一、实验目的
⒈了解套管换热器的结构。
⒉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 的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m的值。 二、 实验原理
2.1 对流传热系数的测定
在该传热实验中，空气走内管，蒸气走外管。
对流传热系数可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定
（1）
式中：—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；
—内壁面与流体间的温差，℃。
由下式确定： （2）
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。
管内换热面积： （3）
式中：di—内管管内径，m；
Li—传热管测量段的实际长度，m。
文具盒生产过程
由热量衡算式：
（4）
（5）
式中：—冷流体在套管内的平均体积流量，m3 / h；
—冷流体的定压比热，kJ / (kg·℃)；
—冷流体的密度，kg /m3。
和可根据定性温度tm查得，为冷流体进出口平均温度。t1，t2， tw，可采取一定的测量手段得到。
2.2 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
. （6）
其中：， ，
物性数据、、、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，普兰特准数变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为：
（7）
这样通过实验确定不同流量下的与，然后用线性回归方法确定A和m的值。
2.3 实验的测量手段
⑴ 空气流量的测量
空气流量计由孔板与差压变送器和二次仪表组成。该孔板流量计在20℃时标定的流量和压差的关系式为：
（8）
流量计在实际使用时往往不是20℃，此时需要对该读数进行校正：
（9）
式中：—孔板流量计两端压差，KPa；
—20℃时体积流量， m3/h；
—流量计处体积流量，也是空气入口体积流量，m3/h；
—流量计处温度，也是空气入口温度，℃。
由于换热器内温度的变化，传热管内的体积流量需进行校正：
（10）
—传热管内平均体积流量，m3/h；
—传热管内平均温度，℃。
⑵ 温度的测量
空气进出口温度采用电偶温度计测得，由多路巡检表以数值形式显示（1—普通管空气进口温度；2—普通管空气出口温度；3—强化管空气进口温度；4—强化管空气出口温度；）。壁温采用热电偶温度计测量，光滑管的壁温由显示表的上排数据读出，强化管的壁温由显示表的下排数据读出。
⑶ 电加热釜
是产生水蒸汽的装置，使用体积为7升,内装有一支2.5kw的螺旋形电热器，当水温为30℃时，用(120—180)伏电压加热，约15分钟后水便沸腾，为了安全和长久使用，建议最高加热(使用)电压不超过200伏(由固态调压器调节)。 ⑷ 气源(鼓风机)
又称旋涡气泵，XGB─2型，由无锡市仪表二厂生产，电机功率约0.75 KW（使用三相电源），在本实验装置上，产生的最大和最小空气流量基本满足要求，使用过程中，输出空气的温度呈上升趋势。
三、实验装置
3.1 设备主要技术数据见表1
表1 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水泥浆搅拌机） | 1.20 |
强化内管内插物 （螺旋线圈）尺寸 | 丝径h（mm） | 1 |
节距H（mm） | heff40 |
加热釜 | 操作电压 | ≤200伏 |
操作电流 | ≤10安 |
| | | 微型电磁泵 |
3.2 电池充电座实验流程如图2所示
图2 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图
1-液位管;；2-储水罐；3-排水阀；4-蒸汽发生器；5-强化套管蒸汽进口阀；
6-普通套管蒸汽进口阀；7-普通套管换热器；8-内插有螺旋线圈的强化套管换热器;9-普通套管蒸汽出口；10-强化套管蒸汽出口;11-普通套管空气进口阀；12-强化套管空气进口阀、13-孔板流量计；14-空气旁路调节阀；15-旋涡气泵加水口；
四、实验方法及步骤
⒈ 实验前的准备，检查工作。
⑴ 向储水罐中加水至液位计上端处。
⑵ 检查空气流量旁路调节阀是否全开。
⑶ 检查蒸气管支路各控制阀是否已打开。保证蒸汽和空气管线的畅通。
⑷ 接通电源总闸，设定加热电压，启动电加热器开关，开始加热。
2. 实验开始.
⑴ 关闭通向强化套管的阀门5，打开通向简单套管的阀门6，当简单套管换热器的放空口9
有水蒸气冒出时，可启动风机，此时要关闭阀门12，打开阀门11。在整个实验过程中始终保持换热器出口处有水蒸气冒出。
⑵ 启动风机后用放空阀14来调节流量，调好某一流量后稳定3-8分钟后，分别测量空气的流量，空气进、出口的温度及壁面温度。然后，改变流量测量下组数据。一般从小流量到最大流量之间，要测量5～6组数据。
⑶ 做完简单套管换热器的数据后，要进行强化管换热器实验。先打开蒸汽支路阀5，全部打开空气旁路阀14，关闭蒸汽支路阀6，打开空气支路阀12,关闭空气支路阀11，进行强化管传热实验。实验方法同步骤⑵。
⒊ 实验结束后，依次关闭加热电源、风机和总电源。一切复原。
五、实验注意事项
⒈ 检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常范围内。特别是每个实验结束后，进行下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。
⒉ 必须保证蒸汽上升管线的畅通。即在给蒸汽加热釜电压之前，两蒸汽支路阀门之一必须全开。在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭阀门必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。
⒊ 必须保证空气管线的畅通。即在接通风机电源之前，两个空气支路控制阀之一和旁路调节阀必须全开。在转换支路时，应先关闭风机电源，然后开启和关闭支路阀。
⒋ 调节流量后，应至少稳定3~8分钟后读取实验数据。
⒌ 实验中保持上升蒸汽量的稳定，不应改变加热电压，且保证蒸汽放空口一直有蒸汽放出。
六、原始数据记录
表2：原始数据记录表
No.序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
流量（Kpa) | | | | | | |
T1(℃） | | | | | | |
ρT1(Kg/m^3) | | | | | | |
T2(℃） | | | | | | |
Tw(℃） | | | | | | |
定性温度at(℃） | | | | | 流程工业在线 | |
ρat(kg/m^3) | | | | | | |
λat*100 | | | | | | |
Cp at | | | | | | |
μat*10000 | | | | | | |
空气温升dt(℃) | | | | | | |
平均温差dat(℃） | | | | | | |
Vt1(m^3/h) | | | | | | |
V(m^3/h) | | | | | | |
u(m/s) | | | | | | |
qc(W) | | | | | | |
（W/m2·℃） | | | | | | |
Re | | | | | | |
Nu | | | | | | |
Nu/(Pr^0.4) | | | | | | |
| | | | | | |
七、实验报告要求
1、 将实验数据及数据结果整理列表。
2、准数关联式回归过程、结果与具体的回归方差分析，并以其中一组数据计算举例。（在双对数坐标系中绘制Nu ～Re的关系图，求出准数关联式中的常数A和m。）
3、将实验结果与经验公式相比较进行分析。
4、思考题
（1）、本实验中空气和蒸气的流向．对传热效果有什么影响?
（2）、在汽－气对流实验中，采用同一换热器，在流体流量及进口温度均不发生变化的时候，两种流体流动方式由逆流改为并流，总传热系数是否发生变化？为什么？
（3）、在汽－气对流实验中，测定的壁面温度是接近空气侧的温度，还是接近蒸汽侧的温度？为什么？
（4）、环隙间饱和蒸汽的压强发生变化．对管内空气传热膜系数的测越是否会发生影响?
