傳熱膜系數(shù)的測定

傳熱膜系數(shù)的測定一、 試驗(yàn)?zāi)康?、把握傳熱膜系數(shù)a及傳熱系數(shù)K的測定方法，并分析影響a的因素2A和指數(shù)m、n的方法：用圖解法和線性回歸法對a〔的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)展處理，求關(guān)聯(lián)式Nu=ARP0A中的常數(shù)、m的值3關(guān)聯(lián)式d=BR數(shù)B、m的值和強(qiáng)化了解強(qiáng)化傳熱的根本理論和基本方式。4、通過測定5~6個(gè)不同流速卜套管換熱器的管內(nèi)壓降。并在同一坐標(biāo)系卜繪制一般管與強(qiáng) 化管的關(guān)系曲線。比較試驗(yàn)結(jié)果5二、根本原理⑴套管式傳熱膜系數(shù)的測定對流傳熱的核心問題是求算傳熱膜系數(shù)，當(dāng)流體無相變時(shí)對流傳熱準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的一般形式為：Nu=ARPGrP對于強(qiáng)制湍流而言，Gr準(zhǔn)數(shù)町以無視，故Nu=ARPr,m.n和系數(shù)A。用圖解法RePr分別回歸。本試驗(yàn)可簡化上式,即取n=0.4〔流體被加熱〕。這樣，上式即變?yōu)閱巫兞糠匠蹋趦蛇吶?shù)，即得到直線方Nu在雙對數(shù)坐標(biāo)屮作圖，找出直線斜率，即為方程的指數(shù)在直線上任取一點(diǎn)的函數(shù)值代入方程A,即：NuA=—------P0Rm用圖解法，依據(jù)試驗(yàn)點(diǎn)確定直線位宣右肯定的人為性。而用城小二乘法回歸，可以得到故佳 關(guān)聯(lián)結(jié)果。應(yīng)用計(jì)算機(jī)對多變量方程進(jìn)展一次回歸，就能同時(shí)得到A、m.noNu、Re、Pi■的數(shù)據(jù)組。其準(zhǔn)數(shù)定義式分別為：雷諾數(shù)0=Niz=字，普蘭特?cái)?shù)巧=零：fi A A式中d—換熱器內(nèi)管內(nèi)徑，m：aW/°C：Lkg/；c；—空氣定壓比熱容，〃畑弋：“一一空氣的粘度，Pa-s.試驗(yàn)中轉(zhuǎn)變空氣的流呈以轉(zhuǎn)變盹準(zhǔn)數(shù)的值。依據(jù)定件溫度〔II溫度的第術(shù)平均值〕Pra值進(jìn)而算得Nu準(zhǔn)數(shù)值。由于空氣傳熱膜系數(shù)心遠(yuǎn)小于蒸汽傳熱膜系數(shù)心，所以傳熱管的對流傳熱系數(shù)心約等于冷流K,即則有牛頓冷卻定律：Q=式中：A——m2〔內(nèi)管內(nèi)外表積〕。mAt 一一管壁溫度與管內(nèi)流體溫度的對數(shù)平均溫差，C；m其中=TAt2

=r-t2T一一蒸汽側(cè)溫度，町近似用外壁面平均溫度幾,〔弋〕表示。2傳熱量Q可由下式求得：Q=WCp?一S/3600=pVc〔t一tJ/3600式中W—空氣質(zhì)量流量，kg/hxCp——空氣定壓比熱容，〃細(xì)代；

