實(shí)驗(yàn)五空氣在圓形直管中強(qiáng)制對(duì)流傳熱膜系數(shù)的測(cè)定

1、實(shí)驗(yàn)五 空氣在圓形直管中強(qiáng)制對(duì)流傳熱膜系數(shù)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過實(shí)驗(yàn)掌握傳熱膜系數(shù)的測(cè)定方法，并分析影響的因素；2、掌握確定傳熱膜系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式中的系數(shù)C和指數(shù)m、n的方法；3、通過實(shí)驗(yàn)提高對(duì)關(guān)聯(lián)式的理解，了解工程上強(qiáng)化傳熱的措施；4、掌握測(cè)溫?zé)犭娕嫉氖褂梅椒?。二、?shí)驗(yàn)原理對(duì)流傳熱的核心問題是求算傳熱膜系數(shù)，當(dāng)流體無相變化時(shí)對(duì)流傳熱準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式一般形式為： Nu = C Rem Prn Grp對(duì)強(qiáng)制湍流，Gr準(zhǔn)數(shù)可以忽略。 Nu = C Rem Prn 本實(shí)驗(yàn)中，可用圖解法和最小二乘法兩種方法計(jì)算準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式中的指數(shù)m、n和系數(shù)C。用圖解法對(duì)多變量方程進(jìn)行關(guān)聯(lián)時(shí)，要對(duì)不同變量Re和Pr分別回歸

2、。為了便于掌握這類方程的關(guān)聯(lián)方法，可取n = 0.4（實(shí)驗(yàn)中流體被加熱）。這樣就簡(jiǎn)化成單變量方程。兩邊取對(duì)數(shù)，得到直線方程：在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)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(diǎn)的函數(shù)值代入方程中得到系數(shù)C，即用圖解法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)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(guān)聯(lián)結(jié)果。應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)多變量方程進(jìn)行一次回歸，就能同時(shí)得到C、m、n。可以看出對(duì)方程的關(guān)聯(lián)，首先要有Nu、Re、Pr的數(shù)據(jù)組。 雷諾準(zhǔn)數(shù) 努塞爾特準(zhǔn)數(shù) 普蘭特準(zhǔn)數(shù) d 換熱器內(nèi)管內(nèi)徑（m）1空氣傳熱膜系數(shù)（W/m2·） 空氣密度（kg/m3）空氣的導(dǎo)熱系數(shù)（W/m·）p空

3、氣定壓比熱（J/kg·）實(shí)驗(yàn)中改變空氣的流量以改變準(zhǔn)數(shù)Re之值。根據(jù)定性溫度計(jì)算對(duì)應(yīng)的Pr準(zhǔn)數(shù)值。同時(shí)由牛頓冷卻定律，求出不同流速下的傳熱膜系數(shù)值。進(jìn)而算得Nu準(zhǔn)數(shù)值。因?yàn)榭諝鈧鳠崮は禂?shù)1遠(yuǎn)小于蒸汽傳熱膜系數(shù)2，所以傳熱管內(nèi)的對(duì)流傳熱系數(shù)1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 =1AtmA傳熱面積（m2）（內(nèi)管內(nèi)表面積）tm管內(nèi)外流體的平均溫差（） 其中： t1= T - t1 , t2= T - t2 T蒸汽的溫度， 傳熱量Q可由下式求得： Q= w p（t2-t1）/3600 =Vp（t2-t1）/3600w 空氣質(zhì)量流量（kg/h）V空氣體積流量（m3/h）

4、t1,t2空氣進(jìn)出口溫度（）實(shí)驗(yàn)條件下的空氣流量V（m3/h）需按下式計(jì)算： 空氣入口溫度下的體積流量（m3/h） 空氣進(jìn)出口平均溫度（）其中可按下式計(jì)算 P孔板兩端壓差（KPa）進(jìn)口溫度下的空氣密度（kg/m3）本實(shí)驗(yàn)裝置是兩條套管換熱器，其中一條內(nèi)管是光管，另一條內(nèi)管是螺旋槽管，分別測(cè)定和對(duì)比流體在兩種管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流時(shí)的傳熱膜系數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)定水蒸汽空氣物系在常用流速范圍內(nèi)的傳熱膜系數(shù)；2、.先設(shè)定一種操作條件，待達(dá)到定態(tài)操作后，再增加50%的熱（或冷）流體量，并維持熱（或冷）流體的進(jìn)出口溫度不變。你認(rèn)為應(yīng)采取哪些措施。在實(shí)驗(yàn)中實(shí)施之。四、實(shí)驗(yàn)方法1、首先用蒸汽發(fā)生器加熱產(chǎn)生蒸汽，打

