強(qiáng)迫對(duì)流管蔟管外放熱系數(shù)測(cè)試裝置
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中人教儀廠 
-QPGC 強(qiáng)迫對(duì)流管蔟管外放熱系數(shù)測(cè)量試驗(yàn)裝置
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/span>
對(duì)空氣橫向流過(guò)管簇表面時(shí)的平均放熱系數(shù)的測(cè)量試驗(yàn)；按照對(duì)受強(qiáng)迫動(dòng)作放熱過(guò)程的相似解析，將實(shí)驗(yàn)數(shù)值整理成準(zhǔn)則方程式。
二、主要配備：
多翼式低噪音風(fēng)機(jī)，自動(dòng)調(diào)動(dòng)風(fēng)門，結(jié)合式有機(jī)玻璃風(fēng)洞，翅片加熱管，加熱由固態(tài)調(diào)壓模型塊配電位器調(diào)動(dòng)加熱功率（W），數(shù)字顯露電流（A）表、電壓（V）表，翅片管簇順排和叉排結(jié)合，溫度（℃）傳感器，畢托管配差壓傳感器測(cè)量風(fēng)量，16路萬(wàn)能信號(hào)寫入巡檢儀顯露溫度（℃）、阻力、流量，不銹鋼支撐架。
三、技術(shù)功能數(shù)值：
1、寫入電源：一相AC220V±10% 50Hz，功率（W）4.5KW。
2、多翼式低噪音風(fēng)機(jī)功能數(shù)值：風(fēng)量2000 m3/h，風(fēng)壓1000 Pa，功率（W）370W。
3、實(shí)驗(yàn)管尺寸：Φ25×250mm ，材料紫銅管。
4、差壓傳感器：測(cè)量范圍0—1000Pa，精確度0.5級(jí)。
5、實(shí)驗(yàn)風(fēng)道應(yīng)用透明有機(jī)玻璃材料，分為風(fēng)口段，實(shí)驗(yàn)段（實(shí)驗(yàn)段有叉排和順排兩種），測(cè)量試驗(yàn)段等，彼此之間應(yīng)用法蘭連接。
6、溫度（℃）由高精確度溫度（℃）傳感器測(cè)量，萬(wàn)能信號(hào)寫入巡檢儀和高精確度數(shù)字顯露表顯露溫度（℃）、阻力、流速等實(shí)驗(yàn)全部測(cè)量功能數(shù)值，手動(dòng)風(fēng)門調(diào)動(dòng)風(fēng)量。
7、外觀尺寸：2000×500×1700mm，外觀為不銹鋼可位移支撐架，帶雙剎車輪。
強(qiáng)迫對(duì)流管蔟管外放熱系數(shù)測(cè)量試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
1．理解熱工實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)方法和特別點(diǎn)；
2．學(xué)會(huì)翅片管束管外放熱和阻力的實(shí)驗(yàn)研究方法；
3．鞏固和運(yùn)用傳熱學(xué)課堂講授的基礎(chǔ)概念和基礎(chǔ)知識(shí)；
4．培養(yǎng)學(xué)生單獨(dú)實(shí)行科研實(shí)驗(yàn)的能力。
實(shí) 驗(yàn) 內(nèi) 容
1．熟練實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)裝置，學(xué)習(xí)掌控把握正確使用測(cè)溫度（℃）、測(cè)壓差、測(cè)流速、測(cè)熱量等儀表。
2．正確安排實(shí)驗(yàn)，測(cè)取管外放熱和阻力的有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)值。
3．用威爾遜方法整理實(shí)驗(yàn)數(shù)值，求得管外放熱系數(shù)的無(wú)因次關(guān)聯(lián)式，同時(shí)，也將阻力數(shù)值整理成無(wú)因次關(guān)聯(lián)式的形式。
4．對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)成果實(shí)行解析和討論。
