实验五空气在圆形直管中强制对流传热膜系数的测定

1、实验五空气在圆形直管中强制对流传热膜系数的测定一、实验目的1、 通过实验掌握传热膜系数a的测定方法，并分析影响a的因素；2、掌握确定传热膜系数准数关联式中的系数 C和指数m、n的方法；3、通过实验提高对 a关联式的理解，了解工程上强化传热的措施；4、掌握测温热电偶的使用方法。二、实验原理对流传热的核心问题是求算传热膜系数a,当流体无相变化时对流传热准数关联式一般形式为：Nu = C Rem Prn Grp对强制湍流，Gr准数可以忽略。Nu = C Rem Prn本实验中，可用图解法和最小二乘法两种方法计算准数关联式中的指数m、n和系数C。用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re和Pr分

2、别回归。为了便于掌握这类方程的关联方法，可取n = 0.4 （实验中流体被加热）。这样就简化成单变量方程。两边取对数，得到直线方程：Nulg 04 lgC mlg RePr在双对数坐标系中作图，找出直线斜率，即为方程的指数 m。在直线上任取一点的函数值代入方程中得到系数 C,即NuPr0.4Re用图解法，根据实验点确定直线位置，有一定的人为性。而用最小二乘法回归，可以得到最佳关联结果。 应用计算机对多变量方程进行一次回归,就能同时得到C、m、n。可以看出对方程的关联,首先要有Nu、Re、Pr的数据组。雷诺准数Redu努塞尔特准数Nu普兰特准数Prd换热器管径（a 空气传热膜系数（W/m2 ：C

3、）P空气密度（kg/m3）入空气的导热系数（W/m C）Cp空气定压比热（J/kg C） 实验中改变空气的流量以改变准数m)Re之值。根据定性温度计算对应的 Pr准数值。同时由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数a值。进而算得Nu准数值。因为空气传热膜系数 ai远小于蒸汽传热膜系数a,所以传热管的对流传热系数ai约等于冷热流体间的总传热系数K 。则有牛顿冷却定律：Q = aiAAtmA 传热面积（m2）（管表面积）Am管外流体的平均温差（C）其中：A t= T - 11 ,Am T - 12Inti t；t2T蒸汽的温度，CCC传热量 Q 可由下式求得：Q= w _p （t2-ti） /3

4、600 =V P p （t2-ti） /3600w 空气质量流量（kg/h）V 空气体积流量（m3/h）ti ,t2 空气进出口温度（C）实验条件下的空气流量 V （m3/h）需按下式计算:273 t273_t1Vt 空气入口温度下的体积流量（m3/h）1t 空气进出口平均温度（C）其中Vt可按下式计算1VtlA P孔板两端压差（KPa）t1 进口温度下的空气密度（kg/m3）本实验装置是两条套管换热器，其中一条管是光管，另一条管是螺旋槽管，分别测定和对比流体在两种管强制对流时的传热膜系数。三、实验容1、测定水蒸汽一空气物系在常用流速围的传热膜系数；2、 先设定一种操作条件，待达到定态操作后，

5、再增加50%的热（或冷）流体量，并 维持热（或冷）流体的进出口温度不变。你认为应采取哪些措施。在实验中实施之。四、实验方法1、 首先用蒸汽发生器加热产生蒸汽，打开光管侧风机，调节孔板流量计R值约为20 左右。2、 待进口温度t1稳定在35°C左右，蒸汽发生器停止加热，打开光管侧蒸汽进气阀，开始读取温度T、ti、t2、t壁，孔板流量计R值及孔前表压Rp，将这些数据记录在实验记录 表上。3、 改变孔板流量 R值约为30，再测取以上数据并记录，大约做5组数据。4、 然后打开蒸汽放气阀，让蒸汽发生器再次加热，直至其停止加热，同样再做5组数 据，重复几次，将数据记录到实验记录表上。5、实验结束

6、，先关闭蒸汽发生器加热电源，待系统冷却后，再停风机。五、实验装置和流程1风机 2流量计 3调节阀 4.蒸汽套管 5.视镜 6.温度计 7热电偶 8.安全阀9压力表10.压差计11.蒸汽阀12.放气考克13疏水器14.热电偶转换开关图4实验流程图六、数据记录与处理管型:管径：17.8mm 室温：°C实验日期:大气压强(mmHg)序号进口温度t1（°C）出口温度t2 （°C）蒸汽温度T（°C）管壁温度t壁（°C）计前表压Rp （ mmHg）流量计示值R （ mmH2O）管子压差 P（ mmH2O）123456781数据的计算整理及列表： tm=t2

7、 tllnTtit2(°C)（a）对数平均温度，定性温度:t 定 =（ti+t2）/2（ °C）（b）密度的计算：Pa Rp3、=0.4645（）（ kg/m3）273 t式中：Pa大气压强（mmHg ），可取当地全年平均大气压强计算;Rp 流量计前端被测介质表压强，mmHg t流量计前介质温度（oC），可取t=t1（c）质量流量（Vs ）查产品说明书得流量系数C' =0.001233Vs =0.001233 . R（kg/s）R 压差计示值，mmH2O（d）雷诺数（Re）的计算：dup dVsm mVsRe=1.273-d2d4注：在0-120oC围，可按下式计算

8、:卩=1.72 X'5+4.77 X0-8 t 定(e) 实测的Nu数：d VsCp(t出 t进)Nu 测=一Fm tm其中 Cp : 0-70oC 围，Cp=1.005 ( kJ/kg ); t 定=70120oC Cp=1.009 ( kJ/kg k) 在t定=4080。围可用下式计算 ：0.024943e(0.002491t定)Fm= dmLdL ,换热长度 L=1.224 (米)Fm =>0.0178 1.224=0.0685 m2(f) 按通和关联式计算的Nu数：Nu 计=0.0199(Re)0.8(273 t 定273 t 壁实测Nu测与Nu计相比较，相对误差S；Nu

9、测山十Nu测2、实验结果列表和作图：数据整理结果列于下表中，并且将结果作出InReInNu关系散点图。序号t定 mPVsReNu测N u计Ln( Nu测)Ln( Nu 计)Ln (Re)12345678实验项目二螺旋槽管给热准数方程的测定实验时可以发现，加热蒸汽压相同，空气流量相同，但螺旋槽管的出口温度远比光管高， 这证明螺纹强化了传热过程。当然我们还应具体地测量它的给热准数方程式。这项测定和前述光管的测定方法相同。由于两种管子都是用同一管材轧制，为了便于对比，螺旋槽管管径取与光管一致，这样流量和定性温度相同时，两种管子的雷诺数相同。这 样处理方法，见诸于中、外文献。实验的原始数据和结果见表：因为 Nu=cRemLnN u=L nc+mL nRem为InNu-InRe直线的斜率，InC为截距。从而得出 m,c.因此可以计算出这种螺旋槽管给热准数方程式是：Nu=cRem七、思考题1、在实验验中，有哪些因数影响实验的稳定性？2、影响传热系数 K的因数有哪些？3、在传热中，有哪些工程因数可以调动？你在