實驗五 對流傳熱系數(shù)

實驗五對流傳熱系數(shù)第1頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/202實驗五對流傳熱系數(shù)的測定一、實驗?zāi)康?.學(xué)會對流傳熱系數(shù)的測定方法。（換熱器的性能參數(shù)，決定換熱器的尺寸）2.測定空氣在圓形直管內(nèi)(或螺旋槽管內(nèi))的強(qiáng)制對流傳熱系數(shù)，并把數(shù)據(jù)整理成準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式，以檢驗通用的對流傳熱準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。3.了解影響對流傳熱系數(shù)的因素和強(qiáng)化傳熱的途徑。第2頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/203實驗五對流傳熱系數(shù)的測定二、基本原理1．對流傳熱系數(shù)的測定（有相變化的傳熱過程）套管式換熱器第3頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/204二、基本原理在套管換熱器中，環(huán)隙中通水蒸汽，（飽和蒸汽走管間，以便及時排除不凝液和不凝氣體，而且蒸汽較潔凈，管間易清洗）內(nèi)管管內(nèi)通空氣，水蒸汽冷凝放熱加熱空氣，當(dāng)傳熱達(dá)到穩(wěn)定之后空氣側(cè)對流傳熱系數(shù)i與總傳熱系數(shù)K有以下關(guān)系：第4頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/205二、基本原理

與相比很小可以忽略，所以，這樣做避免了壁溫的測量。根據(jù)傳熱速率方程和熱量衡算式有如下關(guān)系

第5頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/206二、基本原理

從上式推倒出管內(nèi)空氣對流傳熱系數(shù)的計算式所以當(dāng)傳熱達(dá)到穩(wěn)定后，用蒸汽溫度可計算出tm，利用儀器測出各數(shù)據(jù)，就能計算出實測值i。

第6頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/207二、基本原理2．準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式對流傳熱系數(shù)是研究傳熱過程及換熱器性能的一個很重要的參數(shù)。這種傳熱過程是冷熱流體通過固體壁面（傳熱元件）進(jìn)行的熱量交換，由熱流體對固體壁面的對流傳熱、固體壁面的熱傳導(dǎo)和固體壁面對冷流體的對流傳熱所組成。第7頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/208二、基本原理由傳熱速率方程式知，單位時間、單位傳熱面所傳遞的熱量為

Q=K(T-t)

而對流傳熱所傳遞的熱量，對于冷熱流體可由牛頓定律表示

Q=h·(T-Tw1)或Q=c·(tw2-t)

不能通過解析法得到對流傳熱系數(shù)的關(guān)系式，它必須由實驗加以測定獲得。第8頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/209二、基本原理采用因次分析法組成若干個無因次數(shù)群，獲得描述對流傳熱過程的無因次方程。如流體在圓形（光滑）直管中做強(qiáng)制對流傳熱時傳熱系的變化規(guī)律可用如下準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式表示

Nu=CRemPrn

C=0.023m=0.8加熱n=0.4；冷卻n=0.3。

w=vρ=uAρ

第9頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2010二、基本原理對空氣而言，在較大的溫度和壓力范圍內(nèi)Pr準(zhǔn)數(shù)實際上保持不變，取Pr=0.7。因空氣被加熱，取n=0.4，則努塞爾準(zhǔn)數(shù)可簡化為：

(C′=C·Prn=0.867C)對上式兩邊取對數(shù)lnNu~lnRe作圖為直線，直線的斜率為m，截距為lnC′對于螺旋槽管的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式：第10頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2011二、基本原理3．Re與Nu的計算

式中di———管內(nèi)徑,m；

———定性溫度下空氣的粘度，Pa·S；

式中—定性溫度下空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，W(m·℃)。第11頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2012三、實驗裝置及流程1．實驗流程本實驗有四套套管換熱器組成，其中一套是螺旋槽管（為了增加湍動,傳熱好，空氣進(jìn)出口溫差大），另三套是光滑管。第12頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2013三、實驗裝置及流程1．實驗流程12346578910111213對流傳熱實驗裝置流程圖1.蒸汽發(fā)生器2．壓力表3．安全閥4．套管換熱器5．儀表箱6．U型管壓差計7．放氣閥8．轉(zhuǎn)子流量9．旁通閥10．氣泵11．冷凝水罐12．溫度顯示儀13．閥門第13頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2014三、實驗裝置及流程第14頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/20151．實驗流程注意事項：1.溫度計埋在壁面內(nèi)，測得的α實際包括了壁面污垢的影響2.旁通閥的使用：始終不能完全關(guān)閉。因為關(guān)閉后，會使阻力無限增大，容易燒壞氣泵。做完實驗后，應(yīng)先全開旁通閥，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)為0，在關(guān)閉氣泵，否則會損害轉(zhuǎn)子流量計。第15頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/20162.測定參數(shù)及儀表1）冷熱流體的流量Q——轉(zhuǎn)子流量計（蒸汽——空氣：體積流量）2）溫度T——銅電阻溫度計（蒸汽——空氣）3）壓強(qiáng)P——U型壓差計4）特征尺寸d，l——給出要在特定T，P下，對進(jìn)行校正，換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的Vs。第16頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2017四、操作要點1.把蒸汽發(fā)生器加蒸餾水至恒定水位，然后關(guān)閉蒸汽閥，打開總電源開關(guān)，給溫控儀設(shè)定適當(dāng)溫度（105~108°C）。2.待蒸汽發(fā)生器內(nèi)溫度接近設(shè)定溫度時，打開蒸汽閥門至最大，閥門14；使蒸汽進(jìn)入套管環(huán)隙。（空氣走管內(nèi)，空氣不易產(chǎn)生污垢，以清潔；水蒸氣走管間，易排除不凝氣體和清潔）3.打開放氣閥排除不凝性氣體，打開放氣閥7；4.微開排液閥，以便冷凝水及時排除。一直保持打開狀態(tài)，但不要太大，以免蒸汽大量被排走，而且會使蒸汽溫度降低，即稍有冒汽即可。第17頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2018四、操作要點5.保證蒸汽溫度盡量穩(wěn)定，排除不凝氣體6.等蒸汽穩(wěn)定后，打開空氣旁通閥（配合風(fēng)機(jī)正確使用），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)，即進(jìn)出口溫度差恒定時記錄。6.改變空氣流量，穩(wěn)定后，讀取數(shù)據(jù)。7.實驗結(jié)束后，先打開空氣調(diào)節(jié)閥后關(guān)閉風(fēng)機(jī)，最后關(guān)閉總電源開關(guān)。8.讀大氣壓力計值，記錄操作條件下大氣壓強(qiáng)值。第18頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2019五、思考題1.實驗過程中，蒸汽溫度改變對實驗結(jié)果有什么影響？如何保持蒸汽溫度恒定？蒸汽溫度提高，只影響tm，T增大，tm增大，在其它條件不變的情況下，從公式可以看出，對流傳熱系數(shù)減小。措施：及時排除不凝氣體和冷凝水，保持蒸汽壓力恒定。第19頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2020五、思考題2.本實驗中，空氣與蒸汽流徑能否改變？這樣安排的優(yōu)點是什么？書275~2763.實驗過程中，如何判斷傳熱達(dá)到穩(wěn)定？在實驗進(jìn)行一段時間后，如果在溫度顯示儀上蒸汽的溫度和空氣的出口溫度都為穩(wěn)定值，即表示傳熱達(dá)到穩(wěn)定。第20頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2021五、思考題4.蒸汽冷凝過程中不凝性氣體存在對實驗結(jié)果會有什么影響？應(yīng)采取什么措