空氣蒸汽給熱系數(shù)的測定ppt課件

空氣蒸汽給熱系數(shù)的測定 1 一 實驗?zāi)康?了解間壁式傳熱元件 掌握給熱系數(shù)測定的實驗方法 掌握熱電阻測溫的方法 觀察水蒸氣在水平管外壁上的冷凝現(xiàn)象 學會給熱系數(shù)測定的實驗數(shù)據(jù)處理方法 了解影響給熱系數(shù)的因素和強化傳熱的途徑 2 二 基本原理 在工業(yè)生產(chǎn)過程中 冷 熱流體系通過固體壁面 傳熱元件 進行熱量交換 稱為間壁式換熱 如圖 4 1 所示 間壁式傳熱過程由熱流體對固體壁面的對流傳熱 固體壁面的熱傳導(dǎo)和固體壁面對冷流體的對流傳熱所組成 3 達到傳熱穩(wěn)定時 有 Q 傳熱量 J s m1 熱流體的質(zhì)量流率 kg s cp1 熱流體的比熱 J kg T1 熱流體的進口溫度 T2 熱流體的出口溫度 m2 冷流體的質(zhì)量流率 kg s cp2 冷流體的比熱 J kg t1 冷流體的進口溫度 t2 冷流體的出口溫度 1 熱流體與固體壁面的對流傳熱系數(shù) W m2 A1 熱流體側(cè)的對流傳熱面積 m2 熱流體與固體壁面的對數(shù)平均溫差 2 冷流體與固體壁面的對流傳熱系數(shù) W m2 A2 冷流體側(cè)的對流傳熱面積 m2 固體壁面與冷流體的對數(shù)平均溫差 K 以傳熱面積A為基準的總給熱系數(shù) W m2 冷熱流體的對數(shù)平均溫差 4 熱流體與固體壁面的對數(shù)平均溫差可由下式計算 式中 TW1 冷流體進口處熱流體側(cè)的壁面溫度 TW2 冷流體出口處熱流體側(cè)的壁面溫度 固體壁面與冷流體的對數(shù)平均溫差可由式 4 3 計算 式中 tW1 冷流體進口處冷流體側(cè)的壁面溫度 tW2 冷流體出口處冷體側(cè)的壁面溫度 5 熱 冷流體間的對數(shù)平均溫差可由下式計算 當在套管式間壁換熱器中 環(huán)隙通以水蒸氣 內(nèi)管管內(nèi)通以冷空氣或水進行對流傳熱系數(shù)測定實驗時 則由式 4 1 得內(nèi)管內(nèi)壁面與冷空氣或水的對流傳熱系數(shù) 6 然而 直接測量固體壁面的溫度 尤其管內(nèi)壁的溫度 實驗技術(shù)難度大 而且所測得的數(shù)據(jù)準確性差 帶來較大的實驗誤差 因此 通過測量相對較易測定的冷熱流體溫度來間接推算流體與固體壁面間的對流給熱系數(shù)就成為人們廣泛采用的一種實驗研究手段 實驗測定 下冷流體對應(yīng)的 換熱面積A 即可由上式計算得總給熱系數(shù)K 并查取 7 1 近似法求算對流給熱系數(shù) 以管內(nèi)壁面積為基準的總給熱系數(shù)與對流給熱系數(shù)間的關(guān)系為 近似法求算對流給熱系數(shù) 8 被忽略的傳熱熱阻與冷流體側(cè)對流傳熱熱阻相比越小 此法所得的準確性就越高 9 2 傳熱準數(shù)式求算對流給熱系數(shù) 對于流體在圓形直管內(nèi)作強制湍流對流傳熱時 若符合如下范圍內(nèi) Re 1 0 104 1 2 105 Pr 0 7 120 管長與管內(nèi)徑之比l d 60 則傳熱準數(shù)經(jīng)驗式為 10 對于水或空氣在管內(nèi)強制對流被加熱時 可將式改寫為 令 11 因此 實驗時測定不同流量所對應(yīng)的 由式求取一系列X Y值 再在X Y圖上作圖或?qū)⑺玫腦 Y值回歸成一直線 該直線的斜率即為m 截距為C 12 任一冷流體流量下的給熱系數(shù) 2 可用下式求得 13 1 冷流體質(zhì)量流量的測定 1 若用轉(zhuǎn)子流量計測定冷空氣的流量 還須用下式換算得到實際的流量 14 2 若用孔板流量計測冷流體的流量 則 式中 V為冷流體進口處流量計讀數(shù) 為冷流體進口溫度下對應(yīng)的密度 15 16 三 實驗裝置與流程 17 2 設(shè)備與儀表規(guī)格 1 紫銅管規(guī)格 直徑 21 2 5mm 長度L 1000mm 2 外套不銹鋼管規(guī)格 