sp 25,t2

一一空氣進(jìn)出「1溫度，TV

/：5Vs與孔板流量計(jì)壓降△p的關(guān)系為5峪=26.2Ap054Ap—一孔板流量計(jì)壓降，kPa」〔2〕管內(nèi)強(qiáng)化傳熱系數(shù)的測定強(qiáng)化傳熱技術(shù)被學(xué)術(shù)界稱為其次代傳熱技術(shù)，它能削減設(shè)計(jì)的傳熱而枳，以減小換熱器的體II能夠減小換熱器的阻力以減小換熱器的動(dòng)力消耗，更有效地利用能源和資金。強(qiáng)化傳熱的方法很多種，本試驗(yàn)裝置是釆用在換熱器內(nèi)管插入螺旋形麻花鐵的方法來強(qiáng)化傳熱的。在近樂區(qū)域,流體一面由于螺旋形麻花鐵的作用而發(fā)生旋轉(zhuǎn)，一面還周期性地收到螺旋形金屬的擾動(dòng)，因而可以使傳熱強(qiáng)化。=BR，其中B、m的值因螺旋形麻花鐵的尺寸不同而不同。同樣町以用線性回歸方法確定B、m的值。單純爭論強(qiáng)化手段的強(qiáng)化效果〔不考慮阻力的影響〕，可以用強(qiáng)化比的概NuZLUVu7Nu>l,而且它的值越大，強(qiáng)化效果越好。三、試驗(yàn)裝置與流程1、試驗(yàn)裝置2、流程說明本裝置流程如下圖?？諝庾邇?nèi)管，蒸汽走環(huán)隙。內(nèi)管為黃銅管，冷空氣由風(fēng)機(jī)輸送，經(jīng)孔板流由空氣流量調(diào)整閥調(diào)整。蒸汽由蒸汽發(fā)生器上升進(jìn)入套管環(huán)隙，與內(nèi)管的冷空氣換熱后冷凝，再由回流管返回蒸汽發(fā)生器。放空閥門用于排放不凝性氣體。在銅管之前設(shè)有肯定長度的穩(wěn)定段，是為消退端效應(yīng)。銅管兩端用塑料管與管路相連，用于消退熱效應(yīng)。序號01名稱序號01名稱內(nèi)管強(qiáng)化內(nèi)管內(nèi)插物備注黃銅材質(zhì)不銹鋼材質(zhì)裝置參數(shù)020304蒸汽發(fā)生器XGB-12型漩渦氣泵規(guī)格內(nèi)150.02m,l=1.25m麻花鐵厚4mm;麻花間距H=22 5mg共6節(jié)加熱功率為1.5kW^max=17.50kPCL,Qmax=lOOm%0^20kPa不銹鋼材質(zhì)電機(jī)功率500W05孔板流量計(jì)V=26.2Ap054s序號名稱傳感元件備注控制1孔板壓差壓阻式壓力傳感器ASCOM53200“20kPa參2入口溫度PtlOO置于進(jìn)出口中心數(shù)3出口溫度PtlOO411壁溫PtlOO5水蒸氣出口壁溫K型電熱偶四、操作流程2、試驗(yàn)開頭前，先弄清配電箱上各按鈕與設(shè)備的對應(yīng)關(guān)系，以便正確開啟按鈕。2、檢查蒸汽發(fā)生器中的水位，使其保持在水罐高度的2/2 2/3,液位過高，i溢出進(jìn)入蒸汽套管：過低，則可能燒毀加熱器。3、翻開總電源開關(guān)〔紅色按鈕熄滅，綠色按鈕亮，以下同〕。4lOmin,啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，并翻開放氣閥。50開頭，M低不O.lKPao試驗(yàn)中要合理取點(diǎn)，以保證數(shù)據(jù)點(diǎn)均勻。6讀書穩(wěn)定后再測取數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)變空氣流最〔8^10次〕，覓復(fù)試驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)?！擦粢?第一個(gè)點(diǎn)必需穩(wěn)定足夠長的時(shí)間〕7810組試驗(yàn)數(shù)據(jù)。95min后再號風(fēng)機(jī)，并將旁路閥全開，清理現(xiàn)場。10、切斷總電源。五、試驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理序號空氣入口溫度tj°c序號空氣入口溫度tj°c空氣出口5/七12T/°CTwiW2孔板壓降/(KPa)139.569.199.9100.13.02240369.699.91002.64341.170.599.9100.12.4644271399.91002.22542.871.899.91002.04645.472.499.9100.11.91744.172.8100100.11.71845.174.299.8100.21.45945374.599.9100.21.091044.874.699.9100.10.761144.67599.9100.10.51242.9743100.1100.2031341.573.4100.110030.26b.處理后的數(shù)據(jù)序?qū)?shù)平溫度傳熱量AaW/2°CReNuNu號m/CK/hQ/WxPr04144.0847.59430.573.46124.444607387.14100.66243.3744.26395.563.40116.184269181.2293.84342.5442.60381.063.34114.104089879.6191.98441.614030358.353.27109.7238509763988.27540.9638.50338.173.22105.163665773.1084.48639.6037.16302.353.1197.2635060673577.85739.9135.00303.183.1396.783311167.0977.54838.5932.02280.163.0392.493008663.9373.909383527.45240.793.0179.982575355.2563.86103&4222.59202.383.0267.1121220463853.611138.2318.02164.623.0054.851691637.9043.811239.5013.68129.533.1041.771292528.9433.451340.7112.66122.243.2038.251204126.5830.72252.583.9100.1100.21.5435284100.1100.11.41451.884.1100100.11.3551.984.499.9100.21.11651.784.9100100.20.91751.885.1100.1100.20.76851.385.2100.1100.20.62950.785.4100.1100.30.461047.984.3100.2100.20.351146.582.7100.3100.40.26129.1034.00282.942.28123.872951983.8196.98229.2133.08295352.29128.822877987.24100.94329.2431.54287.18230125.122747184.7798.084 29.2030.19277.472.29121.0526299 82.02 94.9128.9827.72256.202.27112.632412176.2888.2628.7124.90234.982.25104.282165070.6081.6928.5522.59213.752.2495361962764.5474.6828.6520.24195.062.2586.731760358.7267.9528.7817.23170.052.2675.261499950.9858.9930.5714.86154.832.4064.521308143.9150.792、強(qiáng)化傳熱a.原始數(shù)據(jù)2、強(qiáng)化傳熱a.原始數(shù)據(jù)序號空氣入口空氣出口溫度切弋22T/°CW1r2/°c孔板壓降/(KPa)Wb處理后的數(shù)據(jù)序號對數(shù)平溫AaW/2度Mm/C/h傳熱量Q/W°CReNuXAtmNuP0A56789101132.4712.66131.752.5551.681123435.3040.839.9- 1 對數(shù)平均溫度氐皿=⑺一蘭瓷嚴(yán))』窩盂醤-=44.08°C9.9- 1 n(?2-^2) n(100.1-?.l)空氣流量％=26.2x054=26.2X3.02054=4759/h傳熱量Q=pVc(t-t)/3600=1.078xl000x47.59xl.02x(69.1-39.5)=430.57W傳熱膜系數(shù)唁盞和船=sp 2 1124442七努賽爾準(zhǔn)數(shù)旳=讐翳瀘=87.14Nu87J4

