【文章內(nèi)容簡介】 。為了使各個管排冷凝水的收集不互相干擾，在實驗段的底部，分別對應(yīng)每一排管，在實驗段的底部有用銑刀加工的V型槽進行冷凝水的收集，并通過V型槽底部的圓孔流入燒杯，從而完成冷凝水的收集工作。圖21 實驗鍛結(jié)構(gòu)尺寸圖實驗段結(jié)構(gòu)如圖21 所示，33的翅片管束（順排）布置于155mm高、143mm寬的矩形通道中，每一排的管的中心間距為50mm，為了便于測量以及收集冷凝水，管排的中心間距為90mm。通道的側(cè)壁由5mm的鋼板進行焊接，底部采用15mm的鋼板，以便于開V型槽。實驗所用翅片為環(huán)形翅片，尺寸如下表所示：表22 翅片管結(jié)構(gòu)尺寸翅片結(jié)構(gòu)外徑壁厚翅厚翅高翅間距尺寸（mm）253105測試技術(shù)直接影響實驗數(shù)據(jù)的真實性，關(guān)系到得出的結(jié)論是否可信。尤其是本實驗中，溫度的測量至關(guān)重要。因此，測試系統(tǒng)是整個實驗系統(tǒng)中至關(guān)重要的一部分。實驗需要測量參數(shù)：煙氣進出口溫度及流量、冷卻水進出口溫度及流量、室溫、冷凝液量、天然氣流量以及實驗工況運行時間。（一）、測點的布置根據(jù)實驗的需要，實驗測點布置為：（1）燃氣管道通過二級減壓后設(shè)置壓力測點和天然氣流量測點，用U形管檢測燃氣進入燃燒管前的壓力；（2）煙氣剛從燃燒管出來的位置設(shè)置一個測點，測定煙氣的過量空氣系數(shù)以及CO含量；（3）布置電子秤，測量冷凝水質(zhì)量；（4）在實驗所處環(huán)境中設(shè)置一溫度測點，測量環(huán)境溫度；（5）在煙氣進入實驗段前和實驗段出口的位置設(shè)置溫度測點；（6）在冷卻水管的進出口位置設(shè)置溫度測點；（7）在翅片管上布置熱電偶，測量翅片與光管溫度；（8）在冷卻水管出口位置設(shè)置水表測量冷卻水流量。（二）、參數(shù)測量實驗中需要測量的參數(shù)很多，其中可以直接測量出來的已經(jīng)在實驗系統(tǒng)中設(shè)置了測點，而有些參數(shù)不能通過儀表測得，也就是間接測量量。如：混合氣體流量、水蒸氣的質(zhì)量分數(shù)、實驗工況運行時間和Re等。天然氣流量的測量在燃氣管道出口處設(shè)置的測點處利用秒表計時測量一定時間之內(nèi)天然氣的流量。因為此時測量的是實際溫度與壓力下的流量，需要在計算時利用測得的環(huán)境溫度換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的天然氣流量。過量空氣系數(shù)的測量圖23 煙氣分析儀在煙氣的出口位置設(shè)置的測點處利用煙氣分析儀測量過量空氣系數(shù)以及煙氣的成分。煙氣分析儀如圖23所示。在實驗中在每個工況下都要保證CO含量在50ppm以下，此時可以近似認為天然氣完全燃燒。測量此時的過量空氣系數(shù)用來計算煙氣的流量。煙氣流量的確定色譜分析實驗所用的天然氣成分見表23：表23 天然氣的色譜分析CH4%C2H6%C4H8%iC4H10%nC4H10%N2 %CO2 %Vk0 %HL kJ/Nm3從上表可知：天然氣的主要成分是CH4，其中C、H、N等元素含量最多，所以與空氣燃燒后混合氣體中的主要成分為COH2O、NO2等，其它微量組份如NOx可忽略不計。天然氣中不含有S元素，所以可以認為在產(chǎn)物中沒有SO2和H2S等成份。上述成分的天然氣和空氣燃燒的化學(xué)反應(yīng)的方程式為： （21） （22） （23） （24）忽略空氣中的水蒸氣，根據(jù)上述方程式及天然氣各成分的含量可以計算出標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1Nm3的天然氣燃燒生成的混合氣體量等于生成的CO2 、H2O、及未燃燒完全的NO2 的體積之和，即： （25）生成的水蒸氣時為： （26）可計算出燃燒生成的混合氣體和水蒸氣的質(zhì)量分別為：（27） （28）水蒸氣質(zhì)量分數(shù)的確定由化學(xué)反應(yīng)方程式計算得到1Nm3的天然氣和空氣燃燒生成的混和氣體的量以及水蒸氣的質(zhì)量。