實驗C 3 對流傳熱系數(shù)及準數(shù)關聯(lián)式常數(shù)的測定

實驗C3對流傳熱系數(shù)及準數(shù)關聯(lián)式常數(shù)的測定學號082N57姓名_第二套裝置組別D6同組人姓名實驗日期一、實驗目的了解套管換熱器的構造。一、實驗目的掌握用熱電偶溫度計測量溫度的方法。通過對空氣一水蒸氣簡單套管換熱器的實驗研究，掌握對流傳熱系數(shù)弓的測定方法，加深對其概念和影響因素的理解。并應用線性回歸分析方法，確定關聯(lián)式Nu=ARemPr0.4中常數(shù)A、m的值。通過對管程內(nèi)部插有螺旋線圈的空氣一水蒸氣強化套管換熱器的實驗研究，測定其準數(shù)關聯(lián)式Nu=BRem中常數(shù)B、m的值和強化比Nu/Nu0，了解強化傳熱的基本理論和基本方式。二、實驗原理對流傳熱系數(shù)a值的測定：空氣傳熱膜系數(shù)a可以通過測定總傳熱系數(shù)（K）進行測取。（4-27）因管壁很薄，可將圓壁看成平壁，這里因是空氣，故不計污垢熱阻，上述兩項熱阻均可忽略，111—=—+——Kaa2awK=其中At=("進)I")=‘出_’進mln"進ln"進T-1出T-1出Q=qc(t—t)=qc(t—t)m,cp,cc2c1m,hp,hh1h2qm,c=qv,cptm=(t1+t2)/2式中：竹空氣體積流量，ms/s（由流量計測取）P——流經(jīng)流量計處的空氣密度，kg/m3；Cp——空氣定壓比熱［〃kg-K］（可取于空氣在101.3kPa下的數(shù)值）;t進、t出——空氣進、出口溫度，°C；A換熱面積，m2，a=ndl。對流傳熱系數(shù)準數(shù)關聯(lián)式的實驗確定Nu=f（Re,Pr）空氣在圓形直管中作湍流流動的給熱準數(shù)方程：N=ARemPr0.4

u兩邊取對數(shù)，一般可寫成lg獸=mlgRe+1gAPro,4可簡寫成Y=mX+B在對數(shù)坐標紙上為一直線，所得直線的斜率等于待求的常數(shù)m，截據(jù)為B.三、裝置及流程本實驗裝置及流程實際此裝置由兩套套管換熱器組成，1、普通套管換熱器；2、內(nèi)插有螺旋線圈的強化套管換熱器；3、蒸汽發(fā)生器;4、旋渦氣泵；5、旁路調(diào)節(jié)閥；6、孔板流量計；7、風機出口溫度（冷流體入口溫度）測試點；8、9空氣支路控制閥；10、11、蒸汽支路控制閥；12、13、蒸汽放空口；14、蒸汽上升主管路；15、加水口；16、放水口；17、液位計；18、冷凝液回流口傳熱管參數(shù)：表1實驗裝置結構參數(shù)實驗內(nèi)管內(nèi)徑d.（mm）20.00實驗內(nèi)管外徑do（mm）22.0實驗外管內(nèi)徑D.（mm）50實驗外管外徑D（mm）57.0測量段（紫銅內(nèi)管）-長度l（m）1.20強化內(nèi)管內(nèi)插物（螺旋線圈）尺寸絲徑h(mm)1節(jié)距H(mm)40加熱釜操作電壓^200伏操作電流^10安四、實驗方法及步驟1、準備工作1）接通電源總閘2）檢查鼓風機運轉(zhuǎn)是否正常，檢查空氣進口閥是否正常；3）向電加熱釜加水全液位計上端紅線處；4）放掉管路及分離器內(nèi)的冷凝水2、實驗步驟1）水沸騰后，水蒸氣自行進入套管換熱器外管，觀察蒸汽排出口有恒量蒸汽排出2）約加熱十分鐘后，啟動鼓風機3）調(diào)節(jié)空氣流量旁路閥的開度4）穩(wěn)定5-8分鐘可轉(zhuǎn)動各儀表讀取J、t2、t3各值5）重復3）與4）共做6個空氣流量值'6）最大、最小值必須做7）換成強化管重復以上操作。3、實驗結素1）關閉加熱器開關2）待套管溫度下降至50oC以下后關閉鼓風機，并將旁路閥全開3）切斷總電源實驗數(shù)據(jù)記錄普通套管123456流量（Kpa）0.461.151.82.373.013.86泵出口溫度23.223.623.823.823.823.8流量計處流量q、s/m3/h14.7623.3429.2133.5237.7842.7871-傳熱管內(nèi)流量q/m3/h0tm15.1824.0530.1134.5839.0644.41t(C)24.729.530.932.134.437.6t2(°C)56.154.153.753.554.156.35099.899.899.899.899.999.7MO40.441.842.342.844.247.0△MO58.0057.1256.7456.3255.0652.19

