實(shí)驗(yàn)五對(duì)流傳熱系數(shù)

1、實(shí)驗(yàn)五對(duì)流傳熱系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 學(xué)會(huì)對(duì)流傳熱系數(shù)的測(cè)定方法。2 測(cè)定空氣在圓形直管內(nèi)或螺旋槽管內(nèi)的強(qiáng)制對(duì)流傳熱系數(shù)，并把數(shù)據(jù)整理成準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式，以檢驗(yàn)通用的對(duì)流傳熱準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。3 了解影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素和強(qiáng)化傳熱的途徑。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測(cè)定不同空氣流量下空氣和水蒸汽在套管換熱器中的進(jìn)、出口溫度，求得空氣在管內(nèi)的對(duì)流傳熱系數(shù)。三、根本原理1 .準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式對(duì)流傳熱系數(shù)是研究傳熱過程及換熱器性能的一個(gè)很重要的參數(shù)。在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中經(jīng)常采用間壁式換熱裝置來到達(dá)物料的冷卻和加熱目的，這種傳熱過程是冷熱流體通過固體壁面?zhèn)鳠嵩M(jìn)行的熱量交換，由熱流體對(duì)固體壁面的對(duì)流傳熱、固體壁面 的熱傳導(dǎo)和固體壁

2、面對(duì)冷流體的對(duì)流傳熱所組成。由傳熱速率方程式知，單位時(shí)間、單位傳熱面所傳遞的熱量為q=K(T-t)(51)而對(duì)流傳熱所傳遞的熱量，對(duì)于冷熱流體可由牛頓定律表示q= h (T-T wi)(5 2)或q= c (tw2-t)(53)式中q-傳熱量，W/m2;-一給熱系數(shù)，W/m2 T 熱流體溫度，c；t冷流體溫度，c；T wi、tw2熱、冷流體側(cè)的壁溫，c；下標(biāo):c冷側(cè)h熱側(cè)。由于對(duì)流傳熱過程十分復(fù)雜，影響因素極多，目前尚不能通過解析法得到對(duì)流傳熱系數(shù)的關(guān)系式，它必須由實(shí)驗(yàn)加以測(cè)定獲得各影響因素與對(duì)流傳熱系數(shù)的定量關(guān)系。為了減少實(shí)驗(yàn)工作量，采用因次分析法將有關(guān)的影響因素?zé)o因次化處理后組成假設(shè)干個(gè)無

3、因次數(shù) 群，從而獲得描述對(duì)流傳熱過程的無因次方程。在此根底上組織實(shí)驗(yàn)，并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得 到相應(yīng)的關(guān)系式，如流體在圓形光滑直管中做強(qiáng)制對(duì)流傳熱時(shí)傳熱系的變化規(guī)律可用 如下準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式表示(5 4)Nu=CRemPrn(55)du dwRe(56)A式中 Nu努塞爾特準(zhǔn)數(shù)；Re-雷諾準(zhǔn)數(shù)；Pr-普蘭特準(zhǔn)數(shù)；w-空氣的質(zhì)量流量，Kg s；d熱管內(nèi)徑，m；A換熱管截面積，m2；定性溫度下空氣的粘度，Pa S；定性溫度下空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，W(m C )；對(duì)流傳熱系數(shù)，W (m2 C )當(dāng)流體被加熱時(shí)，n=0.4 ；被冷卻時(shí)，n=0.3。此式的適用范圍：Re>10000, 0.7<Pr<12

4、0，長(zhǎng)與管徑比 60 ,低粘度的流體(<2倍常溫下水的粘度)。計(jì)算各物理量的定性溫度用di進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值。對(duì)空氣而言，在較大的溫度和壓力范圍內(nèi)Pr準(zhǔn)數(shù)實(shí)際上保持不變，取Pr =0.7。因空氣被加熱，取 n=0.4，那么(54)式可簡(jiǎn)化為：Nu C Rem(C'=C Prn=0.867C)(5 7)對(duì)于螺旋槽管的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式：Nu 0.00406Re101752 對(duì)流傳熱系數(shù)的測(cè)定在套管換熱器中，環(huán)隙中通水蒸汽，內(nèi)管管內(nèi)通空氣，水蒸冷凝放熱加熱空氣，當(dāng)傳熱到達(dá)穩(wěn)定之后空氣側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)i與總傳熱系數(shù)K有以下關(guān)系:式中K管壁厚度，om;(58)管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W (m C

5、)； 管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)，W (m2)； '管外對(duì)流傳熱系數(shù)，W (m2)。因管內(nèi)流動(dòng)的是空氣，管外流動(dòng)的是水蒸汽，所以兩側(cè)污垢熱阻可不計(jì)。式中一為1黃銅管壁熱傳導(dǎo)的熱阻，其中=0.001m , =377W (m C )，所以一很小，為蒸汽冷01 1凝膜的熱阻，L與相比很小可以忽略，所以K i。0i根據(jù)傳熱速率方程和熱量衡算式有如下關(guān)系Q KS tm WCp t出 t進(jìn)(59)其中tmT t出Tt進(jìn)T InT式中傳熱速率，K總傳熱系數(shù)，W空氣的質(zhì)量流量，Cp空氣的平均比熱，t出空氣出口溫度，t進(jìn)空氣進(jìn)口溫度，t對(duì)數(shù)平均溫度差，T蒸汽溫度，于是式59可改寫成Q= i S tmW;W (m2