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4X1.078X47.59 =460733600x3.14x0X)2xl.9715xl0-s六、爭論與分析沁篇刈“Re作圖063.2L9.2 9.6 10.0InRehi^=0.8705lnRe-4.7168,^=0.9952

10.4 10.8n篇=0.9262lnRe-4.8650,2=0.9882從圖中町以看出，不管傳熱是否被強(qiáng)化，lnNu/Pr0.4 InRe關(guān)系曲線的線性都格外好，說明當(dāng)流=時(shí)〕的準(zhǔn)確性是很好的。

〔Gr影響由擬合的公式進(jìn)展轉(zhuǎn)換町以得到一般傳熱：Nu=O.OO89/?e°-87Pr04強(qiáng)化傳熱：Nu=0.0077^e°-93Pr°-42Nu/Pr0.4Pr和熱導(dǎo)率入在試驗(yàn)條件卜變化很小，由N片ad/入知，加混合器強(qiáng)化傳熱后，傳熱膜系數(shù)a變?nèi)?。說明增人加熱流體的湍動(dòng)程度可以強(qiáng)化傳熱。II溫度明顯變高，但孔板壓降則快速降低,說明試驗(yàn)中，傳熱效果的提高是以增大流淌阻力為代價(jià)的。七、思考題1、將試驗(yàn)得到的半閱歷特征數(shù)關(guān)聯(lián)式和公