由于實驗中保證煙氣分析儀測得的CO含量在50ppm以下，近似認為燃料完全燃燒。對于水蒸氣分數(shù)的確定要分三種情況：⑴當(dāng)不向煙氣中額外加入水蒸氣時，水蒸氣的質(zhì)量分數(shù)直接計算得到。 (29)可知此時水蒸氣的質(zhì)量分數(shù)只與過量空氣系數(shù)有關(guān)。⑵當(dāng)利用蒸汽發(fā)生器向管道中注入水蒸氣時，就需要改變計算方法,設(shè)加入標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的水蒸氣的質(zhì)量為akg，則水蒸氣的質(zhì)量分數(shù)為： (210)⑶當(dāng)需要同時向管道中加入水蒸氣以及空氣時，設(shè)加入標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的水蒸氣質(zhì)量為akg，加入空氣的質(zhì)量為bkg，則此時水蒸氣的質(zhì)量分數(shù)為： (211) 利用給定的過量空氣系數(shù)與實驗工況，即可計算出實驗所用天然氣燃燒后所產(chǎn)生的混合氣體和水蒸氣的量以及水蒸氣質(zhì)量分數(shù)。但此時的計算都是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進行的，所以需要根據(jù)環(huán)境溫度和壓力換算成實際狀態(tài)下所生成的混合氣體的量及水蒸氣的質(zhì)量分數(shù)。Re的確定雷諾數(shù)是慣性力與粘性力之比的一種度量[5]。實驗段處，混合氣體的Re為： (212)其中： u混合氣體的來流速度，ms1； d當(dāng)量直徑，m。； ν混合氣體的運動粘度系數(shù)，m2s1。 煙氣進出口溫度的測量℃的玻璃溫度計在煙氣的進出口位置設(shè)置的溫度測點測量此處煙氣的溫度。溫度計的量程為1100℃，在使用前已經(jīng)過標(biāo)定。冷卻水進出口溫度的測量℃的玻璃溫度計在冷卻水的進出口位置設(shè)置的溫度測點測量此處冷卻水的溫度。溫度計的量程為150℃，在使用前已經(jīng)過標(biāo)定。翅片頂部與基部溫度的測量 兩種不同成分的導(dǎo)體A和B連接在一起，形成一個閉合回路。當(dāng)兩個接點的溫度不同時，在回路中就產(chǎn)生了電動勢，這種現(xiàn)象成為熱電效應(yīng)，而這個電動勢通常就被稱為熱電勢。熱電偶就是利用這個原理來測量溫度的[15]。溫度測量的準(zhǔn)確度，不但與所用的感溫器和測量儀表的準(zhǔn)確度有關(guān)，而且同樣和感溫器的安裝是否正確也有關(guān)系。在測量時，在需要粘上熱電偶的地方鋸出一個小凹槽，利用鋁箔膠帶將熱電偶粘在凹槽內(nèi)，鋁箔膠帶的傳熱性能良好，面積很小，對總體傳熱影響很小，這樣熱電偶很容易固定。將已粘在翅片上的熱電偶的另一端連入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本實驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過與電腦相連實時采集溫度。并且通過對溫度的實時監(jiān)控能夠觀測到實驗是否運行正常，以便及時調(diào)整。冷凝液的流量的測量冷凝液流量即單位時間內(nèi)由冷凝形成的液體的質(zhì)量。由于利用所測得的冷凝液量來計算潛熱換熱量以及衡量冷凝換熱的強度，所以冷凝液能否準(zhǔn)確完全收集就成為關(guān)鍵的問題，而這部分也是對實驗臺改進比較多的地方。在實驗中冷凝液接收裝置采用菱形凹槽的設(shè)計。冷凝形成的液體低落到凹槽中，沿凹槽的微小坡度向凹槽中心流動，在中心部位聚集，在中心開孔處沿導(dǎo)管流到正下方的燒杯中。采用稱量的方法對接收的冷凝液的質(zhì)量進行確定，并用秒表記錄實驗時間，即可計算出冷凝液的流量。實驗工況運行時間采用秒表計時，記錄實驗工況運行時間。實驗前需要先做好一系列準(zhǔn)備工作，以保證實驗?zāi)軌蝽樌M行。本實驗中應(yīng)該做以下準(zhǔn)備：（1）儀器標(biāo)定問題儀器存在一定的系統(tǒng)誤差，實驗前首先應(yīng)該對實驗所需儀器進行標(biāo)定。