實(shí) 驗(yàn) 原 理
1．翅片管是換熱器中常用的一種傳熱元件，由于拓展了管外傳熱面積，故可使光管的傳熱熱阻大大下降，特別適用來(lái)氣體側(cè)換熱的場(chǎng)合。
2．空氣（氣體）橫向流過(guò)翅片管束時(shí)的對(duì)流放熱系數(shù)除了與空氣流速及物性有關(guān)以外，還與翅片管束的一系列幾何因素有關(guān)，其無(wú)因次函數(shù)關(guān)系可表示如下：
Nu=f(Re、Pr、N)
式中：Nu= 為Nusselt數(shù)；
Re==為Reynolds數(shù)；
Pr==為Prandtl數(shù)；
H、δ、B分別為翅片高度、厚度、和翅片間距；
Pt、Pl 為翅片管的橫向管間距和縱向管間距；N為流動(dòng)方向的管排數(shù)；
Do為光管外徑，Um、Gm為最窄流通截面處的空氣流速（m/s）和重量流速。
（kg/m2s） 而且Gm=Um?ρ
λ、ρ、μ、γ、α為氣體的特性值。
此外，放熱系數(shù)還與管束的排列方法有關(guān)，有兩種排列方法，順排和叉排，由于在叉排管束中流體的紊流度較大，故其管外放熱系數(shù)會(huì)高于順流的現(xiàn)象。
對(duì)于特定的翅片管束，其幾何因素全部是固定不變的，這時(shí)，式（1）可簡(jiǎn)化為：
Nu =f（Re、Pr）（2）
對(duì)于空氣，Pr數(shù)可看作常數(shù)，故
Nu =f（Re）（3）
式（3）可表示成指數(shù)方程的形式
Nu =CRen（4）
式中，C、n為實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的系數(shù)和指數(shù)。這一形式的公式只適用來(lái)特定幾何條件下的管束，為了在實(shí)驗(yàn)公式中能反映翅片管和翅片管束的幾何變量的影響，需要分別改變幾何功能數(shù)值實(shí)行實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)值實(shí)行綜合整理。
3．對(duì)于翅片管，管外放熱系數(shù)可以有不一樣的定義公式，可以以光管外表面為基準(zhǔn)定義放熱系數(shù)，也可以以翅片管外表面積為基準(zhǔn)定義。為了研究便利，此處應(yīng)用光管外表面積作為基準(zhǔn)，即：
（5）
式中：Q為總放熱量，（W），n為放熱管子的根數(shù)，πD0 L為一支管的光管換熱面積（m2）,Ta為空氣平均溫度（℃）（℃），Tw0為光管外壁溫度（℃）（℃），此處，的單位為（w/m2?℃）。
4．如何測(cè)求翅片管束平均管外放熱系數(shù)是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。如果直接由式（5）來(lái)測(cè)求，勢(shì)必要測(cè)量管壁平均溫度（℃）Tw0，這是一件很困難的任務(wù)。應(yīng)用一種工程上更通用的方法，即：威爾遜方法測(cè)求管外放熱系數(shù)，這一方法的要點(diǎn)是先測(cè)求出傳熱系數(shù)，然后從傳熱阻中減去已知的各項(xiàng)熱阻，即可間接地求出管外放熱熱阻和放熱系數(shù)。即
（6）
式中：K為翅片管的傳熱系數(shù)，可由實(shí)驗(yàn)求出
（7）
其中：Tv代表管內(nèi)流體的平均溫度（℃）。
是管內(nèi)流體對(duì)管內(nèi)壁的放熱系數(shù)，可由已知的傳熱規(guī)律計(jì)算出來(lái)；Rw由管壁的導(dǎo)熱公式計(jì)算之。
應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)管內(nèi)放熱系數(shù)>>時(shí)，管內(nèi)熱阻將遠(yuǎn)遠(yuǎn)地小于管外熱阻，這時(shí)，的某些計(jì)算誤差將不會(huì)明顯地影響管外放熱系數(shù)的大小。
