实验五对流传热系数

1、实验五对流传热系数的测定实验目的1 学会对流传热系数的测定方法。2 测定空气在圆形直管内或螺旋槽管内的强制对流传热系数，并把数据整理成准数关联式，以检验通用的对流传热准数关联式。3 了解影响对流传热系数的因素和强化传热的途径。二、实验内容测定不同空气流量下空气和水蒸汽在套管换热器中的进、出口温度，求得空气在管内的对流传热系数。三、根本原理1 .准数关联式对流传热系数是研究传热过程及换热器性能的一个很重要的参数。在工业生产和科学研究中经常采用间壁式换热装置来到达物料的冷却和加热目的，这种传热过程是冷热流体通过固体壁面传热元件进行的热量交换，由热流体对固体壁面的对流传热、固体壁面 的热传导和固体壁

2、面对冷流体的对流传热所组成。由传热速率方程式知，单位时间、单位传热面所传递的热量为q=K(T-t)(51)而对流传热所传递的热量，对于冷热流体可由牛顿定律表示q= h (T-T wi)(5 2)或q= c (tw2-t)(53)式中q-传热量，W/m2;-一给热系数，W/m2 T 热流体温度，c；t冷流体温度，c；T wi、tw2热、冷流体侧的壁温，c；下标:c冷侧h热侧。由于对流传热过程十分复杂，影响因素极多，目前尚不能通过解析法得到对流传热系数的关系式，它必须由实验加以测定获得各影响因素与对流传热系数的定量关系。为了减少实验工作量，采用因次分析法将有关的影响因素无因次化处理后组成假设干个无

3、因次数 群，从而获得描述对流传热过程的无因次方程。在此根底上组织实验，并经过数据处理得 到相应的关系式，如流体在圆形光滑直管中做强制对流传热时传热系的变化规律可用 如下准数关联式表示(5 4)Nu=CRemPrn(55)du dwRe(56)A式中 Nu努塞尔特准数；Re-雷诺准数；Pr-普兰特准数；w-空气的质量流量，Kg s；d热管内径，m；A换热管截面积，m2；定性温度下空气的粘度，Pa S；定性温度下空气的导热系数，W(m C )；对流传热系数，W (m2 C )当流体被加热时，n=0.4 ；被冷却时，n=0.3。此式的适用范围：Re>10000, 0.7<Pr<12

4、0，长与管径比 60 ,低粘度的流体(<2倍常温下水的粘度)。计算各物理量的定性温度用di进出口温度的算术平均值。对空气而言，在较大的温度和压力范围内Pr准数实际上保持不变，取Pr =0.7。因空气被加热，取 n=0.4，那么(54)式可简化为：Nu C Rem(C'=C Prn=0.867C)(5 7)对于螺旋槽管的准数关联式：Nu 0.00406Re101752 对流传热系数的测定在套管换热器中，环隙中通水蒸汽，内管管内通空气，水蒸冷凝放热加热空气，当传热到达稳定之后空气侧对流传热系数i与总传热系数K有以下关系:式中K管壁厚度，om;(58)管壁材料的导热系数，W (m C

5、)； 管内对流传热系数，W (m2)； '管外对流传热系数，W (m2)。因管内流动的是空气，管外流动的是水蒸汽，所以两侧污垢热阻可不计。式中一为1黄铜管壁热传导的热阻，其中=0.001m , =377W (m C )，所以一很小，为蒸汽冷01 1凝膜的热阻，L与相比很小可以忽略，所以K i。0i根据传热速率方程和热量衡算式有如下关系Q KS tm WCp t出 t进(59)其中tmT t出Tt进T InT式中传热速率，K总传热系数，W空气的质量流量，Cp空气的平均比热，t出空气出口温度，t进空气进口温度，t对数平均温度差，T蒸汽温度，于是式59可改写成Q= i S tmW;W (m2

6、 C )；Kg s；J(Kg C )；C;C；C；Co从而得到管内空气对流传热系数的计算式式中WCp t 出(510)WCp t出t进 s t m空气的体积流量， 流经流量计处空气密度， 所以当传热到达稳定后，用蒸汽温度可计算出Vs出实测值m。3. Re与式中Vs C p t出t进s tm3m s;Kg m3ot叫利用仪器测出各数据,(5 11)i，从而整理出Nu准数与Re准数之间的函数关系，最后确定出式中的就能计算C与指数Nu的计算4V&d.IV 1274 一 dii(5 12)di管内径，定性温度下空气的粘度,idim;Pa S;Nu(5 13)式中4 .流量的测量和密度的计算定性

7、温度下空气的导热系数,W(m C )。式中2731.293 -760-大气压强可取当地大气压-流量计前端被测介质表压强 流量计前端被测介质温度可取pa Rp273(5 14)t=t 进)mmHg mmHgC式中Vo转子流量计的读数;go标定转子时空气的密度;实际操作情况时气体密度。四、实验装置及流程1 .实验流程本实验有四套套管换热器组成，其中一套是螺旋槽管，另三套是光滑管。空气由风机输送，经转子流量计计量后送套管换热器内管换热后排向大气。蒸汽由蒸汽发生器经蒸汽调节阀送入套管换热器的套管环隙，不凝性气体由放气阀排出，冷凝水由排液阀排出。实 验装置流程如下图。81.蒸汽发生器2 压力表 3平安阀

8、4套管换热器5仪表箱6. U型管压差计7 放气阀8.转子流量计 9.旁通阀 10 .气泵 11.冷凝水罐 12 .温度显示仪 13.阀门2主要设备仪表规格1 光滑管： di =17.8mm ；螺旋槽管： Di=17.8mm ；光滑管与螺旋槽管均为黄铜 管，换热管长度均为 1.224m ；2 风机型号： D24 型微音气泵； 3 铜电阻： Cu50 型；4蒸汽发生器：用219 x 6mm不锈钢管制成，由2kW电加热棒加热，其中1kW 为常加热， 1kW 由智能程序控温仪控制并显示其中温度；5流量计： LZB 40 空气转子流量计，范围： 660m3/h。五、实验方法1 把蒸汽发生器加蒸馏水至恒定

9、水位， 然后关闭蒸汽阀，翻开总电源开关，给温控仪设定适当温度。2 待蒸汽发生器内温度接近设定温度时， 翻开蒸汽阀门，使蒸汽进入套管环隙，并翻开 放气阀排除不凝性气体。微开排液阀，以便冷凝水及时排除。3 翻开空气旁通阀，开启风机，调节阀门使流量到指定刻度，待稳定后，记录数据4 改变空气流量，稳定后，读取数据。5 实验结束后，先关闭空气调节阀后关闭风机，最后关闭总电源开关。6 读大气压力计值，记录操作条件下大气压强值。注意: 实验过程中应及时排除不凝性气体和冷凝水。但在排放过程中，尽量不要影响实 验操作的稳定性。六、实验报告1.在双对数坐标纸上以 Nu为纵坐标，以 Re为横坐标绘出 Nu Re曲线。2 .整理出光滑管或螺旋槽管的 Nu=CRem准数方程式。3 列出实验结果，写出典型数据