5、開光管側(cè)風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)孔板流量計(jì)R值約為20左右。2、待進(jìn)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(cè)蒸汽進(jìn)氣閥，開始讀取溫度T、t1、t2、t壁，孔板流量計(jì)R值及孔前表壓Rp，將這些數(shù)據(jù)記錄在實(shí)驗(yàn)記錄表上。3、改變孔板流量R值約為30，再測(cè)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(fù)幾次，將數(shù)據(jù)記錄到實(shí)驗(yàn)記錄表上。5、實(shí)驗(yàn)結(jié)束，先關(guān)閉蒸汽發(fā)生器加熱電源，待系統(tǒng)冷卻后，再停風(fēng)機(jī)。五、實(shí)驗(yàn)裝置和流程1.風(fēng)機(jī) 2.流量計(jì) 3.調(diào)節(jié)閥 4.蒸汽套管 5.視鏡 6.溫度計(jì) 7.熱電偶 8.安全閥 9.壓力表

6、 10.壓差計(jì) 11.蒸汽閥 12.放氣考克 13.疏水器 14.熱電偶轉(zhuǎn)換開關(guān)圖 4 實(shí)驗(yàn)流程圖六、數(shù)據(jù)記錄與處理管型：管內(nèi)徑：17.8mm 室溫： oC 實(shí)驗(yàn)日期： 大氣壓強(qiáng)： （mmHg） 序號(hào)進(jìn)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(jì)前表壓Rp（mmHg）流量計(jì)示值R（mmH2O）管子壓差P（mmH2O）123456781、數(shù)據(jù)的計(jì)算整理及列表：（a）對(duì)數(shù)平均溫度，定性溫度：tm=（oC）t定=（t1+t2）/2 （oC）（b）密度的計(jì)算：= 0.4645() （kg/m3）式中：Pa大氣壓強(qiáng)（mmHg），可

7、取當(dāng)?shù)厝昶骄髿鈮簭?qiáng)計(jì)算；Rp流量計(jì)前端被測(cè)介質(zhì)表壓強(qiáng)，mmHgt流量計(jì)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 (kg/s) R壓差計(jì)示值，mmH2O （d）雷諾數(shù)（Re）的計(jì)算：Re=注：在0-120oC范圍內(nèi)，可按下式計(jì)算：=1.72×10-5+4.77×10-8 t定 （e）實(shí)測(cè)的Nu數(shù)：Nu測(cè)=其中Cp：0-70oC范圍內(nèi)，Cp=1.005（kJ/kg·k）；t定=70120oC Cp=1.009（kJ/kg·k） 在t定=4080o范圍內(nèi)可用下式計(jì)算： Fm=，換

8、熱長(zhǎng)度L=1.224（米）Fm =×0.0178×1.224=0.0685 m2（f）按通和關(guān)聯(lián)式計(jì)算的Nu數(shù)：Nu計(jì)=0.0199×(Re)0.8() 實(shí)測(cè)Nu測(cè)與Nu計(jì)相比較，相對(duì)誤差；=2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果列表和作圖：數(shù)據(jù)整理結(jié)果列于下表中，并且將結(jié)果作出lnRelnNu關(guān)系散點(diǎn)圖。序號(hào)tmReLn()Ln()Ln(Re)12345678實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二 螺旋槽管給熱準(zhǔn)數(shù)方程的測(cè)定實(shí)驗(yàn)時(shí)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(yuǎn)比光管高，這證明螺紋強(qiáng)化了傳熱過程。當(dāng)然我們還應(yīng)具體地測(cè)量它的給熱準(zhǔn)數(shù)方程式。這項(xiàng)測(cè)定和前述光管的測(cè)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(duì)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(shí)，兩種管子的雷諾數(shù)相同。這樣處理方法，見諸于中、外文獻(xiàn)。實(shí)驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)和結(jié)果見表：因?yàn)镹u=cRem LnNu=Lnc+mLnRe m為lnNu-lnRe直線的斜率，lnC為截距。從而得出m,c.因此可以計(jì)算出這種螺旋槽管給熱準(zhǔn)數(shù)方程式是：Nu=cRem 七、思考題1、在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中，有哪些因數(shù)影響實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性？2、影響傳熱系數(shù)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(dòng)？你在操作中主要調(diào)動(dòng)哪些因數(shù)？八、