強迫對流管蔟管外放熱系數測試裝置
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中人教儀廠 
-QPGC 強迫對流管蔟管外放熱系數測量試驗裝置
一、實驗目的：
對空氣橫向流過管簇表面時的平均放熱系數的測量試驗；按照對受強迫動作放熱過程的相似解析，將實驗數值整理成準則方程式。
二、主要配備：
多翼式低噪音風機，自動調動風門，結合式有機玻璃風洞，翅片加熱管，加熱由固態調壓模型塊配電位器調動加熱功率（W），數字顯露電流（A）表、電壓（V）表，翅片管簇順排和叉排結合，溫度（℃）傳感器，畢托管配差壓傳感器測量風量，16路萬能信號寫入巡檢儀顯露溫度（℃）、阻力、流量，不銹鋼支撐架。
三、技術功能數值：
1、寫入電源：一相AC220V±10% 50Hz，功率（W）4.5KW。
2、多翼式低噪音風機功能數值：風量2000 m3/h，風壓1000 Pa，功率（W）370W。
3、實驗管尺寸：Φ25×250mm ，材料紫銅管。
4、差壓傳感器：測量范圍0—1000Pa，精確度0.5級。
5、實驗風道應用透明有機玻璃材料，分為風口段，實驗段（實驗段有叉排和順排兩種），測量試驗段等，彼此之間應用法蘭連接。
6、溫度（℃）由高精確度溫度（℃）傳感器測量，萬能信號寫入巡檢儀和高精確度數字顯露表顯露溫度（℃）、阻力、流速等實驗全部測量功能數值，手動風門調動風量。
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。
強迫對流管蔟管外放熱系數測量試驗實驗指導書
實驗目的
1．理解熱工實驗的基礎方法和特別點；
2．學會翅片管束管外放熱和阻力的實驗研究方法；
3．鞏固和運用傳熱學課堂講授的基礎概念和基礎知識；
4．培養學生單獨實行科研實驗的能力。
實 驗 內 容
1．熟練實驗原理和實驗裝置，學習掌控把握正確使用測溫度（℃）、測壓差、測流速、測熱量等儀表。
2．正確安排實驗，測取管外放熱和阻力的有關實驗數值。
3．用威爾遜方法整理實驗數值，求得管外放熱系數的無因次關聯式，同時，也將阻力數值整理成無因次關聯式的形式。
4．對實驗設備，實驗原理，實驗方案和實驗成果實行解析和討論。
實 驗 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，特別適用來氣體側換熱的場合。
2．空氣（氣體）橫向流過翅片管束時的對流放熱系數除了與空氣流速及物性有關以外，還與翅片管束的一系列幾何因素有關，其無因次函數關系可表示如下：
Nu=f(Re、Pr、N)
式中：Nu= 為Nusselt數；
Re==為Reynolds數；
Pr==為Prandtl數；
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為流動方向的管排數；
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，放熱系數還與管束的排列方法有關，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，故其管外放熱系數會高于順流的現象。
對于特定的翅片管束，其幾何因素全部是固定不變的，這時，式（1）可簡化為：
Nu =f（Re、Pr）（2）
對于空氣，Pr數可看作常數，故
Nu =f（Re）（3）
式（3）可表示成指數方程的形式
Nu =CRen（4）
式中，C、n為實驗關聯式的系數和指數。這一形式的公式只適用來特定幾何條件下的管束，為了在實驗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值實行實驗并對實驗數值實行綜合整理。
3．對于翅片管，管外放熱系數可以有不一樣的定義公式，可以以光管外表面為基準定義放熱系數，也可以以翅片管外表面積為基準定義。為了研究便利，此處應用光管外表面積作為基準，即：
（5）