直徑 100 5mm 長度L 1000mm 4 鉑熱電阻及無紙記錄儀溫度顯示 5 全自動蒸汽發(fā)生器及蒸汽壓力表 18 四 實驗步驟與注意事項 一 實驗步驟打開控制面板上的總電源開關(guān) 打開儀表電源開關(guān) 使儀表通電預(yù)熱 觀察儀表顯示是否正常 在蒸汽發(fā)生器中灌裝清水 開啟發(fā)生器電源 使水處于加熱狀態(tài) 到達符合條件的蒸汽壓力后 系統(tǒng)會自動處于保溫狀態(tài) 打開控制面板上的風機電源開關(guān) 讓風機工作 同時打開冷流體進口閥 讓套管換熱器里充有一定量的空氣 打開冷凝水出口閥 排出上次實驗殘留的冷凝水 在整個實驗過程中也保持一定開度 注意開度適中 開度太大會使換熱器中的蒸汽跑掉 開度太小會使換熱不銹鋼管里的蒸汽壓力過大而導(dǎo)致不銹鋼管炸裂 19 在通水蒸汽前 也應(yīng)將蒸汽發(fā)生器到實驗裝置之間管道中的冷凝水排除 否則夾帶冷凝水的蒸汽會損壞壓力表及壓力變送器 具體排除冷凝水的方法是 關(guān)閉蒸汽進口閥門 打開裝置下面的排冷凝水閥門 讓蒸汽壓力把管道中的冷凝水帶走 當聽到蒸汽響時關(guān)閉冷凝水排除閥 方可進行下一步實驗 開始通入蒸汽時 要仔細調(diào)節(jié)蒸汽閥的開度 讓蒸汽徐徐流入換熱器中 逐漸充滿系統(tǒng)中 使系統(tǒng)由 冷態(tài) 轉(zhuǎn)變?yōu)?熱態(tài) 不得少于10分鐘 防止不銹鋼管換熱器因突然受熱 受壓而爆裂 上述準備工作結(jié)束 系統(tǒng)處于 熱態(tài) 調(diào)節(jié)蒸汽進口閥 使蒸汽進口壓力維持在0 01MPa 可通過調(diào)節(jié)蒸汽進口閥和冷凝水排空閥開度來實現(xiàn) 自動調(diào)節(jié)冷空氣進口流量時 可通過組態(tài)軟件或者儀表調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速頻率來改變冷流體的流量到一定值 在每個流量條件下 均須待熱交換過程穩(wěn)定后方可記錄實驗數(shù)值 改變流量 記錄不同流量下的實驗數(shù)值 記錄6 8組實驗數(shù)據(jù) 可結(jié)束實驗 先關(guān)閉蒸汽發(fā)生器 關(guān)閉蒸汽進口閥 關(guān)閉儀表電源 待系統(tǒng)逐漸冷卻后關(guān)閉風機電源 待冷凝水流盡 關(guān)閉冷凝水出口閥 關(guān)閉總電源 待蒸汽發(fā)生器內(nèi)的水冷卻后將水排盡 20 二 注意事項先打開冷凝水排空閥 注意只開一定的開度 開的太大會使換熱器里的蒸汽跑掉 開的太小會使換熱不銹鋼管里的蒸汽壓力增大而使不銹鋼管炸裂 一定要在套管換熱器內(nèi)管輸以一定量的空氣后 方可開啟蒸汽閥門 且必須在排除蒸汽管線上原先積存的冷凝水后 方可把蒸汽通入套管換熱器中 剛開始通入蒸汽時 要仔細調(diào)節(jié)蒸汽進口閥的開度 讓蒸汽徐徐流入換熱器中 逐漸加熱 由 冷態(tài) 轉(zhuǎn)變?yōu)?熱態(tài) 不得少于10分鐘 以防止不銹鋼管因突然受熱 受壓而爆裂 操作過程中 蒸汽壓力必須控制在0 02MPa 表壓 以下 以免造成對裝置的損壞 確定各參數(shù)時 必須是在穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下 隨時注意蒸汽量的調(diào)節(jié)和壓力表讀數(shù)的調(diào)整 21 五 實驗數(shù)據(jù)處理及實驗報告 打開數(shù)據(jù)處理軟件 選擇 空氣 蒸汽給熱系數(shù)測定實驗 導(dǎo)入MCGS實驗數(shù)據(jù) 打開導(dǎo)入的實驗 可以查看實驗原始數(shù)據(jù)并記錄 繪制Y mX C曲線 并計算冷流體給熱系數(shù)的實驗值 2冷流體給熱系數(shù)的準數(shù)式 由實驗數(shù)據(jù)作圖擬合曲線方程 確定式中常數(shù)A及m 22 六 思考題 1 實驗中冷流體和蒸