2-1W- m 2 K 11234567(3)传热膜系数的关联式序 号管内流体 平均温度流体 密度流体 黏度流体导热 系数管内 流速传热膜系 数雷 诺 准 数努赛 尔准 数普兰 特准 数(T1+T2)/2 :P入uaReNuPr 1Kkg m-3Pa sW- m-1 K-1-1 m sW- m-1 K-11234567然后，按如下方法和步骤估计参数: 水平管内传热膜系数的准数关联式:在实验测定温度范围内， 项合并。Nu =aRemPrnPr数值变化不大，可取其平均值并将Prn视为定值与a上式两边取对数，Nu 二 ARem lgNu 二 mlgRe lgA因此，可将Nu和Re实验数据，直接在双对数坐标纸上进行标绘，由实验曲线 的斜率和截距估计参数 A和m或者用最小二乘法进行线性回归，估计参数 A和m。取Pr为定值，且n=0.3，由A计算得到a值，列出：A=m= a=