KH-HG16化工传热综合实验装置实验目的：

1.通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数αi的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。

2.通过对管程内部插有螺旋线圈的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究， 掌握对流传热系数的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。

3.学会并应用线性回归分析方法，确定传热管关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m数值，强化管关联式Nu0=BRemPr0.4中B和m数值。

4.根据计算出的Nu、Nu0求出强化比，比较强化传热的效果，加深理解强化传热的基本理论和基本方式。

KH-HG16化工传热综合实验装置实验内容：

1.测定5-6组不同流速下简单套管换热器的对流传热系数a。

2.测定5-6组不同流速下强化套管换热器的对流传热系数a。

3.对实验数据进行线性回归，确定关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m的数值。

4.通过关联式Nu=ARemPr0.4计算出Nu、Nu0，并确定传热强化比Nu/Nu0。

KH-HG16化工传热综合实验装置实验原理：

1.普通套管换热器传热系数测定及准数关联式的确定：

（1）对流传热系数a的测定：

对流传热系数a可以根据牛顿冷却定律，通过实验来测定。

    （1）

      （2）

式中：a—管内流体对流传热系数，W/(m2·℃)；

Qi—管内传热速率，W；

Si—管内换热面积，m2；

tm—管内平均温度差，℃。

平均温度差由下式确定：（3）

式中：t—冷流体的入口、出口平均温度，℃；tw—壁面平均温度，℃；

因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用tw 来表示，由于管外使用蒸汽，所以tw近似等于热流体的平均温度。

管内换热面积：（4）

式中：di—内管管内径，m；Li—传热管测量段的实际长度，m。

由热量衡算式：（5）

其中质量流量由下式求得：（6）

式中：Vi—冷流体在套管内的平均体积流量，m3/h；

cPi—冷流体的定压比热，kJ/(kg·℃)；

ρi—冷流体的密度，kg /m3。

cPi和ρi可根据定性温度tm查得，

tm为冷流体进出口平均温度。

ti1，ti2， tw， Vi可采取一定的测量手段得到。

（2）对流传热系数准数关联式的实验确定：

流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为：（7）

物性数据λi、cpi、ρi、μi可根据定性温度tm查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pri变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为：（8）

这样通过实验确定不同流量下的Rei与Nu，然后用线性回归方法确定A和m的值。

2.强化套管换热器传热系数、准数关联式及强化比的测定：

强化传热技术，可以使初设计的传热面积减小，从而减小换热器的体积和重量，提高了现有换热器的换热能力，达到强化传热的目的。同时换热器能够在较低温差下工作，减少了换热器工作阻力，以减少动力消耗，更合理有效地利用能源。强化传热的方法有多种，本实验装置采用了多种强化方式，具体见下表。

其中螺旋线圈的结构图如图-1所示，螺旋线圈由直径3mm以下的铜丝和钢丝按一定节距绕成。将金属螺旋线圈插入并固定在管内，即可构成一种强化传热管。在近壁区域，流体一面由于螺旋线圈的作用而发生旋转，一面还周期性地受到线圈的螺旋金属丝的扰动，因而可以使传热强化。由于绕制线圈的金属丝直径很细，流体旋流强度也较弱，所以阻力较小，有利于节省能源。螺旋线圈是以线圈节距H与管内径d的比值以及管壁粗糙度（2d/h）为主要技术参数，且长径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素。

科学家通过实验研究总结了形式为Nu=ARem的经验公式，其中A和m的值因强化方式不同而不同。在本实验中，确定不同流量下的Rei与Nu，用线性回归方法可确定B和m的值。

单纯研究强化手段的强化效果（不考虑阻力的影响），可以用强化比的概念作为评判准则，它的形式是：Nu/Nuo，其中Nu是强化管的努塞尔准数，Nu0是普通管的努塞尔准数，显然，强化比Nu/Nuo＞1，而且它的值越大，强化效果越好。需要说明的是，如果评判强化方式的真正效果和经济效益，则必须考虑阻力因素，阻力系数随着换热系数的增加而增加，从而导致换热性能的降低和能耗的增加，只有强化比较高，且阻力系数较小的强化方式，才是最佳的强化方法。

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