式中：Q為總放熱量，（W），n為放熱管子的根數，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．如何測求翅片管束平均管外放熱系數是實驗的關鍵。如果直接由式（5）來測求，勢必要測量管壁平均溫度（℃）Tw0，這是一件很困難的任務。應用一種工程上更通用的方法，即：威爾遜方法測求管外放熱系數，這一方法的要點是先測求出傳熱系數，然后從傳熱阻中減去已知的各項熱阻，即可間接地求出管外放熱熱阻和放熱系數。即
（6）
式中：K為翅片管的傳熱系數，可由實驗求出
（7）
其中：Tv代表管內流體的平均溫度（℃）。
是管內流體對管內壁的放熱系數，可由已知的傳熱規律計算出來；Rw由管壁的導熱公式計算之。
應當指出，當管內放熱系數>>時，管內熱阻將遠遠地小于管外熱阻，這時，的某些計算誤差將不會明顯地影響管外放熱系數的大小。
5．為了保證有足夠大的數值，一般實驗管內需應用蒸汽冷凝放熱的換熱方法。本實驗系統中，應用簡易熱管作為傳熱元件，將實驗的翅片管，做成簡易熱管的冷凝段，即簡易熱管內部的蒸汽在翅片管內冷凝，放出汽化潛熱，透過管壁，傳出翅片管外，這就保證了翅片管內的冷凝過程。這時，管內放熱系數可用Nusselt層流膜層凝結原理公式實行計算，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為管子內徑，式（8）中第2個括號中的物理量為凝液物性的阻合。
園筒壁的導熱熱阻為
（10）
應當注意，式（6）中的各項熱阻全部是以光管外表面積基準的。
實 驗 設 備
實驗的翅片管束裝配在一臺低速風洞中——實驗裝置和測量試驗儀表如圖1所示。試驗由有機玻璃風洞，加熱管件、風機支撐架、測量試驗儀表等六部分構成。
有機玻璃風洞由帶整流隔柵的入口段，整流絲網、平穩段、前測量段、作業段、后測量段、收縮段、測速段、擴壓段等構成。作業段和前后測量段的內部橫截面積為300mm×300mm。作業段的管束及固定管板可自由更換。
試驗管件由兩部分構成；單純翅片管和帶翅片的試驗簡易熱管，但外觀尺寸是一樣的應用順排排列，翅片管束的幾何特別點如表1所示。
表1
|
翅片管內 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 |
|
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根簡易試驗熱管構成一個橫排，可以放在任何一排的位置上實行實驗。一般放在第3排的位置上，因為實驗數值表明，自第3排以后，各排的放熱系數基礎保持不變了。所以，這樣測求的放熱指數代表第3排及以后各排管的平均放熱系數。
簡易試驗熱管的加熱段由專門的電加熱器實行加熱，電加熱器的電功率（W）由電流（A）、電壓（V）表實行測量。每一支熱管的內部插入一支E型熱電偶用以測量熱管內冷凝段的蒸汽溫度（℃）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。熱電偶的電動勢也可由UJ33a型電位差計實行測量。
圖1實驗風洞系統簡圖
1.風機支撐架 2.風機 3.風量調動手輪 4.過渡管 5.測壓管 6.測速段 7. 過渡管 8.管簇后測壓管 9.實驗管段 10. 管簇前測壓管 11.吸入管 12.支撐架 13. 加熱元件 14.控制盤
空氣流的進出口溫度（℃）由數字顯露表配熱電偶測量，也可用0.1℃的玻璃溫度（℃）計實行測量，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。空氣流經翅片管束的壓力降由斜傾式壓差計測量，管束前后的靜壓測孔全部是4個，均布在前后測量段的壁面上。空氣流的速度和流量由裝配在測速收縮段上的畢托管和傾斜式壓差計測量。
五、實 驗 步 驟
1．熟悉實驗原理，實驗設備；
2．調節測試查驗測溫、測速、測熱等各儀表，使其處于良好作業狀態；
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。開動引風機。
注意：
