主頁 > 技術(shù)文章 > 化工傳熱實驗裝置使用說明書 2024-09-05

化工傳熱實驗裝置使用說明書

一、概述
熱力學(xué)第二定律指出：無論是氣體、液體還是固體，都存在著溫度差異，就必然導(dǎo)致熱量自發(fā)地從高溫向低溫傳遞，這一過程被稱為熱量傳遞過程，簡稱傳熱。用于冷熱流體進(jìn)行熱量交換的設(shè)備稱為換熱器。
傳熱在工程技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，在動力、化工、制冷、建筑、機械制造、新能源和宇航等工程中，都占有十分重要的地位。因此，了解傳熱過程的基本原理及傳熱設(shè)備（即換熱器）的結(jié)構(gòu)性能具有極其重要的意義。
換熱器是由各種不同的傳熱元件組成的換熱設(shè)備，冷熱流體借助換熱器中的傳熱元件進(jìn)行熱量交換而完成加熱或冷卻任務(wù)。換熱器的傳熱系數(shù)是衡量換熱器的換熱效果好壞的標(biāo)準(zhǔn)，不同傳熱元件組成的換熱器的性能存在著較大的差異。確定換熱器換熱性能（主要是指傳熱系數(shù)）的有效途徑是通過實驗進(jìn)行測定。
二、強化套管換熱器實驗簡介
強化傳熱又被學(xué)術(shù)界稱為第二代傳熱技術(shù)，它能減小初設(shè)計的傳熱面積，以減小換熱器的體積和重量；提高現(xiàn)有換熱器的換熱能力；使換熱器能在較低溫差下工作；并且能夠減少換熱器的阻力以減少換熱器的動力消耗，更有效地利用能源和資金。強化傳熱的方法有多種，本實驗裝置是采用在換熱器內(nèi)管插入螺旋線圈的方法來強化傳熱的。
螺旋線圈的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，螺旋線圈由直徑3mm以下的銅絲和鋼絲按一定節(jié)距繞成。將金屬螺旋線圈插入并固定在管內(nèi)，即可構(gòu)成一種強化傳熱管。在近壁區(qū)域，流體一面由于螺旋線圈的作用而發(fā)生旋轉(zhuǎn)，一面還周期性地受到線圈的螺旋金屬絲的擾動，因而可以使傳熱強化。由于繞制線圈的金屬絲直徑很細(xì)，流體旋流強度也較弱，所以阻力較小，有利于節(jié)省能源。螺旋線圈是以線圈節(jié)距H與管內(nèi)徑d的比值技術(shù)參數(shù)，且長徑比是影響傳熱效果和阻力系數(shù)的重要因素。科學(xué)家通過實驗研究總結(jié)了形式為

的經(jīng)驗公式，其中B和m的值因螺旋絲尺寸不同而不同。
單純研究強化手段的強化效果（不考慮阻力的影響），可以用強化比的概念作為評判準(zhǔn)則，它的形式是：

，其中Nu是強化管的努塞爾準(zhǔn)數(shù)，Nu0是普通管的努塞爾準(zhǔn)數(shù)，顯然，強化比

＞1，而且它的值越大，強化效果越好。

圖1 螺旋線圈內(nèi)部結(jié)構(gòu)
三、設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)：
1、傳熱管參數(shù):
實驗裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)

實驗內(nèi)管內(nèi)徑di（mm）			20.0
實驗內(nèi)管外徑do（mm）			22.0
實驗外管內(nèi)徑Di（mm）			53.0
實驗外管外徑Do（mm）			57.0
測量段（紫銅內(nèi)管）長度l（m）			1.00
強化內(nèi)管內(nèi)插物（螺旋線圈）尺寸		絲徑h（mm）	1
		節(jié)距H（mm）	40
加熱釜	操作電壓		≤200伏
	操作電流		≤10安

2、蒸發(fā)器為不銹鋼制成，最大加熱功率為2KW。其上裝有液位計，正常液位要維持在2/3處，最多加至液位計所能指示的范圍最高處。必要時加水，以免電熱管干燒（加水時需注意水位超過液位計指示時仍往蒸發(fā)器內(nèi)加水，液位計將無法顯示液位）。其表面也包有保溫層。
3、風(fēng)機為旋渦風(fēng)機，輸入功率為550W轉(zhuǎn)速為 2800/min,風(fēng)量為95m3/h。
4、溫度儀表：本裝置上配置一塊AI-518溫度控制儀表，一塊AI-702M溫度巡檢儀和一塊AI-704M溫度巡檢儀，AI-518溫度控制儀表用于控制蒸發(fā)器溫度，一塊AI-702M和一塊AI-704M溫度顯示儀可以直接顯示所對應(yīng)各點的溫度。
6、開關(guān)、指示燈按下開關(guān)指示燈亮表明對應(yīng)的工作正在運行，關(guān)閉時則按開關(guān)上箭頭的方向旋轉(zhuǎn)即可。
四、實驗流程圖