（2）閥門、管道是否漏氣問題實驗中采用的是天然氣燃料，且燃料的流量測量關(guān)系到實驗計算是否準(zhǔn)確，所以要特別注意閥門以及管道是否漏氣。在實驗前，需要對從天然氣儲蓄罐開始一直到進入燃燒管前的所有閥門及管路接頭處進行檢查，觀察其是否漏氣。保證整個系統(tǒng)的氣密性；（3）實驗主要步驟打開煙氣分析儀，先讓其自行調(diào)零；為保持冷卻水滿管流，打開冷卻水閥門一段時間后，應(yīng)進行放氣；在需要使用蒸汽發(fā)生器時，打開使其產(chǎn)生一定量的蒸汽；按順序依次天然氣瓶開關(guān)、減壓閥、室內(nèi)天然氣總開關(guān)、鍋爐天然氣入口開關(guān)以及氣動閥門。其中調(diào)節(jié)減壓閥，~，而進入鍋爐時天然氣進過二級減壓，壓力保證在50mm水柱以內(nèi)；打開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，檢查溫度測量是否正常；打開冷卻水的閥門，在冷卻水箱中注入一定量的水，保證水箱水位保持恒定；利用秒表對天然氣流量進行測量；利用煙氣分析儀測量煙氣的過量空氣系數(shù)。調(diào)節(jié)過量空氣系數(shù)使之滿足此時CO的含量在50ppm以下，即保證天然氣完全燃燒；根據(jù)的據(jù)測量結(jié)果，反復(fù)調(diào)節(jié)天然氣閥門開度、鼓風(fēng)量以及蒸汽發(fā)生器閥門開度，以調(diào)節(jié)燃燒功率、過量空氣系數(shù)等，最終得到需要的混合氣體參數(shù)。待所有的參數(shù)都穩(wěn)定后，即達到穩(wěn)定工況時，測量參數(shù)進行實驗；計時結(jié)束，對凝結(jié)水以及蒸汽發(fā)生器進行稱量。完成實驗，關(guān)閉天然氣瓶開關(guān)以及其他各天然氣開關(guān)；關(guān)閉空氣壓縮機；關(guān)閉蒸汽發(fā)生器電源，自然放置冷卻；關(guān)閉鼓風(fēng)機、引風(fēng)機；關(guān)閉冷卻水閥門。本文主要是對水蒸氣質(zhì)量分數(shù)在10%23%的混合氣體橫掠水平翅片管時的冷凝換熱機理進行研究。在實驗過程中，要在整個系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定運行十五分鐘后再開始測量數(shù)據(jù)，以保證實驗的準(zhǔn)確性。由于天然氣鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣中水蒸氣的質(zhì)量分數(shù)最大為16%，所以本實驗需要根據(jù)實驗工況向煙氣中加入水蒸氣以改變水蒸氣的質(zhì)量分數(shù)。為了得到較大流速的混合氣體，實驗中利用旋轉(zhuǎn)風(fēng)泵向煙氣中加入空氣，此時需要利用蒸汽發(fā)生器同時向煙氣中注入水蒸氣，以彌補由于加入空氣而引起的水蒸氣質(zhì)量分數(shù)的變化。在整個實驗過程中，保持燃料完全燃燒（保證煙氣中CO的含量在50ppm以下）。（1）改變煙氣流速通過改變?nèi)紵β逝c過量空氣系數(shù)調(diào)節(jié)煙氣的體積流量，通過計算值，調(diào)節(jié)蒸汽發(fā)生器的閥門大小，向煙氣中加入不同質(zhì)量的水蒸氣，得到不同體積流量而相同水蒸氣質(zhì)量分數(shù)的混合氣體。（2）改變煙氣溫度給定燃燒功率、過量空氣系數(shù)以及蒸汽發(fā)生器閥門開度的大小，利用燃燒器后蓄熱體來調(diào)節(jié)混合氣體進入實驗段的溫度。（3）改變冷卻水管壁面溫度混合氣體參數(shù)不變，在冷卻水進入實驗段前對其進行不同功率的加熱，以得到不同的翅片管壁面溫度。（4）改變不凝性氣體含量給定燃燒功率，微調(diào)過量空氣系數(shù)，改變蒸汽發(fā)生器閥門開度的大小，得到相同體積流量而不同水蒸氣質(zhì)量分數(shù)的混合氣體。第3章 實驗數(shù)據(jù)處理不同的測量次數(shù)或者不同的測量時刻，測得值的誤差就不同。當(dāng)某一條件因素改變后，誤差也不同。有的誤差表現(xiàn)有