1、 1 化工化工实验实验传热传热装置装置性能的性能的测试测试 摘要：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。 关键词关键词：光滑管；强化管；传热准数关联式；测试 前言前言 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
2、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=0.023Re 0.8Pr0.41，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
3、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、一、 实验装置与测试实验装置与测试方案方案： 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。 m BNuRe 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
4、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 操作电压 200 伏 操作电流 10 安 实验实验测试测试方案方案： 光滑管强制对流公认的关联式为 Nu=0.023Re 0.
5、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 Pr 0.4当作定值。因 此强制对流公认的关联式简化为：Nu=0.0199Re 0.8。 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=0.0199Re 0.8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 4.75Kpa-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
6、 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 1-2 热电阻插入深度详图 二、二、实验实验测试测试过程：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