5．為了保證有足夠大的數(shù)值，一般實(shí)驗(yàn)管內(nèi)需應(yīng)用蒸汽冷凝放熱的換熱方法。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，應(yīng)用簡(jiǎn)易熱管作為傳熱元件，將實(shí)驗(yàn)的翅片管，做成簡(jiǎn)易熱管的冷凝段，即簡(jiǎn)易熱管內(nèi)部的蒸汽在翅片管內(nèi)冷凝，放出汽化潛熱，透過(guò)管壁，傳出翅片管外，這就保證了翅片管內(nèi)的冷凝過(guò)程。這時(shí)，管內(nèi)放熱系數(shù)可用Nusselt層流膜層凝結(jié)原理公式實(shí)行計(jì)算，即：
（8）
式中，（9）
為單位冷凝寬度上的凝液量（kg/s,m）,其中，r為汽化潛熱（J/kg），Di為管子內(nèi)徑，式（8）中第2個(gè)括號(hào)中的物理量為凝液物性的阻合。
園筒壁的導(dǎo)熱熱阻為
（10）
應(yīng)當(dāng)注意，式（6）中的各項(xiàng)熱阻全部是以光管外表面積基準(zhǔn)的。
實(shí) 驗(yàn) 設(shè) 備
實(shí)驗(yàn)的翅片管束裝配在一臺(tái)低速風(fēng)洞中——實(shí)驗(yàn)裝置和測(cè)量試驗(yàn)儀表如圖1所示。試驗(yàn)由有機(jī)玻璃風(fēng)洞，加熱管件、風(fēng)機(jī)支撐架、測(cè)量試驗(yàn)儀表等六部分構(gòu)成。
有機(jī)玻璃風(fēng)洞由帶整流隔柵的入口段，整流絲網(wǎng)、平穩(wěn)段、前測(cè)量段、作業(yè)段、后測(cè)量段、收縮段、測(cè)速段、擴(kuò)壓段等構(gòu)成。作業(yè)段和前后測(cè)量段的內(nèi)部橫截面積為300mm×300mm。作業(yè)段的管束及固定管板可自由更換。
試驗(yàn)管件由兩部分構(gòu)成；單純翅片管和帶翅片的試驗(yàn)簡(jiǎn)易熱管，但外觀尺寸是一樣的應(yīng)用順排排列，翅片管束的幾何特別點(diǎn)如表1所示。
表1
|
翅片管內(nèi) 徑 |
翅片管外 徑 |
翅片
高度 |
翅片
厚度 |
翅片
間距 |
橫向管間 距 |
縱向管間 距 |
管排數(shù) |
|
Di |
Do |
H |
δ |
B |
Pt |
Pl |
N |
|
mm |
mm |
mm |
mm |
mm |
mm |
mm |
|
|
20 |
25.5 |
9.75 |
0.2 |
2.7 |
75 |
80 |
5 |
4根簡(jiǎn)易試驗(yàn)熱管構(gòu)成一個(gè)橫排，可以放在任何一排的位置上實(shí)行實(shí)驗(yàn)。一般放在第3排的位置上，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)數(shù)值表明，自第3排以后，各排的放熱系數(shù)基礎(chǔ)保持不變了。所以，這樣測(cè)求的放熱指數(shù)代表第3排及以后各排管的平均放熱系數(shù)。
簡(jiǎn)易試驗(yàn)熱管的加熱段由專門的電加熱器實(shí)行加熱，電加熱器的電功率（W）由電流（A）、電壓（V）表實(shí)行測(cè)量。每一支熱管的內(nèi)部插入一支E型熱電偶用以測(cè)量熱管內(nèi)冷凝段的蒸汽溫度（℃）Tvo電加熱器熱的箱體上，也裝配一支熱電偶，用以確定箱體的散熱損失。熱電偶的電動(dòng)勢(shì)也可由UJ33a型電位差計(jì)實(shí)行測(cè)量。
圖1實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
1.風(fēng)機(jī)支撐架 2.風(fēng)機(jī) 3.風(fēng)量調(diào)動(dòng)手輪 4.過(guò)渡管 5.測(cè)壓管 6.測(cè)速段 7. 過(guò)渡管 8.管簇后測(cè)壓管 9.實(shí)驗(yàn)管段 10. 管簇前測(cè)壓管 11.吸入管 12.支撐架 13. 加熱元件 14.控制盤
