1、 1 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
2、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=0.023Re0.8Pr0.41， 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
3、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。 一、 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。 mBNu Re 2 图 1-1 传热试验装置 流程图 1、 普通套管换热器； 2、内插有螺旋线圈的强化套管换热
4、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） 20.00 实验内管外径 do（ mm） 22.0 实验外管内径 Di（ mm） 50 实验外管外径 Do（ mm） 57.0 测量段（紫铜内管）长度 l（ m） 1.20 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
5、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=0.023Re0.8Pr0.4， 关联式 中普兰特常数 Pr 变化不大，传热管测量段上空气的 Pr 平均值为 0.865，可把 Pr0.4当作定值。因此强制对流 公认的关联式 简化为： Nu=0.0199Re0.8。 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 3 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=0.0199Re0.8偏离程度。 以下是本实验 测试换热性能 方案 ： 空气 初始 流量光滑管范围分为 4.
6、75Kpa-4.79Kpa （ 空 气 最 大 流 量 ）， 2.30Kpa-2.32Kpa ，1.12Kpa-1.14Kpa 逐步减小；强化管空气 初始 流量范围 2.45Kpa-2.49Kpa（空气最大 流 量 ）， 1.20Kpa-1.27Kpa ， 0.55Kpa-0.59Kpa 逐步减小 ； 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， 4.5 厘米，4 厘米， 3.5 厘米， 3 厘米， 2.5 厘米， 2 厘米， 1.5 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
7、 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， 首先在 传热 实验 装置 A 空气 初始 流量 为 4.75Kpa-4.79Kpa（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。 空气 初始 流量 一直做到 流量为 1.12Kpa-1.14Kpa 为止 。 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： 10012ttPAcV （ 2） 传热管内平均体积流量 mBNu ReV