6、 C )；Kg s；J(Kg C )；C;C；C；Co從而得到管內(nèi)空氣對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算式式中WCp t 出(510)WCp t出t進(jìn) s t m空氣的體積流量， 流經(jīng)流量計(jì)處空氣密度， 所以當(dāng)傳熱到達(dá)穩(wěn)定后，用蒸汽溫度可計(jì)算出Vs出實(shí)測(cè)值m。3. Re與式中Vs C p t出t進(jìn)s tm3m s;Kg m3ot叫利用儀器測(cè)出各數(shù)據(jù),(5 11)i，從而整理出Nu準(zhǔn)數(shù)與Re準(zhǔn)數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，最后確定出式中的就能計(jì)算C與指數(shù)Nu的計(jì)算4V&d.IV 1274 一 dii(5 12)di管內(nèi)徑，定性溫度下空氣的粘度,idim;Pa S;Nu(5 13)式中4 .流量的測(cè)量和密度的計(jì)算定性

7、溫度下空氣的導(dǎo)熱系數(shù),W(m C )。式中2731.293 -760-大氣壓強(qiáng)可取當(dāng)?shù)卮髿鈮?流量計(jì)前端被測(cè)介質(zhì)表壓強(qiáng) 流量計(jì)前端被測(cè)介質(zhì)溫度可取pa Rp273(5 14)t=t 進(jìn))mmHg mmHgC式中Vo轉(zhuǎn)子流量計(jì)的讀數(shù);go標(biāo)定轉(zhuǎn)子時(shí)空氣的密度;實(shí)際操作情況時(shí)氣體密度。四、實(shí)驗(yàn)裝置及流程1 .實(shí)驗(yàn)流程本實(shí)驗(yàn)有四套套管換熱器組成，其中一套是螺旋槽管，另三套是光滑管?？諝庥娠L(fēng)機(jī)輸送，經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量后送套管換熱器內(nèi)管換熱后排向大氣。蒸汽由蒸汽發(fā)生器經(jīng)蒸汽調(diào)節(jié)閥送入套管換熱器的套管環(huán)隙，不凝性氣體由放氣閥排出，冷凝水由排液閥排出。實(shí) 驗(yàn)裝置流程如下圖。81.蒸汽發(fā)生器2 壓力表 3平安閥

8、4套管換熱器5儀表箱6. U型管壓差計(jì)7 放氣閥8.轉(zhuǎn)子流量計(jì) 9.旁通閥 10 .氣泵 11.冷凝水罐 12 .溫度顯示儀 13.閥門2主要設(shè)備儀表規(guī)格1 光滑管： di =17.8mm ；螺旋槽管： Di=17.8mm ；光滑管與螺旋槽管均為黃銅 管，換熱管長(zhǎng)度均為 1.224m ；2 風(fēng)機(jī)型號(hào)： D24 型微音氣泵； 3 銅電阻： Cu50 型；4蒸汽發(fā)生器：用219 x 6mm不銹鋼管制成，由2kW電加熱棒加熱，其中1kW 為常加熱， 1kW 由智能程序控溫儀控制并顯示其中溫度；5流量計(jì)： LZB 40 空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)，范圍： 660m3/h。五、實(shí)驗(yàn)方法1 把蒸汽發(fā)生器加蒸餾水至恒定

9、水位， 然后關(guān)閉蒸汽閥，翻開總電源開關(guān)，給溫控儀設(shè)定適當(dāng)溫度。2 待蒸汽發(fā)生器內(nèi)溫度接近設(shè)定溫度時(shí)， 翻開蒸汽閥門，使蒸汽進(jìn)入套管環(huán)隙，并翻開 放氣閥排除不凝性氣體。微開排液閥，以便冷凝水及時(shí)排除。3 翻開空氣旁通閥，開啟風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)閥門使流量到指定刻度，待穩(wěn)定后，記錄數(shù)據(jù)4 改變空氣流量，穩(wěn)定后，讀取數(shù)據(jù)。5 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先關(guān)閉空氣調(diào)節(jié)閥后關(guān)閉風(fēng)機(jī)，最后關(guān)閉總電源開關(guān)。6 讀大氣壓力計(jì)值，記錄操作條件下大氣壓強(qiáng)值。注意: 實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)及時(shí)排除不凝性氣體和冷凝水。但在排放過程中，盡量不要影響實(shí) 驗(yàn)操作的穩(wěn)定性。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1.在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上以 Nu為縱坐標(biāo)，以 Re為橫坐標(biāo)繪出 Nu Re曲線。2 .整理出光滑管或螺旋槽管的 Nu=CRem準(zhǔn)數(shù)方程式。3 列出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，寫出典型數(shù)據(jù)