Q/W151.41187.13216.80233.29241.48258.778a./(W/m2?°C)134.6343.4550.6854.9358.1665.76u(m/s)13.4221.2626.6230.5834.5439.27P；(kg/m3)1.1271.1221.121.1181.1131.104入；X10027.5927.6927.2127.7627.8528.05CPt101510151015101510151016ptX10000019.119.219.219.219.319.4Re1583424850.0531061.8535610.4239834.2644695.08Nu25.1031.3837.2539.5841.7746.89Pr0.70270.70380.71620.70200.70340.7027強化套管123456流量（Kpa）0.280.71.081.592.12.56泵出口溫度tn?24.224.224.424.825.025.0流量計處流量q、”0/m3/h11.5318.2322.6627.5031.6234.91,1-傳熱管內(nèi)流量qvtm/m3/h12.0719.0523.6428.7333.0936.74t?C)31.432.933.835.437.843.1t2(C)73.569.868.268.268.770.5t、（C）52.451.45151.853.256.8tm(C)52.451.45151.853.256.8△MO44.0545.9046.7145.8644.6841.40Q/W155.71216.08250.45289.35312.55304.60a/(W/m2?°C)46.8862.4371.1183.6892.7797.58u(m/s)10.6716.8520.9025.4029.2632.48Pt(kg/m3)1.0851.0881.091.0871.0821.07入tX10028.4328.3628.3328.3928.4828.74CPt101710171017101710171018ptX10000019.719.619.619.719.719.9Re11751.9818702.1123251.5728030.4732139.5934933.49Nu32.9844.0350.2058.9565.1567.90Pr0.70470.70290.70360.70570.70350.7049實驗數(shù)據(jù)的計算過程（以普通管第一列數(shù)據(jù)為例）。1.已知數(shù)據(jù)及有關常數(shù):孔板流量計壓差P=0.46Kpa、進口溫度匕=24.7°C、出口溫度t?=56.1°C壁面溫度熱電勢99.8C。12(1)傳熱管內(nèi)徑4(mm)及流通斷面積A(m2).di=20.0(mm),=0.0200(m);A=n(d2)/4=3.142X(0.0200)2/4=0.0003142(m2).(2)傳熱管有效長度L(m)及傳熱面積si(m2).L=1.20(m)s=nL4=3.142X1.20X0.0200=0.07541^2).

(3)t0(r)為孔板處空氣的溫度，為由此值查得空氣的平均密度pt1，例如：t1=23,2°C，查得Pt1=1.192Kg/m3。(4)傳熱管測量段上空氣平均物性常數(shù)的確定.先算出測量段上空氣的定性溫度t(C)為簡化計算，取t值為空氣進口溫度t(C)及出口溫度t(C)的平均值，即t==24.7+56.1=40.4(C)12-22此查得：測量段上空氣的平均密度p=1.127(Kg/m3);測量段上空氣的平均比熱Cp=1005(J/Kg?K);測量段上空氣的平均導熱系數(shù)入=0.02759/m?K);測量段上空氣的平均粘度M=19.1(.Pa-s);對流傳熱系數(shù)a值的計算傳熱管內(nèi)平均體積流量qv由下面校正計算：q=cA:包=0.65x0.0003142x3600x'2X460=14.76(m3/h)vt000［，p1.192110q=qi'-P*0=14.76xj；；；；=15.18(m3/h)'m冷熱流體間的平均溫度差At=58.00(C)(99.8-24.7)-(99.8-56.1)I99.8-24.7ln99.8-56.1傳熱速率(W)qxpxCQ=—v,c1pcQ：3600xAt)=14.76x1.085x1005x(56.1-24.7)=15571(W)3600a.=Q/(AtxS)=155.71/(58.00x0.07541)=34.63(W/m2?C)對流傳熱系數(shù)準數(shù)關聯(lián)式的有關計算傳熱管內(nèi)流速u=q/(Ax3600)=15.18/(0.0003142x3600)=13.42(m/s)怒賽爾數(shù)Nu=axd/X=34.63x0.0200/0.02759=25.10雷諾數(shù)Re=dxup/旦=0.0200x13.42x1.085/0.0000191=15834普朗特數(shù)Pr=cp/入二1015X0.0000191/0.02759=0.07027At=58.00(C)傳熱速率(W)qxpxCQ=—v,c1pcQ：3600xAt)=14.76x1.085x1005x(56.1-24.7)=15571(W)3600重復以上計算得P

普通管：Pr0,41.4611.5581.6291.6591.6821.732lgRe4.1204.3954.4924.5524.6004.650強化管：\g、1.5791.7051.7621.8311.8751.893Pr0,4\gRe4.0704.2724.3664.4484.5074.543對準數(shù)關聯(lián)式】g上=g旻1gA作圖:對于普通管：直線方程為Y=0.590X-1.023,則m=0.590,A=10-lo23=0.09484故關聯(lián)式為Nu=0.09484Re0.590對于強化管：直線方程為Y=0.674X-1.171,貝Um=0.674,A=10-1.17=0.06745故關聯(lián)式為Nu=0.06745Re0?674分析討論Nu是強化管的努塞爾準數(shù)，N"。是普通管的努塞爾準數(shù)，由圖的，強化比NuNu0>1，而且它的值越大，強化效果越好。檢查蒸汽加熱釜