（1）. 蓋上接有熱電偶的上蓋時，不要讓水蒸汽湯著手！
（2）.引風機需在空載或很小的開度下啟動；
4．調節引風機的閥門，來控制實驗工況的空氣流速，一般，空氣風速應從小到大逐漸多加，實驗中，按照畢托管壓差讀值，可改變 6~7個風速值，這樣，就有 6~7個實驗工況；
5．在每一個實驗工況下，待確認設備處于平穩狀態后，實行全部物理量的測量和記錄，將測量的數值記錄到予先準備好的數值記錄表格中。
6．實行實驗數值的計算和整理，將成果逐項記入數值整理表格中。在整理數值時，可以用手算程序，也可以用予先安排好的計算機數值程序。
7．對實驗成果實行解析和討論。
應注意，當全部工況的測量結束以后，應先切斷電加熱器電源，待10分鐘后，再關停引風機。
六、數 據 整 理
數值的整理可按下述步驟實行：
1．算風速和風量
測量截積的風速
（10）
其中：壓差mm水柱或kgf/m2
空氣密度ρ kg/m3
單位換算系數g=9.8
故得出速度的單位為m/s
風量：Ma=U測*F測*ρ測
其中：測量截面積F測=0.3*0.3 m2，測量截面處的密度由出口空氣溫度（℃）Ta2確定。
2．空氣側吸熱量：
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，可由自然對流計算
Q3=αc*Fb*(Tω- To)
此處，αc為自然對流散熱系數，可近似取αc=5w/m2?℃實行計算；F箱為箱體散熱面積（實驗測試），Tω箱體溫度（℃），To為環境溫度（℃）。
5．計算熱平衡誤差
（12）
6．計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．計算Re數
Re=
8．計算傳熱系數
℃ （13）
9．計算管內凝結液膜放熱系數
由式（8）實行計算，對于以水為工質的熱管，液膜物性值全部是管內溫度（℃）Tv 的函數，因此，式（8）可簡化為：
（14）
10．計算管壁熱阻，由式（9）計算
11．由式（6）計算管外放熱系數
12．計算
13．在雙對數坐標紙上標繪關系彎曲線，并求出其系數和指數。也可由計算機數值程序求的回歸方程。
此外，空氣流過管束的阻力一般隨數的多加而急劇多加，同時，與流動方向上的管排數成正比，一般用下式表示
（15）
式中：為摩擦系數，在幾何條件固定的條件下，它僅僅是數的函數，即
（16）
式（16）中的系數c和指數可由實驗數值在雙對數坐標上確定。一組實驗測試的實驗數值及其整理成果如附錄I所示。
七、討 論
（一）測求的管外放熱系數含有概括了幾部分熱阻？
（二）所求實驗公式的應用條件和界限是什么？應用威爾遜方法需保證什么條件？
（三）每支實驗熱管的管內溫度（℃）不盡相同，這對放熱系數的精確性有何影響？
（四）解析實驗誤差原因和改進措施。
（五）經過實驗，掌控把握了哪些實驗技能？鞏固了哪些基礎概念？
八、附 記
（一）本實驗所需教學時數大約6學時。在實行充分預習實驗指導書的條件下，實驗實行約4學時，數值整理2學時。
（二）實驗應用的基礎知識較多，易在課程的后期實行安排。
（三）因為本實驗臺的實驗元件全部是可以更換的，可以適用各種不一樣的實驗要求，因而也適用來研究生的實驗研究。也可為工業傳熱元件實行功能標定。
常見問題：
1、如果我要購買強迫對流管蔟管外放熱系數測試裝置，是否有安裝、培訓服務呢？
答：我們的設備如果沒有特別注明“不含安裝”“裸機價”“出廠”等字樣的，都是提供安裝、培訓服務的。
2、你們的強迫對流管蔟管外放熱系數測試裝置是否能開增值稅專用發票？
答：可以的，我們是正規企業，并且已經升級到一般納稅人，可以開具增值稅專用發票，如果您需要開強迫對流管蔟管外放熱系數測試裝置的發票，您需要提供開票資料。
3、你們的強迫對流管蔟管外放熱系數測試裝置都是自己生產的嗎？都有什么產品資質？
答：我們公司是專業生產教學設備的企業，完全自主生產，并通過了最新版ISO9001認證，擁有多項專利與著作權。
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