實驗五空氣在圓形直管中強制對流傳熱膜系數(shù)的測定

1、實驗五空氣在圓形直管中強制對流傳熱膜系數(shù)的測定一、實驗目的1、 通過實驗掌握傳熱膜系數(shù)a的測定方法，并分析影響a的因素；2、掌握確定傳熱膜系數(shù)準數(shù)關聯(lián)式中的系數(shù) C和指數(shù)m、n的方法；3、通過實驗提高對 a關聯(lián)式的理解，了解工程上強化傳熱的措施；4、掌握測溫熱電偶的使用方法。二、實驗原理對流傳熱的核心問題是求算傳熱膜系數(shù)a,當流體無相變化時對流傳熱準數(shù)關聯(lián)式一般形式為：Nu = C Rem Prn Grp對強制湍流，Gr準數(shù)可以忽略。Nu = C Rem Prn本實驗中，可用圖解法和最小二乘法兩種方法計算準數(shù)關聯(lián)式中的指數(shù)m、n和系數(shù)C。用圖解法對多變量方程進行關聯(lián)時，要對不同變量Re和Pr分

2、別回歸。為了便于掌握這類方程的關聯(lián)方法，可取n = 0.4 （實驗中流體被加熱）。這樣就簡化成單變量方程。兩邊取對數(shù)，得到直線方程：Nulg 04 lgC mlg RePr在雙對數(shù)坐標系中作圖，找出直線斜率，即為方程的指數(shù) m。在直線上任取一點的函數(shù)值代入方程中得到系數(shù) C,即NuPr0.4Re用圖解法，根據(jù)實驗點確定直線位置，有一定的人為性。而用最小二乘法回歸，可以得到最佳關聯(lián)結果。 應用計算機對多變量方程進行一次回歸,就能同時得到C、m、n?？梢钥闯鰧Ψ匠痰年P聯(lián),首先要有Nu、Re、Pr的數(shù)據(jù)組。雷諾準數(shù)Redu努塞爾特準數(shù)Nu普蘭特準數(shù)Prd換熱器管徑（a 空氣傳熱膜系數(shù)（W/m2 ：C

3、）P空氣密度（kg/m3）入空氣的導熱系數(shù)（W/m C）Cp空氣定壓比熱（J/kg C） 實驗中改變空氣的流量以改變準數(shù)m)Re之值。根據(jù)定性溫度計算對應的 Pr準數(shù)值。同時由牛頓冷卻定律，求出不同流速下的傳熱膜系數(shù)a值。進而算得Nu準數(shù)值。因為空氣傳熱膜系數(shù) ai遠小于蒸汽傳熱膜系數(shù)a,所以傳熱管的對流傳熱系數(shù)ai約等于冷熱流體間的總傳熱系數(shù)K 。則有牛頓冷卻定律：Q = aiAAtmA 傳熱面積（m2）（管表面積）Am管外流體的平均溫差（C）其中：A t= T - 11 ,Am T - 12Inti t；t2T蒸汽的溫度，CCC傳熱量 Q 可由下式求得：Q= w _p （t2-ti） /3

4、600 =V P p （t2-ti） /3600w 空氣質(zhì)量流量（kg/h）V 空氣體積流量（m3/h）ti ,t2 空氣進出口溫度（C）實驗條件下的空氣流量 V （m3/h）需按下式計算:273 t273_t1Vt 空氣入口溫度下的體積流量（m3/h）1t 空氣進出口平均溫度（C）其中Vt可按下式計算1VtlA P孔板兩端壓差（KPa）t1 進口溫度下的空氣密度（kg/m3）本實驗裝置是兩條套管換熱器，其中一條管是光管，另一條管是螺旋槽管，分別測定和對比流體在兩種管強制對流時的傳熱膜系數(shù)。三、實驗容1、測定水蒸汽一空氣物系在常用流速圍的傳熱膜系數(shù)；2、 先設定一種操作條件，待達到定態(tài)操作后，