五、實驗?zāi)康?/strong>
熟悉傳熱實驗的實驗方案設(shè)計及流程設(shè)計。
了解換熱器的基本構(gòu)造與操作原理。
掌握熱量衡算與傳熱系數(shù)K及對流傳熱膜系數(shù)α的測定方法。
了解強化傳熱的途徑及措施。
掌握熱電偶的測溫原理及電位差計的使用。
六、實驗原理
傳熱實驗是在實驗室條件下的教學(xué)實驗，用儀表考察冷熱流體在套管式換熱器中的傳熱過程，其理論基礎(chǔ)是傳熱基本方程牛頓冷卻定律及熱量平衡關(guān)系。

實驗中冷流體采用空氣，熱流體采用水蒸汽。通過測取冷熱流體在換熱器進(jìn)出口的流量及溫度變化來進(jìn)行總傳熱系數(shù)K對流傳熱膜系數(shù)與相關(guān)準(zhǔn)數(shù)關(guān)系的測定。
七、實驗步驟及注意事項
1.實驗前的準(zhǔn)備,檢查工作.
(1) 向電加熱釜加水至液位計2/3處。
(2) 檢查普通管支路各控制閥是否已打開。保證蒸汽和空氣管線的暢通。
(3) 接通電源總閘，設(shè)定加熱電壓，啟動電加熱器開關(guān)，開始加熱。
2. 實驗開始.
(1)一段時間后水沸騰,水蒸汽自行充入普通套管換熱器外管，觀察蒸汽排出口有恒量蒸汽排出，標(biāo)志著實驗可以開始。
(2) 約加熱十分鐘后,可提前啟動鼓風(fēng)機,保證實驗開始時空氣入口溫度t(℃)比較穩(wěn)定。
(3) 調(diào)節(jié)空氣流量旁路閥的開度,使壓差計的讀數(shù)為所需的空氣流量值(當(dāng)旁路閥全開時,通過傳熱管的空氣流量為所需的最小值,全關(guān)時為最大值)。
(4)穩(wěn)定5-8分鐘左右可轉(zhuǎn)動各儀表選擇開關(guān)讀取各數(shù)值。(注意：第1個數(shù)據(jù)點必須穩(wěn)定足夠的時間)
(5) 重復(fù)(3)與(4)共做3-5個數(shù)值。
(6) 最小,最大流量值一定要做。
(7) 整個實驗過程中,加熱電壓可以保持(調(diào)節(jié))不變,也可隨空氣流量的變化作適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。
3．轉(zhuǎn)換支路，重復(fù)步驟2的內(nèi)容，進(jìn)行強化套管換熱器的實驗。測定3-5組實驗數(shù)據(jù)。
4．實驗結(jié)束.
(1)關(guān)閉加熱器開關(guān)。
(2) 過10分鐘后關(guān)閉鼓風(fēng)機,并將旁路閥全開。
(3) 切段總電源
(4) 若需幾天后再做實驗,則應(yīng)將電加熱釜中的水放干凈。
注意事項：
1．熱球風(fēng)速儀在測量時才抽出探頭，停止實驗時則應(yīng)將探頭關(guān)好，一定要注意不能損壞探頭內(nèi)的鉑絲等重要測量元件。
2．檢查蒸汽加熱釜中的水位是否在正常范圍內(nèi)。特別是每個實驗結(jié)束后，進(jìn)行下一實驗之前，如果發(fā)現(xiàn)水位過低，應(yīng)及時補給水量。
3．必須保證蒸汽上升管線的暢通。即在給蒸汽加熱釜電壓之前，兩蒸汽支路控制閥之一必須全開。在轉(zhuǎn)換支路時，應(yīng)先開啟需要的支路閥，再關(guān)閉另一側(cè)，且開啟和關(guān)閉控制閥必須緩慢，防止管線截斷或蒸汽壓力過大突然噴出。
4．必須保證空氣管線的暢通。即在接通風(fēng)機電源之前，兩個空氣支路控制閥之一和旁路調(diào)節(jié)閥必須全開。在轉(zhuǎn)換支路時，應(yīng)先關(guān)閉風(fēng)機電源，然后開啟和關(guān)閉控制閥。
5. 實驗操作時應(yīng)注意安全，防止觸電和燙傷。
6.測量時應(yīng)逐步加大氣相流量，記錄數(shù)據(jù)。否則實驗數(shù)值誤差較大。
實驗數(shù)據(jù)整理及要求

序號流量(m3/h) 氣體入口T(℃) 氣體出口T(℃) 蒸汽入口T(℃) 蒸汽出口T(℃) (℃)

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