空氣流的進(jìn)出口溫度（℃）由數(shù)字顯露表配熱電偶測(cè)量，也可用0.1℃的玻璃溫度（℃）計(jì)實(shí)行測(cè)量，入口處裝配一支，出口處可裝配兩支，以考慮出口截面上氣流溫度（℃）的不平均性?？諝饬鹘?jīng)翅片管束的壓力降由斜傾式壓差計(jì)測(cè)量，管束前后的靜壓測(cè)孔全部是4個(gè)，均布在前后測(cè)量段的壁面上?？諝饬鞯乃俣群土髁坑裳b配在測(cè)速收縮段上的畢托管和傾斜式壓差計(jì)測(cè)量。
五、實(shí) 驗(yàn) 步 驟
1．熟悉實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)設(shè)備；
2．調(diào)節(jié)測(cè)試查驗(yàn)測(cè)溫、測(cè)速、測(cè)熱等各儀表，使其處于良好作業(yè)狀態(tài)；
3．將四排加熱管上的接有熱電偶的上蓋拔出使其能夠冒氣即可。接通電加熱器電源，將電功率（W）控制在2~3KW之間，加熱至四排加熱管均有水蒸氣冒出后，蓋上接有熱電偶的上蓋。開(kāi)動(dòng)引風(fēng)機(jī)。
注意：
（1）. 蓋上接有熱電偶的上蓋時(shí)，不要讓水蒸汽湯著手！
（2）.引風(fēng)機(jī)需在空載或很小的開(kāi)度下啟動(dòng)；
4．調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)的閥門，來(lái)控制實(shí)驗(yàn)工況的空氣流速，一般，空氣風(fēng)速應(yīng)從小到大逐漸多加，實(shí)驗(yàn)中，按照畢托管壓差讀值，可改變 6~7個(gè)風(fēng)速值，這樣，就有 6~7個(gè)實(shí)驗(yàn)工況；
5．在每一個(gè)實(shí)驗(yàn)工況下，待確認(rèn)設(shè)備處于平穩(wěn)狀態(tài)后，實(shí)行全部物理量的測(cè)量和記錄，將測(cè)量的數(shù)值記錄到予先準(zhǔn)備好的數(shù)值記錄表格中。
6．實(shí)行實(shí)驗(yàn)數(shù)值的計(jì)算和整理，將成果逐項(xiàng)記入數(shù)值整理表格中。在整理數(shù)值時(shí)，可以用手算程序，也可以用予先安排好的計(jì)算機(jī)數(shù)值程序。
7．對(duì)實(shí)驗(yàn)成果實(shí)行解析和討論。
應(yīng)注意，當(dāng)全部工況的測(cè)量結(jié)束以后，應(yīng)先切斷電加熱器電源，待10分鐘后，再關(guān)停引風(fēng)機(jī)。
六、數(shù) 據(jù) 整 理
數(shù)值的整理可按下述步驟實(shí)行：
1．算風(fēng)速和風(fēng)量
測(cè)量截積的風(fēng)速
（10）
其中：壓差mm水柱或kgf/m2
空氣密度ρ kg/m3
單位換算系數(shù)g=9.8
故得出速度的單位為m/s
風(fēng)量：Ma=U測(cè)*F測(cè)*ρ測(cè)
其中：測(cè)量截面積F測(cè)=0.3*0.3 m2，測(cè)量截面處的密度由出口空氣溫度（℃）Ta2確定。
2．空氣側(cè)吸熱量：
Ql=Ma*Cpa*(Ta2-Ta1) （11）
3．電加熱器功率（W）
Q2=I*V
4．加熱器箱體散熱。因箱體溫度（℃）很低，散熱量小，可由自然對(duì)流計(jì)算
Q3=αc*Fb*(Tω- To)
此處，αc為自然對(duì)流散熱系數(shù)，可近似取αc=5w/m2?℃實(shí)行計(jì)算；F箱為箱體散熱面積（實(shí)驗(yàn)測(cè)試），Tω箱體溫度（℃），To為環(huán)境溫度（℃）。
5．計(jì)算熱平衡誤差
（12）
6．計(jì)算翅片管束最窄流通截面處的流速和重量流速
m/s
kg/m2·s
7．計(jì)算Re數(shù)
Re=
8．計(jì)算傳熱系數(shù)
℃ （13）
9．計(jì)算管內(nèi)凝結(jié)液膜放熱系數(shù)
由式（8）實(shí)行計(jì)算，對(duì)于以水為工質(zhì)的熱管，液膜物性值全部是管內(nèi)溫度（℃）Tv 的函數(shù)，因此，式（8）可簡(jiǎn)化為：
（14）
10．計(jì)算管壁熱阻，由式（9）計(jì)算