5、再增加50%的熱（或冷）流體量，并 維持熱（或冷）流體的進出口溫度不變。你認為應采取哪些措施。在實驗中實施之。四、實驗方法1、 首先用蒸汽發(fā)生器加熱產(chǎn)生蒸汽，打開光管側風機，調(diào)節(jié)孔板流量計R值約為20 左右。2、 待進口溫度t1穩(wěn)定在35°C左右，蒸汽發(fā)生器停止加熱，打開光管側蒸汽進氣閥，開始讀取溫度T、ti、t2、t壁，孔板流量計R值及孔前表壓Rp，將這些數(shù)據(jù)記錄在實驗記錄 表上。3、 改變孔板流量 R值約為30，再測取以上數(shù)據(jù)并記錄，大約做5組數(shù)據(jù)。4、 然后打開蒸汽放氣閥，讓蒸汽發(fā)生器再次加熱，直至其停止加熱，同樣再做5組數(shù) 據(jù)，重復幾次，將數(shù)據(jù)記錄到實驗記錄表上。5、實驗結束

6、，先關閉蒸汽發(fā)生器加熱電源，待系統(tǒng)冷卻后，再停風機。五、實驗裝置和流程1風機 2流量計 3調(diào)節(jié)閥 4.蒸汽套管 5.視鏡 6.溫度計 7熱電偶 8.安全閥9壓力表10.壓差計11.蒸汽閥12.放氣考克13疏水器14.熱電偶轉換開關圖4實驗流程圖六、數(shù)據(jù)記錄與處理管型:管徑：17.8mm 室溫：°C實驗日期:大氣壓強(mmHg)序號進口溫度t1（°C）出口溫度t2 （°C）蒸汽溫度T（°C）管壁溫度t壁（°C）計前表壓Rp （ mmHg）流量計示值R （ mmH2O）管子壓差 P（ mmH2O）123456781數(shù)據(jù)的計算整理及列表： tm=t2

7、 tllnTtit2(°C)（a）對數(shù)平均溫度，定性溫度:t 定 =（ti+t2）/2（ °C）（b）密度的計算：Pa Rp3、=0.4645（）（ kg/m3）273 t式中：Pa大氣壓強（mmHg ），可取當?shù)厝昶骄髿鈮簭娪嬎?Rp 流量計前端被測介質(zhì)表壓強，mmHg t流量計前介質(zhì)溫度（oC），可取t=t1（c）質(zhì)量流量（Vs ）查產(chǎn)品說明書得流量系數(shù)C' =0.001233Vs =0.001233 . R（kg/s）R 壓差計示值，mmH2O（d）雷諾數(shù)（Re）的計算：dup dVsm mVsRe=1.273-d2d4注：在0-120oC圍，可按下式計算

8、:卩=1.72 X'5+4.77 X0-8 t 定(e) 實測的Nu數(shù)：d VsCp(t出 t進)Nu 測=一Fm tm其中 Cp : 0-70oC 圍，Cp=1.005 ( kJ/kg ); t 定=70120oC Cp=1.009 ( kJ/kg k) 在t定=4080。圍可用下式計算 ：0.024943e(0.002491t定)Fm= dmLdL ,換熱長度 L=1.224 (米)Fm =>0.0178 1.224=0.0685 m2(f) 按通和關聯(lián)式計算的Nu數(shù)：Nu 計=0.0199(Re)0.8(273 t 定273 t 壁實測Nu測與Nu計相比較，相對誤差S；Nu

9、測山十Nu測2、實驗結果列表和作圖：數(shù)據(jù)整理結果列于下表中，并且將結果作出InReInNu關系散點圖。序號t定 mPVsReNu測N u計Ln( Nu測)Ln( Nu 計)Ln (Re)12345678實驗項目二螺旋槽管給熱準數(shù)方程的測定實驗時可以發(fā)現(xiàn)，加熱蒸汽壓相同，空氣流量相同，但螺旋槽管的出口溫度遠比光管高， 這證明螺紋強化了傳熱過程。當然我們還應具體地測量它的給熱準數(shù)方程式。這項測定和前述光管的測定方法相同。由于兩種管子都是用同一管材軋制，為了便于對比，螺旋槽管管徑取與光管一致，這樣流量和定性溫度相同時，兩種管子的雷諾數(shù)相同。這 樣處理方法，見諸于中、外文獻。實驗的原始數(shù)據(jù)和結果見表：因為 Nu=cRemLnN u=L nc+mL nRem為InNu-InRe直線的斜率，InC為截距。從而得出 m,c.因此可以計算出這種螺旋槽管給熱準數(shù)方程式是：Nu=cRem七、思考題1、在實驗驗中，有哪些因數(shù)影響實驗的穩(wěn)定性？2、影響傳熱系數(shù) K的因數(shù)有哪些？3、在傳熱中，有哪些工程因數(shù)可以調(diào)動？你在