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化工实验传热装置性能的测试

摘要:对化工实验室新购传热设备进行数据收集和性能测试,并对二套实验装置的光滑管、强化管测取的数据进行处理、分析。
关键词:光滑管;强化管;传热准数关联式;测试
前言
传热实验是化工基础实验课通常开设的实验项目,该实验的目的是通过测取空气-蒸汽强制对流的一系列实验数据,运用非线性型回归的分析方法,从测取的实验数据整理出传热准数关联式,并且确定常数B,m值。
目前国内包括传热实验装置在内的化工实验装置的制作没有全国通用的行业标准,实验装置的设施配备大都由制作单位自行确定,实验装置的性能亦有很大的区别,因此这些非标准的设备在正式使用前进行全面的性能测试非常必要的。
本文测试的化工实验室2套传热实验装置是从天津大学化工基础实验中心新购,均设置有光滑管与螺旋管换热器,螺旋管换热器的结构形式为内管插入螺旋线圈的方式,测试目的是探索2套传热实验装置最佳的工作条件。
文献上光滑管作强制对流传热公认的关联式为Nu=[1],本文主要测试加热电压、空气初始流量,空气出口处热电阻的位置等因素考察对光滑管作强制对流传热公认的关联式的偏离程度,通过数据整理出的传热准数关联式与文献值作比较得出光滑和强化套管换热器最佳的工作条件. 强化管即螺旋管换热器是通过内管插入螺旋线圈来强化传热的,文献上没有统一的传热准数关联式,在本实验中作单纯作为测试传热强化手段的强化效果。本文就是为这套实验设备较全面的性能测试,为以后实验教学提供参考。
实验装置与测试方案:
需要测试的传热2套传热实验装置均是以空气和水蒸汽为介质,每套单独设置对流换热的简单套管换热器和强化内管的套管换热器。实验装置简图见图
1-1,及装置的有关技术参数见表1-1。

图1-1传热试验装置流程图
普通套管换热器;2、内插有螺旋线圈的强化套管换热器;3、蒸汽发生器;4、旋涡气泵;5、旁路调节阀;6、孔板流量计;8、9空气支路控制阀;10、11、蒸汽支路控制阀;12、13、蒸汽放空口;14、蒸汽上升主管路;15、加水口;16、放水口;17、液位计;18、冷凝液回流口
表1-1 传热管参数; 实验装置结构参数
实验内管内径di(mm)

实验内管外径do(mm)

实验外管内径Di(mm)
50
实验外管外径Do(mm)

测量段(紫铜内管)长度l(m)

强化内管内插物
(螺旋线圈)尺寸
丝径h(mm)
1
节距H(mm)
40
加热釜
操作电压
≤200伏
操作电流
≤10安
实验测试方案:
光滑管强制对流公认的关联式为Nu=,关联式中普兰特常数Pr变化不大,,。因此强制对流公认的关联式简化为:Nu=。
对实验装置的加热电压、空气初始流量,空气出口热电阻插入深度等因素在可测取的范围内考查传热关联式指数m、系数B与强制对流简化关联式的Nu=。以下是本实验测试换热性能方案:-(空气最大流量),- ,-;-(空气最大流量),-,-;加热电压分为160V,165V,170V,175V,180V;空气出口处热电偶插入深度分别为5厘米,,4厘米,,3厘米,,2厘米,,1厘米。
空气出口处热电阻插入深度为热电阻端点和出口中心处的位置,如下图2
图1-2热电阻插入深度详图
二、实验测试过程:
实验装置是数字化传热实验装置,准备工作完毕按照实验测试方案用电脑自动收集数据,-(空气最大最大流量),出口处热电阻插入深度5厘米,按160v ,165v,170v,175v加热电压收集10组数据,改变空气初始流量分别记录对应进口温度,出口温度,管壁温度。-。
由测取数据和有关计算公式计算出努塞尔准数Nu和雷诺数Re。
(1)空气流过测量段上平均体积( m3/h)的计算:
孔板流量计体积流量:
(2)传热管内平均体积流量

管平均流速
(3)传热准数:
(4)雷诺准数:
(5)作图、回归得到准数关联式中的系数。
三、实验结果与处理分析:
-光滑管:
需要测试的设备有2套,