11．由式（6）計(jì)算管外放熱系數(shù)
12．計(jì)算
13．在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪關(guān)系彎曲線，并求出其系數(shù)和指數(shù)。也可由計(jì)算機(jī)數(shù)值程序求的回歸方程。
此外，空氣流過(guò)管束的阻力一般隨數(shù)的多加而急劇多加，同時(shí)，與流動(dòng)方向上的管排數(shù)成正比，一般用下式表示
?。?5）
式中：為摩擦系數(shù)，在幾何條件固定的條件下，它僅僅是數(shù)的函數(shù)，即
?。?6）
式（16）中的系數(shù)c和指數(shù)可由實(shí)驗(yàn)數(shù)值在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上確定。一組實(shí)驗(yàn)測(cè)試的實(shí)驗(yàn)數(shù)值及其整理成果如附錄I所示。
七、討 論
（一）測(cè)求的管外放熱系數(shù)含有概括了幾部分熱阻？
（二）所求實(shí)驗(yàn)公式的應(yīng)用條件和界限是什么？應(yīng)用威爾遜方法需保證什么條件？
（三）每支實(shí)驗(yàn)熱管的管內(nèi)溫度（℃）不盡相同，這對(duì)放熱系數(shù)的精確性有何影響？
（四）解析實(shí)驗(yàn)誤差原因和改進(jìn)措施。
（五）經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，掌控把握了哪些實(shí)驗(yàn)技能？鞏固了哪些基礎(chǔ)概念？
八、附 記
（一）本實(shí)驗(yàn)所需教學(xué)時(shí)數(shù)大約6學(xué)時(shí)。在實(shí)行充分預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的條件下，實(shí)驗(yàn)實(shí)行約4學(xué)時(shí)，數(shù)值整理2學(xué)時(shí)。
（二）實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的基礎(chǔ)知識(shí)較多，易在課程的后期實(shí)行安排。
（三）因?yàn)楸?a href="http://www.173cn.com" target="_blank" >實(shí)驗(yàn)臺(tái)的實(shí)驗(yàn)元件全部是可以更換的，可以適用各種不一樣的實(shí)驗(yàn)要求，因而也適用來(lái)研究生的實(shí)驗(yàn)研究。也可為工業(yè)傳熱元件實(shí)行功能標(biāo)定。
常見(jiàn)問(wèn)題：
1、如果我要購(gòu)買強(qiáng)迫對(duì)流管蔟管外放熱系數(shù)測(cè)試裝置，是否有安裝、培訓(xùn)服務(wù)呢？
答：我們的設(shè)備如果沒(méi)有特別注明“不含安裝”“裸機(jī)價(jià)”“出廠”等字樣的，都是提供安裝、培訓(xùn)服務(wù)的。
2、你們的強(qiáng)迫對(duì)流管蔟管外放熱系數(shù)測(cè)試裝置是否能開(kāi)增值稅專用發(fā)票？
答：可以的，我們是正規(guī)企業(yè)，并且已經(jīng)升級(jí)到一般納稅人，可以開(kāi)具增值稅專用發(fā)票，如果您需要開(kāi)強(qiáng)迫對(duì)流管蔟管外放熱系數(shù)測(cè)試裝置的發(fā)票，您需要提供開(kāi)票資料。
3、你們的強(qiáng)迫對(duì)流管蔟管外放熱系數(shù)測(cè)試裝置都是自己生產(chǎn)的嗎？都有什么產(chǎn)品資質(zhì)？
答：我們公司是專業(yè)生產(chǎn)教學(xué)設(shè)備的企業(yè)，完全自主生產(chǎn)，并通過(guò)了最新版ISO9001認(rèn)證，擁有多項(xiàng)專利與著作權(quán)。
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